Из чего состоит рация
В мире раций
+7(747)8960078
Как функционирует современная «портативка»
Современные радиостанции аналогового типа имеют в своем составе приёмник и передатчик. Они построены по типу трансивера, что означает следующее — одни и те же блоки используются как для приёма, так и для передачи. Такое решение позволяет значительно сэкономить «на железе», а также способствует компактификации изделия. За счёт этого удается снизить и себестоимость раций.
Из чего же состоит любая рация? Схематически все эти блоки можно «собрать» в такое устройство:
Модуль обработки входного сигнала, включая усилитель ВЧ;
АЦП + модуль цифровой обработки сигнала;
Усилитель мощности ВЧ передатчика;
Антенный коммутатор (свитч);
Усилитель мощности НЧ;
Микрофонный усилитель с модулятором;
Что представляет собой каждый модуль?
Контроллер или блок управления — самая важная часть рации, так как он задает режим работы всем блокам и модулям устройства. Он собран на цифровой микросхеме, фактически, это «мозг» станции. В нем находится энергонезависимая память, куда записываются текущие настройки и частотные каналы.
Синтезатор формирует частотную сетку, определяя рабочий диапазон и шаг перестройки по частоте. В своём составе он имеет опорный генератор, частота которого делится или умножается цифровым способом.
Дисплей ЖК отображает текущую информацию — частотные каналы, а также включение или выключение различных функций. Работа дисплея управляется контроллером. В недорогих моделях раций дисплей отсутствует.
ФНЧ необходим для согласования выходного сопротивления усилителя мощности передатчика с входным сопротивлением антенны. Кроме того, фильтр подавляет ВЧ гармоники, снижая паразитное излучение. Этот же фильтр в режиме приёма формирует полосу приёмника по ВЧ входу, пропуская только нужные частотные интервалы. Выполняется на основе пассивных LC контуров, количество звеньев которых может быть от 3-х до 5.
Свитч — коммутирует антенну в режиме приёма ко входу приёмника, в режиме передачи — к выходу передатчика. Чаще всего, собран на основе специальных СВЧ диодов.
Усилитель ВЧ приёмника необходим для предварительного усиления слабого входного сигнала, дополнительно ослабленного входными фильтрами, обеспечивающими нужную селекцию по ВЧ.
Смеситель частот смешивает входной сигнал с сигналом от синтезатора. Как правило, в приёмниках данного типа, эти частоты совпадают, в результате чего при смешивании остаются биения звуковой частоты, подающиеся на цифровую часть для дальнейшей обработки.
Усилитель мощности ВЧ передатчика усиливает слабый узкополосный модулированный ЧМ сигнал до уровня нескольких ватт в нагрузке. Является основным потребителем энергии батареи, расходуя её на получение мощности для обеспечения требуемой дальности связи. Как правило, КПД усилителя составляет 50%.
Усилитель мощности НЧ выполнен на аналоговой микросхеме, обеспечивая усиление звука до 1 Вт, что достаточно для громкого приёма звуковых сообщений.
Антенна представляет собой витую спираль из стали для получения жёсткости, помещённую в пластиковый или резиновый кожух, и настроенную на определённый участок частотного диапазона.
Конструктивно ВЧ часть рации объединена в модуль, помещённый в экранирующий кожух. В зависимости от диапазона, модуль может быть VHF или UHF. В двухдиапазонных вариантах присутствуют оба модуля. Они разделяются по причине большого отличия частот настроек входных преселекторов приёмной части и контуров передатчика.
Краткое описание работы модулей
Приёмник выполнен по технологии SDR, то есть, входящий аналоговый ВЧ сигнал после усиления преобразуется с помощью смесителя частот в звуковую частоту (принцип прямого преобразования). После этого сигнал оцифровывается, и дальнейшая его обработка производится в двоичном коде, обеспечивая нужное усиление и полосу пропускания приёмного тракта. Далее, после обратного преобразования цифрового кода в аналоговый сигнал, звуковая частота усиливается и подается на динамик. Единственный принципиальный недостаток такого способа обработки сигнала — низкая устойчивость чувствительного приёмника к воздействию мешающих сигналов на соседних частотах.
