Основе радио комуникације

Amplitude Modulation tutorial and AM radio transmitter circuit (Може 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Основе радио комуникације

АЦ електрични кругови


Питање 1

Шта значи акроним РФ штанд, у односу на радио-везану електронику "# 1"> Открити одговор Сакриј одговор

"РФ" означава радио фреквенцију, што подразумева фреквенцију промјене струје (АЦ) много веће од оног на које се наишло на напајање наизменичном струјом или аудио коло.

Напомене:

Замолите ученике да наведу фреквенције својих омиљених емитованих радио станица као пример неких радио фреквенција. Покажите им типичан генератор бенцхтоп сигнала (не-РФ) за поређење фреквенцијског опсега, и требали би почети да разумеју концепт.

Питање 2

У овом тренутку знамо да свако коло састављено од индуктивности (Л) и капацитивности (Ц) може да ресонира : постиже велике вредности АЦ напона и струје ако је "узбуђено" на одговарајућој фреквенцији. Такозвани танковни круг је најједноставнији пример овога:

Мање отпора (Р) таквог круга има, то је боља њена способност за резоновање.

Такође знамо да било који комад жице садржи и индуктивност и капацитивност, распоређену дуж његове дужине. Ова својства нису неопходно намерна - постоје да ли ћемо их хтјети или не:

С обзиром на то да је електрична отпорност континуалног комада металне жице обично доста ниска, опишите шта ова природна својства индуктивности и капацитета значе у односу на функцију те жице као електрични елемент.

Открити одговор Сакриј одговор

Чињеница да комад жице садржи индуктивност и капацитивност значи да има способност да резонира исто као било који танк резервоара!

Следеће питање: квалитативно процијените фреквенцу коју претпостављате да би дужина жице могла да се одазове. Да ли мислите да би ф р била веома ниска вредност (десетине хертзова), веома велика вредност (хиљаде, милиони или милијарде хертзова) или негде између "свих">

ф р = 1


2 π


ЛЦ

Напомене:

Ако ваши ученици имају потешкоћа да знају где да започну са наставним питањем, замолите их да квалитетно процене подељене Л и Ц за део жице, рецимо 10 метара. С обзиром на недостатак материјала с високом пропустљивошћу и недостатак било каквог диелектрика високе диелектричности (само ваздух), одговори за оба треба да буду "веома мали." Затим, питајте их поново како ће квалитетно утицати резонантну фреквенцију жице.

Питање 3

Приказано је једноставна четверострука антена, која се састоји од једне жице која се пројектује вертикално са једног прикључка РФ напонског извора, а други прикључак прикључен на земљу:

Поново нацртајте ову илустрацију, показујући еквивалентну индуктивност и капацитивност коју приказује ова антена. Покажите ове особине користећи стварне симболе индукторја и кондензатора.

Открити одговор Сакриј одговор

Следеће питање: како бисте очекивали да се индуктивност и капацитивност ове антене односе на њену физичку дужину "напомене скривене"> Напомене:

Немојте бити изненађени ако неки од ваших студената питају да ли је антена способна за резонирање, јер поседује и индуктивност и капацитете. Заправо, ово је субверзивна тачка овог питања: да ученици схвате да чак и једноставан пар жица може се сматрати резонантним системом, а затим молити питање шта се дешава на резонанцији! Следеће питање предлаже однос између физичке величине и резонантне фреквенције, питајући шта се дешава са Л и Ц као промена дужине. Истражите ове идеје са својим ученицима, и гледајте како дођу до изненађујуће дубине разумевања како антена ради на основу њиховог знања о ЛЦ резонантним колима.

Питање 4

Приказана овде је једноставна диполна антена, која се састоји од две жице исте дужине које пројекције из прикључака РФ напонског извора:

Поново нацртајте ову илустрацију, показујући еквивалентну индуктивност и капацитивност коју приказује ова антена. Покажите ове особине користећи стварне симболе индукторја и кондензатора.

