Asas Komunikasi Radio

Paguyuban496 Radio Komunikasi Otomotif Bandung - 144.960 Mhz (Jun 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Asas Komunikasi Radio

Litar Elektrik AC


soalan 1

Apakah bentuk pendirian RF akronim, merujuk kepada elektronik berkaitan radio "# 1"> Menerangkan jawapan Sembunyikan jawapan

"RF" bermaksud Frekuensi Radio, menyiratkan kekerapan arus silih ganti (AC) jauh lebih besar daripada yang ditemui dalam kuasa AC atau litar audio.

Nota:

Tanyakan kepada pelajar anda untuk menyenaraikan frekuensi stesen radio siaran kegemaran mereka sebagai contoh beberapa frekuensi radio. Tunjukkan kepada mereka penjana isyarat benchtop tipikal (bukan RF) untuk perbandingan jarak frekuensi, dan mereka harus mula memahami konsep itu.

Soalan 2

Kita tahu pada ketika ini bahawa mana-mana litar yang terdiri daripada induktansi (L) dan kapasitans (C) mampu menyerap : mencapai nilai voltan dan arus AC yang besar jika "teruja" pada kekerapan yang betul. Litar tangki yang dipanggil adalah contoh paling mudah dalam hal ini:

Rintangan kurang (R) seperti litar mempunyai, lebih baik keupayaannya untuk bergema.

Kami juga tahu bahawa setiap kawat mengandungi kedua induktansi dan kapasitansi, diedarkan sepanjang panjangnya. Ciri-ciri ini tidak semestinya disengajakan - mereka wujud sama ada kita mahu atau tidak:

Memandangkan rintangan elektrik sekeping dawai logam berterusan biasanya agak rendah, terangkan apa sifat-sifat semulajadi induktans dan kapasitans ini bererti dengan fungsi wayar itu sebagai elemen elektrik.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Hakikat bahawa sekeping kawat mengandungi induktansi dan kapasitansinya bermakna ia mempunyai keupayaan untuk menyerupai sama seperti mana-mana litar tangki!

Soalan susulan: menganggarkan kekerapan secara kualitatif yang anda anggap panjang dawai akan bergema di. Adakah anda f f menjadi nilai yang sangat rendah (puluhan hertz), nilai yang sangat tinggi (beribu-ribu, berjuta-juta, atau berbilion hertz) atau di antara "semua"

f r = 1


2 π


LC

Nota:

Jika pelajar anda mengalami kesukaran mengetahui di mana untuk memulakan dengan soalan susulan, minta mereka untuk menganggarkan secara kualitatif yang diedarkan L dan C untuk sekeping wayar, katakan, 10 kaki panjang. Memandangkan kekurangan apa-apa bahan teras kebolehtelapan tinggi dan kekurangan mana-mana dielektrik yang tinggi (udara sahaja), jawapan bagi kedua-duanya mestilah "sangat kecil." Kemudian, tanyakan kepada mereka lagi bagaimana mereka secara kualitatif menilai kekerapan resonansi wayar.

Soalan 3

Ditunjukkan di sini adalah antena gelombang suku ringkas, yang terdiri daripada wayar tunggal yang memproyeksikan secara menegak dari satu terminal sumber voltan RF, terminal lain yang disambungkan ke tanah bumi:

Tulis semula ilustrasi ini, menunjukkan induktansi dan kapasitans yang bersamaan yang dipamerkan oleh antena ini. Tunjukkan sifat-sifat ini menggunakan simbol induktor dan kapasitor sebenar.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Soalan susulan: bagaimana anda mengharapkan induktansi dan kapasitansi antena ini berkaitan dengan panjangnya "nota tersembunyi" fizikal> Nota:

Jangan terkejut sekiranya beberapa pelajar anda bertanya sama ada antena mampu merespon, kerana ia mempunyai induktans dan kapasitans. Malah, ini adalah titik subversif soalan ini: untuk mendapatkan pelajar menyedari bahawa walaupun sepasang wayar mudah boleh dianggap sebagai sistem resonan, dan kemudian mengemukakan soalan tentang apa yang berlaku pada resonans! Soalan susulan menunjukkan hubungan antara saiz fizikal dan frekuensi resonansi, dengan menanyakan apa yang berlaku kepada kedua-dua L dan C sebagai perubahan panjang. Terokai idea-idea ini dengan pelajar anda, dan nonton mereka mendapat pemahaman yang mendalam tentang bagaimana antena berfungsi berdasarkan pengetahuan mereka tentang litar resonan LC.