В режиме передачи контроллер переключает модули таким образом, чтобы обеспечить обработку сигнала с микрофона. Усиленный после микрофонного усилителя сигнал попадает на модулятор, где происходит формирование узкополосного ЧМ сигнала на рабочей частоте. После усиления его по мощности усилителем ВЧ, выполненным на полевых низковольтных транзисторах, сигнал через антенный коммутатор и полосовой фильтр ФНЧ подается в антенну.
ВЧ — высокая частота;
НЧ — низкая частота;
ЧМ — частотно — модулированный;
УНЧ — усилитель низкой частоты;
АЦП — аналого — цифровой преобразователь;
ЦАП — цифро — аналоговый преобразователь;
ФНЧ — фильтр низких частот или согласующее устройство (П-контур);
LC контуры — колебательные контуры, состоящие из индуктивности L и ёмкости С.
Устройство радиостанции
Радиостанция — одно из самых распространенных технических устройств для голосовой связи. Интернет-магазин MIDLAND-RUS поможет разобраться, отличается ли она от рации, как устроена и как ее выбрать.
Радиостанции в широком, общепринятом смысле представляют собой устройства, предназначенные для обмена аудиоданными — одна сторона их транслирует, вторая принимает, и наоборот. Голосовая информация передается с помощью радиоволн. Под определение подпадает широкий спектр технических устройств, среди которых — и сухопутные рации для разных целей. Поэтому если говорить о приборах для радиосвязи, продающихся на рынке, можно использовать понятия рации и радиостанции как одно целое.
Устройство в его современном виде стало распространено в годы Второй мировой войны, когда потребность в оперативной, четкой коммуникации стала максимальной. Стационарная радиотехника тогда уже существовала, но она не отвечала возросшим нуждам. Появился портативный, мобильный прибор, спроектированный инженерами компании Motorola. За прошедшие с того времени годы радиостанции существенно модифицировались, стали меньше, легче и удобнее, но принцип их работы не изменился.
Принцип работы
В приборе есть две главные части — приемник и передатчик. Первый элемент — это, собственно, радио, мало чем отличающееся от того, что устанавливается в автомобильной аудиосистеме. Ряд портативных радиостанций даже может транслировать программы, чтобы владелец слушал музыку, новости. Это зависит от технических характеристик устройства. У приемника и передатчика есть общее — узлы, с помощью которых они связываются друг с другом. Чтобы получить представление о принципе работы раций, рассмотрим два элемента отдельно.
Узел, работающий на прием, преобразовывает получаемый радиочастотный сигнал в акустические волны, которые может распознать человеческое ухо. В современной технике используется двойное преобразование, улучшающее слышимость и четкость голоса:
- сначала сигнал принимается и фильтруется от помех;
- затем он усиливается, понижается по частоте и переводится на дешифратор, выделяющий информационную «суть»;
- поток еще раз усиливается, и обработанные аудиоданные выводятся на динамик.
Выполняет действия, противоположные приему. Голос, а иногда и текстовые сообщения преобразовывается и отправляется как радиоволна к принимающему устройству. Передаваемые данные «Наслаиваются» на определенную частоту, и антенна, подключенная к прибору, передает их в эфир. Строение принимающего и транслирующего узлов схоже, основное отличие заключается в одном узле. В передатчике используется не дешифратор, а модулятор. Он преобразует данные в радиосигнал.
Существуют рации, у которых приемник и передатчик транслируют данные на общей частоте. Такой тип называется «симплекс». Чтобы узлы не мешали друг другу, они работают попеременно. Такой принцип требует от собеседников внимательности. Нужно дождаться конца сообщения, и потом переключиться на разговор, иначе стороны друг друга не услышат.