Открити одговор Сакриј одговор

Следеће питање: како бисте очекивали да се индуктивност и капацитивност ове антене односе на њену физичку дужину "напомене скривене"> Напомене:

Немојте бити изненађени ако неки од ваших студената питају да ли је антена способна за резонирање, јер поседује и индуктивност и капацитете. Заправо, ово је субверзивна тачка овог питања: да ученици схвате да чак и једноставан пар жица може се сматрати резонантним системом, а затим молити питање шта се дешава на резонанцији! Следеће питање предлаже однос између физичке величине и резонантне фреквенције, питајући шта се дешава са Л и Ц као промена дужине. Истражите ове идеје са својим ученицима, и гледајте како дођу до изненађујуће дубине разумевања како антена ради на основу њиховог знања о ЛЦ резонантним колима.

Питање 5

Шкотски физичар по имену Јамес Цлерк Маквелл направио је запањујућу теоријску прогнозу у деветнаестом веку, који је изразио са ове две једначине:

≡ (⎜) ╥Е · д л = - д Φ Б


дт

≡ (⎜) ╥Б · д л = μ 0 И + μ 0 ε 0 д Φ Е


дт

Прва једначина наводи да ће електрично поље ( Е ) бити произведено на отвореном простору променом магнетног флукса (((д Φ Б ) / дт)). Друга једнациона стања од магнетног поља ( Б ) биће произведена на отвореном простору било електричном струјом (И) или променљивим електричним флуксом (((д Φ Е ) / дт)). С обзиром на ову комплементарну везу, Маквелл је образложио да је било могуће променити електрично поље да створи промјењиво магнетско поље које би онда створило ново мијењање електричног поља и тако даље. Овај узрок-и-дејствени циклус се може наставити, ад инфинитум, са брзим промјенљивим електричним и магнетним пољима које зраче у отворени простор без потребе за жицама које могу носити или водити их. Другим речима, комплементарна поља би била самоодржива док су путовала.

Објасните значај Маквелловог предвиђања, поготово што се односи на електронику.

Открити одговор Сакриј одговор

Оно што је Јамес Цлерк Маквелл предвидео био је постојање електромагнетних таласа, најнижа фреквенција коју обично називамо радио таласима .

Следеће питање: назовите научника који је експериментално потврдио Маквеллову прогнозу електромагнетних таласа.

Напомене:

Не само да ово питање повезује концепт радио таласа са концептима који ваши ученици већ требају бити упознати са (електричним и магнетним пољима), већ уводи и део невероватне научне историје. Да су радио таласи првобитно предвиђени математички, а не случајно откривени експериментом је запањујуће и просветљујуће.

Можда ћете утврдити да један или више ваших светлих учесника примећује да Маквеллова предвиђања повезују промјену једног типа поља са статичком величином друге (тј. Е α ((дΦ Б ) / дт) и Б α ((дΦ Е ) / дт)), а то отежава видјети како би једно промењиво поље могло створити друго мијењање поља. Ако неко пита ово питање, обратите нам се на то да постоји скуп сличних математичких функција које се односе на неке деривате, а то су:

синт = - д


дт

трошковни трошак = д


дт

синт

Да ли нешто изгледа познато (изостављање μ 0 И израза из друге једначине)?

≡ (⎜) ╥Е · д л = - д Φ Б


дт

≡ (⎜) ╥Б · д л = μ 0 ε 0 д Φ Е


дт

Пошто знамо да је електрични флукс повезан са електричним пољем геометријом (Φ Е = ∫ Е · д А ) и магнетским флуксом је повезан и са магнетним пољем и геометријом (Φ Б = ∫ Б · д А ), можемо написати следеће пропорционалности:

Φ Е α - д Φ Б


дт

Φ Б α д Φ Е


дт

Сада ли ствари изгледају сличне односу сине / цосине деривата? Дакле, ако електрични флукс Φ Е осцилира као синусни талас, магнетни ток Φ Б ће осцилирати као косинусни талас и тако даље.