Soalan 4

Ditunjukkan di sini adalah antena dipol mudah, yang terdiri daripada dua wayar panjang yang sama yang menonjol dari terminal sumber voltan RF:

Tulis semula ilustrasi ini, menunjukkan induktansi dan kapasitans yang bersamaan yang dipamerkan oleh antena ini. Tunjukkan sifat-sifat ini menggunakan simbol induktor dan kapasitor sebenar.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Soalan susulan: bagaimana anda mengharapkan induktansi dan kapasitansi antena ini berkaitan dengan panjangnya "nota tersembunyi" fizikal> Nota:

Jangan terkejut sekiranya beberapa pelajar anda bertanya sama ada antena mampu merespon, kerana ia mempunyai induktans dan kapasitans. Malah, ini adalah titik subversif soalan ini: untuk mendapatkan pelajar menyedari bahawa walaupun sepasang wayar mudah boleh dianggap sebagai sistem resonan, dan kemudian mengemukakan soalan tentang apa yang berlaku pada resonans! Soalan susulan menunjukkan hubungan antara saiz fizikal dan frekuensi resonansi, dengan menanyakan apa yang berlaku kepada kedua-dua L dan C sebagai perubahan panjang. Terokai idea-idea ini dengan pelajar anda, dan nonton mereka mendapat pemahaman yang mendalam tentang bagaimana antena berfungsi berdasarkan pengetahuan mereka tentang litar resonan LC.

Soalan 5

Seorang ahli fizik Scotland yang bernama James Clerk Maxwell membuat ramalan teori yang mengagumkan pada abad kesembilan belas, yang dia menyatakan dengan dua persamaan ini:

⌠ () ⌡E · d l = - d Φ B


dt

⌠ () ⌡B · d l = μ 0 I + μ 0 ε 0 d Φ E


dt

Persamaan pertama menyatakan bahawa medan elektrik ( E ) akan dihasilkan di ruang terbuka oleh perubahan fluks magnet (((d Φ B ) / dt)). Persamaan kedua persamaan daripada medan magnet ( B ) akan dihasilkan di ruang terbuka sama ada dengan arus elektrik (I) atau oleh perubahan fluks elektrik (((d Φ E ) / dt). Memandangkan hubungan yang saling melengkapi ini, Maxwell berkata, adalah mungkin untuk menukar medan elektrik untuk menghasilkan medan magnet yang berubah yang kemudiannya akan mewujudkan satu lagi medan elektrik yang berubah, dan sebagainya. Kitaran penyebab dan kesan ini boleh diteruskan, infinitum iklan, dengan medan magnet dan medan magnet yang berubah-ubah ke ruang terbuka tanpa memerlukan wayar untuk membawa atau membimbing mereka. Dalam erti kata lain, bidang pelengkap akan dapat mengekalkan diri ketika mereka mengembara.

Terangkan kepentingan ramalan Maxwell, terutamanya kerana ia berkaitan dengan elektronik.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Apa yang dikatakan oleh James Clerk Maxwell ialah kewujudan gelombang elektromagnetik, jenis frekuensi terendah yang biasanya kita rujuk sebagai gelombang radio .

Soalan susulan: nama ahli sains yang pertama kali mengesahkan bahawa ramalan gelombang elektromagnet Maxwell.

Nota:

Bukan sahaja persoalan ini mengaitkan konsep gelombang radio kepada konsep pelajar anda sudah tentu sudah biasa dengan (bidang elektrik dan magnet), tetapi ia juga memperkenalkan sekeping sejarah saintifik yang luar biasa. Gelombang radio yang pertama kali diramalkan secara matematik dan bukannya ditemui secara tidak sengaja oleh eksperimen adalah mengagumkan dan mencerahkan.

Anda mungkin mendapati bahawa satu atau lebih pelajar anda yang lebih terang melihat ramalan Maxwell berkaitan perubahan dalam satu jenis medan kepada magnitud statik yang lain (iaitu E α ((dΦ B ) / dt) dan B α ((dΦ E ) / dt)), dan ini menjadikannya sukar untuk melihat bagaimana bidang yang berubah dapat mewujudkan bidang yang berubah . Jika sesiapa bertanya soalan ini, tunjukkan kepada mereka bahawa terdapat satu set fungsi matematik serupa yang berkaitan dengan satu sama lain oleh derivatif, dan mereka adalah:

sint = - d


dt

kos kos = d


dt

sint

Adakah apa-apa yang kelihatan biasa (tidak memasukkan μ 0 I istilah dari persamaan kedua)?

⌠ () ⌡E · d l = - d Φ B


dt

⌠ () ⌡B · d l = μ 0 ε 0 d Φ E


dt

Oleh kerana kita tahu aliran elektrik berkaitan dengan medan elektrik dengan geometri (ΦE = ∫ E · d A ) dan fluks magnet berkaitan dengan medan magnet dengan geometri juga (Φ B = ∫ B · d A ), kita boleh menulis yang berikut perkadaran:

Φ E α - d Φ B


dt

Φ B α d Φ E


dt

Sekarang adakah perkara kelihatan seperti hubungan derivatif sinus / kosinus? Oleh itu, jika fluks elektrik Φ E berayun sebagai gelombang sinus, fluks magnet Φ B akan berayun sebagai gelombang kosinus, dan sebagainya.