По тому же принципу организована связь в моделях «полудуплекс». Там частоты разные, но узлы работают попеременно. Разговаривать тоже нужно по очереди. Устройства, в которых узлы работают на отличающихся частотах, удобнее. Можно говорить и слушать, как при «живой» беседе или общении по мобильному телефону. Рации, которые поддерживают такой формат, называются «дуплекс».
Кроме принимающего и передающего узла, в радиооборудовании есть и другие важные составляющие.
Прочие элементы радиостанции
Узел, отвечающий за включение, выключение, контроль, ограничения и прочие функции радиостанции. Блок управления может работать в автоматическом режиме, но не на 100%. Его функционирование контролирует пользователь рации — владелец, оператор, диспетчер и т.д. Нажимая на клавишу РТТ и прочие кнопки, можно:
- перевести радиостанцию в режим передачи или ожидания (например, удерживая и отпуская кнопку «нажми и говори»);
- включить и выключить устройство;
- активировать функции, «заведенные» в устройство.
В радиостанциях может быть предусмотрен отдельный блок подачи энергии. Такие устройства можно подключать к стандартным сетям 220В, что обязательно указывается в описании, паспорте или инструкции к технике. Если полноценного блока нет, говорят об определенном напряжении питания. В разных моделях эта характеристика может отличаться.
Большинство раций для автомобилей подключаются к сети 12В. Именно столько «заложено» в типовое бортовое питание в большинстве режимов работы (в целом напряжение автотранспорта равно 13,8В). Подключается такая радиостанция по типовой схеме: «плюс» чаще всего обозначается красным проводом, а минус — черным. Однако, этот момент необходимо уточнять перед установкой устройства.
Значение антенны для устойчивой, качественной радиосвязи трудно переоценить. Она необходима для получения и трансляции радиоволн, это начальная часть схемы приемников и передатчиков. Поэтому среди энтузиастов радиообщения и профессионалов сферы всегда много дискуссий о применении и характеристиках антенн.
Можно не углубляться в технические нюансы: главное — знать о частоте работы оборудования. Она указывается в паспорте всех антенн. Практически любая модель (стационарная, автомобильная) может настраиваться по частоте. Эта характеристика — важнейшая при выборе антенн и радиостанций, но не единственная. У средств радиосвязи более развернутая классификация.
Классификация устройств
Первый фактор, на который обращают внимание при выборе рации — мобильность. Устройство может быть портативным — для переноски на разные расстояния. Такие радиостанции помещаются в ладони, в них предусмотрены источники автономного питания. Их можно брать с собой в дальние походы, в лес, на рыбалку и т.д. Автомобильные разновидности не предназначены для переноски в руках и рюкзаках. Они стационарны и чаще выступают как базовые станции.
Также радиостанции классифицируются по пользовательскому уровню. Профессиональные модели предназначены для использования в трудовой деятельности — охранной, военной, в сфере ЧС или охраны правопорядка. Поэтому к их стабильности, мощности, качеству связи предъявляют повышенные требования. В профрациях устанавливают АКБ большой емкости, они удобны в использовании, могут программироваться с компьютера и т.д. Любительские радиостанции предназначены для охотников, туристов-походников, рыболовов и т.д. Их можно программировать самостоятельно, они отличаются по дизайну и набору функций.
По принципу функционирования рации делят на аналоговые и цифровые. Работа первых основана на частотной модуляции. Рации этого типа чаще всего встречаются на рынке. Цифровые устройства, кодирующие сигнал с помощью 0 и 1, более «продвинуты» технически. Используя их, можно организовать конференцию с несколькими участниками на одном канале связи, отправлять смс и пользоваться прочими современными возможностями.
Также радиостанции классифицируют по уровню защищенности от опасностей. Бывают:
- взрывозащищенные модели — у них особо прочная, специальная оболочка, позволяющая использовать оборудование в шахтах и других опасных местах;
- рации, защищенные от проникновения пыли и влаги под корпус (стандарт IP от IP54, желательно, от IP67) — такие модели не ломаются, если оставить их под дождем, уронить в воду, использовать в запыленном цеху и т.д.;
- искробезопасные и другие радиостанции.