Питање 6

Године 1887. немачки физичар по имену Хеинрицх Хертз успешно је показао постојање електромагнетних таласа . Испитајте следећу схему уређаја који је користио за то, и објасните који значај Хертзовог открића има везе са вашим истраживањем електронике:

Открити одговор Сакриј одговор

Хертзов експеримент је емпиријски показао теоријско откриће Јамес Цлерк Маквелл-а, који је закључио неколико година раније да "електромагнетни таласи" који чине електрична и магнетна поља осцилујујући перпендикуларно једни другима морају бити способни да зраче кроз празан простор. Ово је основа за радио комуникацију: генерисање ових електромагнетних таласа у циљу преношења информација на великим даљинама без жица.

Напомене:

Овакав експеримент није тешко поставити. Обавезно обезбедите одговарајуће мере предострожности за заштиту од струјног удара, јер су такви одашиљачи за варнице (како су их звали) захтевали знатно високе напоне за рад.

Питање 7

С обзиром на то да је предвиђање електромагнетних таласа Јамеса Цлерк Маквелл-а које произлазе из самоносновања промене електричних и магнетних поља у отвореном простору, какву врсту уређаја или колекцију уређаја мислите да би требали направити електромагнетске таласе које осцилирају на фреквенцији у опсегу који се може постићи помоћу електричног кола "# 7"> Открити одговор Сакриј одговор

Идеално је да ће вам требати уређај који производи и електрична и магнетна поља у свемиру: нешто што поседује и капацитивност и индуктивност у неоклопљеном облику, где би електро и магнетна поља била отворена за свемир. Другим речима, потребна вам је антена .

Напомене:

Сврха овог питања је повезати концепт дистрибуиране капацитивности и индуктивности дуж обичног дела жице до саме природе електромагнетних таласа (осцилујући електрични и магнетски поља). Ако ученици предлажу употребу кондензатора и индуктора, они су прилично близу ознаку. Нажалост, ови уређаји су обично дизајнирани да садрже своја одговарајућа поља како би се спречило зрачење у свемир. Ево, желимо поља да зрачимо од уређаја, па користимо отворену жицу (или низ отворених жица).

Питање 8

Иако радио антене за предајнике идеално поседују само индуктивност и капацитивност (без отпорности), у пракси се утврди да су веома дисипативне. Другим ријечима, они имају тенденцију да дјелују као велики отпорници на предајнике којима су спојени. Објасни зашто је то. У којој форми се распршена енергија манифестује (топлота, светлост или нешто друго)?

Открити одговор Сакриј одговор

У идеалном случају, 100% енергије која улази у антену оставља у виду електромагнетног зрачења.

Напомене:

Иако студенти можда имају неке да повезују концепт "дисипације" искључиво са отпорницима, то није сасвим тачно. Све што се подразумева "дисипација" је расипање енергије; то јест, енергија оставља електрични круг и не враћа се. Са отпорницима, ово се дешава у облику топлоте, али ово није једина врста дисипације! У електромоторима, већина енергије се распршује у облику механичке енергије, која иде у посао (и нека топлота, наравно). Сијалице расипају енергију у виду светлости, а не само топлоте.

Питање 9

Кристални пехар може бити разбијен ако је изложен звуку високог интензитета. Мање волумена је неопходно да би се покварио пехар ако је звук на таквој фреквенцији, да она одговара природној фреквенцији пехара. То јест, постојаће максимални пренос енергије на пехар ако се звучни таласи преносе на прецизно резонантној фреквенцији пехара.

Како се ова појава односи на пријем радио таласа, јер знамо да радио антена дјелотворно делује као резонантна ЛЦ (индуктивност / капацитивност) мрежа?