Soalan 6

Pada tahun 1887, ahli fizik Jerman bernama Heinrich Hertz berjaya menunjukkan kewujudan gelombang elektromagnetik . Perhatikan skema berikut alat yang digunakannya untuk melakukannya, dan jelaskan apa yang penting penemuan Hertz berkaitan dengan kajian elektronik anda:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Percubaan Hertz secara empirik menunjukkan penemuan teoretikal James Clerk Maxwell, yang menyimpulkan tahun sebelum ini bahawa "gelombang elektromagnetik" terdiri daripada medan magnet dan medan magnet berayun secara serentak antara satu sama lain mesti mampu memancar melalui ruang kosong. Ini adalah asas komunikasi radio: menghasilkan gelombang elektromagnetik ini untuk tujuan menyampaikan maklumat dalam jarak jauh tanpa wayar.

Nota:

Percubaan seperti ini tidak sukar untuk ditubuhkan. Pastikan untuk menyediakan langkah berjaga-jaga keselamatan yang sesuai terhadap kejutan elektrik, kerana pemancar-pemancar-pemancar (seperti yang mereka panggil) memerlukan voltan tinggi yang tinggi untuk beroperasi.

Soalan 7

Memandangkan ramalan James Clerk Maxwell mengenai gelombang elektromagnetik yang timbul daripada rezeki sendiri menukar medan magnet dan elektrik di ruang terbuka, apa jenis peranti atau koleksi peranti yang anda fikir kita perlu membuat gelombang elektromagnet berayun pada kekerapan dalam julat boleh dicapai oleh litar elektrik "# 7"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Sebaiknya anda memerlukan peranti yang menghasilkan kedua medan elektrik dan magnet di ruang angkasa: sesuatu yang mempunyai kedua-dua kapasitansi dan induktansi dalam bentuk yang tidak dikesalkan di mana medan elektrik dan magnet akan terbuka ke angkasa. Dengan kata lain, anda memerlukan antena .

Nota:

Tujuan dari soalan ini adalah untuk mengaitkan konsep kapasitans dan induktansi yang diedarkan di sepanjang sekeping dawai dengan sifat gelombang elektromagnetik (medan magnet dan medan magnet). Jika pelajar mencadangkan menggunakan kapasitor dan induktor, mereka agak hampir dengan tanda tersebut. Malangnya, peranti ini biasanya direka untuk mengandungi medan masing-masing untuk menghalang radiasi ke angkasa lepas. Di sini, kita mahu ladang memancar dari peranti, dan oleh itu kita menggunakan dawai terbuka (atau pelbagai dawai terbuka).

Soalan 8

Walaupun antena pemancar radio ideal mempunyai induktansi dan kapasitans (tidak ada rintangan), dalam amalan mereka didapati sangat dissipative. Dalam erti kata lain, mereka cenderung bertindak sebagai perintang yang besar kepada pemancar yang dihubungkan dengannya. Terangkan mengapa ini. Dalam bentuk apakah manifestasi tenaga yang hilang (haba, cahaya, atau sesuatu yang lain)?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Sebaiknya, 100% input tenaga kepada antena meninggalkan dalam bentuk radiasi elektromagnetik.

Nota:

Walaupun pelajar mungkin mempunyai beberapa untuk mengaitkan konsep "pelesapan" semata-mata dengan perintang, ini tidak sepenuhnya betul. Semua yang dimaksudkan dengan "pelesapan" adalah penyebaran tenaga; iaitu, tenaga meninggalkan litar elektrik dan tidak kembali. Dengan perintang, ini berlaku dalam bentuk haba, tetapi ini bukan satu-satunya jenis pelesapan! Di dalam motor elektrik, sebahagian besar tenaga hilang dalam bentuk tenaga mekanikal, yang masuk ke dalam kerja - kerja (dan beberapa haba tentu saja). Mentol cahaya menghilangkan tenaga dalam bentuk cahaya, bukan hanya panas.

Soalan 9

Piala kristal boleh hancur jika terdedah kepada bunyi intensiti tinggi. Kelantangan kurang diperlukan untuk memecahkan piala jika bunyi berada pada kekerapan yang menyerupai frekuensi semula jadi goblet itu. Maksudnya, akan ada pemindahan tenaga maksimum ke piala jika gelombang bunyi dihantar tepat pada masanya kekerapan resonan.