Частоты и их особенности
Классификации и принцип выбора радиостанций основываются, прежде всего, на частоте, ключевой технической характеристике приборов. Это основной параметр электромагнитного колебания — радиоволны, связанный с ее длиной.
Радиоустройства работают в конкретных частотных диапазонах. Они делятся на две ключевые группы — требующие специальной лицензии и безлицензионные. Первый тип — профессиональный, практически всегда запрещенный для «обычных» пользователей. Вторая группа — диапазоны со свободным доступом, такие рации не нужно специально регистрировать.
Большинство распространенных частот «на слуху» у радиолюбителей и всех, то интересуется рациями. Среди основных нужно назвать:
- СВ (Citizen Band, «Си-Би») — 27 МГц. Это «гражданская» частота, которую очень широко используют дальнобойщики и службы такси. Рации, работающие в этом диапазоне и имеющие выходную мощность не больше 10 ВТ, не нужно регистрировать. Лицензии для работы в РФ для них тоже не нужны.
- UHF — 400-520 МГц. Так называемые «городские» частоты, удобные для общения при небольшой удаленности абонентов. Регистрировать оборудование тоже не нужно, и для общения в быту оно подходит хорошо. На открытой местности. За городом качество связи резко ухудшается. Радиоволны не могут полноценно преодолеть лес, возвышенности и другие природные препятствия.
- LPD — от 433,075 МГц до 434,775 МГц. Частоты, на которых работают рации малой мощности. Лицензировать оборудование тоже не нужно.
- PMR — 446-446,1 МГц. Этот диапазон распространен в европейских странах. Если радиостанция, работающая на таких частотах, по мощности не превышает 0,5Вт, лицензировать ее не нужно. Оборудование хорошо проявляет себя на открытой местности, подходит для ежедневного, активного общения.
- VHF — от 136 МГц до 174 МГц. Самые универсальные частоты, доступные обычным пользователям. Рации хорошо работают и в условиях урбанистичной застройки, и на открытой местности.
Как выбрать радиостанцию (рацию)
При выборе радиоустройства нужно учитывать широкий спектр технических характеристик, условия применения, задачи, которые покупатель ставит перед рацией. Поэтому покупка нередко превращается в сложный «квест». Его можно упростить.
Прежде всего, определите назначение рации. Если вы рыбак, охотник, турист или просто хотите сэкономить на связи с близкими и друзьями, вам не нужно оборудование, подлежащее лицензированию. Выбирайте модели на общих частотах — VHF или следующие за ними по результативности UHF и CB.
Если вы будете использовать оборудование на воде (например, вы увлекаетесь яхтингом), стоит остановиться на влагостойкой модели. Уровень защиты корпуса должен по стандарту IP быть не ниже IPX7. Для повседневных бесед с близкими и друзьями выбирайте рации дуплексного типа. Не придется постоянно переключаться, вы сможете разговаривать с удобством. Для установки в машине понадобится модель с напряжением 12В и т.д.
Кроме частотного диапазона, режима работы и напряжения, нужно обращать внимание на:
- модуляцию;
- выходную мощность передатчика;
- чувствительность приемника;
- шумоподавление;
- тип, емкость аккумулятора (и время автономной работы техники).
Остальные характеристики эксперты считают второстепенными.
Ее вид определяет, как речь «трансформируется» в радиоволны. Радиостанции работают в частотной и амплитудной модуляции — FM и AM соответственно. Есть модели, которые поддерживают оба вида. В высокоуровневых рациях применяется модуляция SSB (USB/ LSB). В ней сложные алгоритмы, и массово ее не используют. Нужно помнить, что для разных стран существуют специфические ограничения для модуляций.