Открити одговор Сакриј одговор

Радијска антена ће најефикасније добити електромагнетску енергију ако је димензионирана (подешена) на тачну фреквенцију жељених радио таласа.

Напомене:

Аналогија пехара која се разбија звучним таласима помаже студентима да се лакше идентификују са концептом који је иначе апстрактан: пријем електромагнетних таласа антеном. Питајте своје ученике да повезују усклађивање фреквенција са преносом радио таласа, као и пријем њима.

Питање 10

Радио таласи се састоје од осцилационих електричних и магнетних поља, који зраче од извора високофреквентног АЦ брзином светлости (скоро). Важна мера радио таласа је његова таласна дужина, дефинисана као растојање које талас путује у једном комплетном циклусу.

Претпоставимо да радио предајник ради на фиксној фреквенцији од 950 кХз. Израчунати приближну таласну дужину (λ) радио таласа који емитују из предајног торња, у метричкој удаљености од метара. Такође, напишите једначину коју сте ријешили за λ.

Открити одговор Сакриј одговор

λ ≈ 316 метара

Допустићу вам да пронађете једначину сами!

Напомене:

Намерно изостављам брзину светлости, као и временско / растојање / брзину једначине, тако да ће студенти морати да изврше нека проста истраживања која израчунавају ову вредност. Ниједан од ових концепата није ван ученика на нивоу средњошколског нивоа и уопште не би сматрала никаква потешкоћа да студенти на колеџу сами пронађу.

Питање 11

Радио антена поседује и паразитску капацитивност и дистрибуирану индукцију, распоређену по целој дужини:

У идеалном случају, антена само показује ова електрична својства, без отпорности. Шта ово говори о електричном понашању антене, посебно у поређењу са понашањем других ЛЦ кругова којима сте упознати "# 11"> Открити одговор Сакри одговор

Радио антена има резонантну фреквенцију, баш као и ЛЦ коло.

Следеће питање: која физичка променљива одређује резонантну фреквенцију антене?

Напомене:

Важно је да студенти буду у могућности да преносе нове информације на оно што већ разумију. Упоређивањем антене са ЛЦ (резонантним) склопом, ученици треба да буду у стању да предвиде нешто о понашању антена и зашто је важно подударати антену са учесталошћу преноса.

Питање 12

Код извођења тестова на радио предајнику, често је неопходно то учинити без стварног емитовања сигнала преко антене. У таквим сценаријима, еквивалентни отпорник је повезан са излазом предајника уместо са стварном антеном. Ако се правилно изабере, отпорник "изгледа" исто као и антена из перспективе предајника.

Објасните како је то могуће, пошто су стварне антене изграђене тако да имају што мање отпорности. Како отпорник може адекватно заменити антену, која није ништа попут отпорника у било којој конструкцији или намјени?

Открити одговор Сакриј одговор

Иако антена има мало стварног отпора, она зрачи енергију у свемир, баш као што отпорник распршује енергију у облику топлоте. Једина значајна разлика је у томе што је зрачење антене у облику електромагнетних таласа на истој фреквенцији као и излазни предајник.

Напомене:

Питајте своје ученике о каквим критеријумима они сматрају да је отпорник потребан да би се правилно служили као "лутка" антена. Дискутујте о импедансу, К фактору, рејтингу снаге итд.

Питање 13

Израчунати теоријску дужину за "полувремену" антену, узимајући у обзир фреквенцију "носача" предајника од 105.3 МХз:

Такође, израчунајте практичну дужину антене с обзиром на "ефект", што чини електричну дужину антене мало другачијој од његове физичке дужине (претпоставимо К фактор 0.95).

Открити одговор Сакриј одговор

(((λ) / 2)) теоретски = 1.425 метара

(((λ) / 2)) практично = 1.353 метара

Напомене:

Ту студенти морају разумјети математички однос између дужине антене и радне фреквенције, теоретски и практични.

  • ← Претходни радни лист

  • Индек листова

  • Следећи радни лист →