Bagaimana fenomena ini berkaitan dengan penerimaan gelombang radio, kerana kita tahu bahawa antena radio berfungsi dengan berkesan sebagai rangkaian LC (induktansi / kapasitansi) resonan?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Antena radio akan menerima tenaga elektromagnet yang paling cekap jika ia bersaiz (ditala) dengan frekuensi tepat gelombang radio yang dikehendaki.

Nota:

Analogi suatu piala yang hancur oleh gelombang bunyi membantu para pelajar dengan mudah mengenali dengan konsep yang sebaliknya abstrak: penerimaan gelombang elektromagnetik oleh antena. Tanyakan kepada pelajar anda untuk mengaitkan pencocokan frekuensi kepada penghantaran gelombang radio serta penerimaan mereka.

Soalan 10

Gelombang radio terdiri daripada medan elektrik dan magnet yang berayun, yang memancar dari sumber AC kekerapan tinggi pada (hampir) kelajuan cahaya. Satu ukuran penting gelombang radio ialah panjang gelombangnya, ditakrifkan sebagai jarak gelombang bergerak dalam satu kitaran lengkap.

Katakan pemancar radio beroperasi pada kekerapan tetap 950 kHz. Kirakan panjang gelombang anggaran (λ) gelombang radio yang berpunca dari menara pemancar, dalam unit jarak metrik meter. Juga, tulis persamaan yang anda gunakan untuk menyelesaikan λ.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

λ ≈ 316 meter

Saya akan membiarkan anda mencari persamaan dengan anda sendiri!

Nota:

Saya dengan sengaja menghilangkan halaju cahaya, serta persamaan masa / jarak / halaju, supaya pelajar perlu melakukan penyelidikan mudah yang mengira nilai ini. Konsep-konsep ini tidak melebihi pelajar sains peringkat sekolah tinggi, dan tidak menimbulkan kesukaran sama sekali untuk pelajar-pelajar peringkat kolej untuk mencari sendiri.

Soalan 11

Antena radio mempunyai kapasitans parasit dan induktansi yang diedarkan, diedarkan sepanjang keseluruhannya:

Idealnya, antena hanya mempamerkan sifat-sifat elektrik ini, tanpa rintangan. Apakah ini menunjukkan tentang kelakuan elektrik antena, terutamanya berbanding tingkah laku litar LC lain yang anda kenal dengan "# 11"> Menerangkan jawapan Sembunyikan jawapan

Antena radio mempunyai frekuensi resonan, seperti litar LC.

Soalan susulan: apakah pembolehubah fizikal menentukan kekerapan resonan antena?

Nota:

Adalah penting bagi pelajar untuk dapat mengaitkan maklumat baru dengan apa yang telah mereka fahami. Dengan menyamakan antena ke litar LC (resonan), pelajar sepatutnya dapat meramalkan sesuatu tentang tingkah laku antena, dan mengapa penting untuk memadankan antena kepada frekuensi penghantaran.

Soalan 12

Apabila melakukan ujian pada pemancar radio, ia sering perlu dilakukan tanpa menyiarkan isyarat melalui antena. Dalam senario sedemikian, penghalang setara dihubungkan dengan output pemancar dan bukannya antena sebenar. Jika dipilih dengan betul, perintang "kelihatan" sama seperti antena dari perspektif pemancar.

Terangkan bagaimana ini mungkin, kerana antena sebenar dibina untuk mempunyai sedikit perlawanan. Bagaimanakah resistor dapat menggantikan antena, yang mana tidak seperti penghalang dalam sama ada pembinaan atau tujuan?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Walaupun antena mempunyai sedikit rintangan yang sebenarnya, ia memancarkan tenaga ke angkasa, sama seperti resistor yang menghilangkan tenaga dalam bentuk panas. Satu-satunya perbezaan yang signifikan adalah bahawa radiasi antena adalah dalam bentuk gelombang elektromagnet pada frekuensi yang sama dengan output pemancar.

Nota:

Tanya pelajar anda apa kriteria yang mereka fikir perlu untuk bertemu dengan resistor agar berfungsi dengan baik sebagai antena "dummy". Bincangkan impedans, faktor Q, penilaian kuasa, dsb.

Soalan 13

Hitung panjang teori untuk antena "gelombang setengah", dengan menganggap kekerapan "pembawa" pemancar 105.3 MHz:

Juga, kirakan panjang antena praktikal memandangkan kesannya, "yang membuat panjang elektrik antena sedikit berbeza daripada panjang fizikalnya (anggap sebagai faktor K 0.95).

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

(((λ) / 2)) teoritis = 1.425 meter

(((λ) / 2)) praktikal = 1.353 meter

Nota:

Di sini, pelajar mesti memahami hubungan matematik antara panjang antena dan kekerapan operasi, kedua-dua teori dan praktikal.

  • ← Lembaran Kerja Sebelumnya

  • Indeks Lembaran Kerja

  • Lembaran kerja seterusnya →