Для передатчика это ключевая характеристика. Она измеряется в Вт и чем она больше, тем эффективнее работает устройство. Однако, с ростом мощности увеличивается цена рации. К тому же для этой характеристики есть установленные законом ограничения по свободному использованию. Нужно также учитывать достаточный уровень для конкретной частоты — излишняя мощность просто не нужна.
Характеристика определяет самый низкий уровень сигнала, который «улавливает» оборудование. Соответственно, чем она меньше, тем лучше. Измеряется в децибелах или микровольтах, в современных радиоустройствах обычно находится в диапазоне 0,16-0,5 мкВ. Нужно помнить: при приеме сигнала от мощных или находящихся рядом радиостанций чувствительность могут специально занизить.
В схеме приемников есть важный элемент — шумоподавитель. В эфире всегда присутствуют звуки от окружающего пространства — на большем или меньшем уровне. Шумоподавители устанавливают «порог срабатывания» радиооборудования. Пользователь слышит только сигналы, превышающие уровень эфирных звуков.
Тип и емкость аккумулятора
От характеристик АКБ зависит, насколько долго рация проработает в автономном режиме — без подзарядки. В современном оборудовании используются, как правило, литий-ионные или никель-металгидридные источники питания. В простых портативных моделях можно встретить обычные батарейки АА. Чем больше емкость аккумулятора, тем лучше.
Изучив базовые принципы работы радиостанций и критерии их выбора, вы сможете в дальнейшем совершенствовать знания. Это позволит найти самую подходящую для вас рацию с лучшим балансом функционала и расходов на покупку. Магазин MIDLAND-RUS предложит все востребованные типы радиостанций и поможет с выбором модели под ваши нужды и бюджет.
Устройство и принцип работы радиостанций
Радиостанция состоит из передающей части (передатчика), приемника, блока вызывного устройства, блока питания и приемопередающей антенны. Переносчиками низкочастотных сигналов, заключающих в себе полезную информацию, являются радиочастотные колебания, вырабатываемые задающим генератором в передатчике.
Передатчик
Структурная схема радиопередающего устройства:
УНЧ – усилитель нижней частоты; УМН – умножитель частоты; Мод.- модулятор, ЗГ-задающий генератор; Пол.Ф – полосовой фильтр; ПУ – предварительный усилитель; УМ – усилитель мощности
Звуковые колебания, создаваемые микрофоном, незначительны по величине, их предварительно усиливают усилителем низкой частоты (УНЧ). Затем сигналы НЧ и ВЧ от задающего генератора (ЗГ) поступают в модулятор, в результате чего ВЧ-сигнал изменяет свою амплитуду (при амплитудной модуляции), частоту (при частотной модуляции) или фазу (при фазовой модуляции).
Приемник
Излучаемые передающей антенной радиоволны, достигнув приемной антенны, наводят в ней ЭДС, частота которой равна частоте тока передающей антенны. Мощность электромагнитных колебаний в приемной антенне обычно ничтожно мала. Поэтому принимаемые радиоволны усиливаются усилителем высокой частоты (УВЧ).
Характеристики приёмника:
Чувствительность приемника – это способность принимать слабые сигналы, развивая при этом необходимую выходную мощность.
В ГОСТах определение чувствительности приемника – это минимальная величина высокочастотного сигнала на входе приемника, при котором на выходе НЧ тракта приемника обеспечивается соотношение сигнал/шум, равное
12 дБ.
Избирательность (селективность) приемника характеризует его способность выделять полезный сигнал из совокупности сигналов других радиостанций, работающих на частотах, близких к частоте этого сигнала, т.е. работающих на частотах соседних каналов.
Диапазон принимаемых частот представляет собой область частот, на которые может настраиваться приемник. При работе на любой частоте в этом диапазоне чувствительность, избирательность и другие параметры приемника не выходят за пределы норм, установленных для приемников данного класса.
Радиоприёмники
Прямого усиления
В радиоприемнике прямого усиления ВЧ-сигнал обрабатывается и усиливается на одной и той же принимаемой высокой частоте. Поэтому чувствительность и избирательность таких приемников очень низкая.
Супергетеродинного типа
Супергетеродинный прием заключается в преобразовании принятых колебаний радиочастоты в колебания промежуточной частоты. Промежуточная частота, как правило, ниже частоты приходящих сигналов, что облегчает построение схем усиления.
Приёмник прямого усиления
Приёмник супергетеродинного типа
Входным устройством приемника называют электрические цепи, связывающие вход первого каскада приемника (усилителя высокой частоты) с антенной. Входное устройство (ВУ) должно передавать напряжение принимаемого радиосигнала от антенны на вход первого каскада приемника, отфильтровывая при этом все прочие сигналы другой частоты. Для этого используют колебательные контуры, настраиваемые только на частоту принимаемого сигнала.
Соединение антенны с приемником в радиостанциях, как правило, осуществляется с помощью фидеров и согласующих устройств.
Все радиочастотные каскады приемника, в том числе и входные цепи, должны по возможности равномерно усиливать напряжение принимаемого сигнала во всей полосе принимаемых частот.
Для преобразования частоты сигнала fc в промежуточную fпр в приемнике используется специальный гетеродин (гет – маломощный генератор опорных колебаний, частота которого может быть ниже или выше частоты принимаемого высокочастотного сигнала). При этом генерируются вспомогательные колебания с частотой fг , которые в смесителе (СМ) складываются с принимаемыми электромагнитными колебаниями fc. Так как частоты этих двух электромагнитных колебаний неодинаковы, то при сложении получаются биения, у которых амплитуда меняется с частотой, равной разности частот складываемых электромагнитных колебаний. Биения не содержат составляющего колебания с какой-либо новой частотой, но если биения подвергнуть детектированию, то вследствие нелинейности этого процесса возникает составляющая с частотой биения, т.е. с разностной частотой fпр = fс — fг, которая является промежуточной частотой. Следовательно, для преобразования частоты принципиально необходимо иметь нелинейный элемент, например транзистор
Приёмник супергетеродинного типа
Приёмник супергетеродинного типа
Колебания промежуточной частоты подаются на усилитель напряжения промежуточной частоты (УПЧ), обладающий избирательными свойствами усиливать колебания именно промежуточной частоты. От УПЧ
колебания поступают на детектор (частотный дискриминатор ЧД), где выделяются колебания низкой частоты, а затем они усиливаются в УНЧ и подаются на громкоговоритель или телефон.
Преобразование модулированного ВЧ-напряжения радиочастоты (или промежуточной частоты) в напряжения и токи, изменяющиеся с частотой первоначального сообщения (несущего информацию), называется детектированием. В соответствии с видами модуляции в радиосвязи различают амплитудное, частотное, фазовое и некоторые другие виды детектирования. Детектирование осуществляется при помощи нелинейных элементов, активное сопротивление которых зависит от напряжения, а величины их индуктивности и емкости при этом незначительны.
Как устроена радиостанция
Радиостанция – это устройство, которое позволяет обмениваться аудиосообщениями с помощью радиоволн от передающей к принимающей стороне.
Принцип работы радиостанции достаточно понятен. В ней есть две основные части (приемник и передатчик), выполняющие определенные функции.
Приемник – это узел, преобразовывающий полученный радиочастотный сигнал в акустические волны для восприятия их человеком. Сегодня для улучшения четкости и слышимости преобразование проходи по следующей схеме:
Передатчик – это устройство, выполняющее действия, противоположные приему: голос на модуляторе преобразовывается и передается с помощью антенны в виде радиоволны на приемник.
В некоторых моделях («симплекс») приемник и передатчик работают на единой частоте. В этом случае собеседникам следует дожидаться конца сообщения, а лишь затем начинать разговор, иначе они друг друга не услышат.
Каждый из указанных элементов отличается определенными характеристиками, которые следует изучить при выборе радиоустройства. При этом важно учитывать условия применения рации и задачи, которые пользователь ставит перед ней.