广播是如何工作的

由:马歇尔大脑|

无线电波控制着一切,从AM/FM广播到无线网络,再到车库门的开启器。
iStockphoto /思想库

“无线电波”通过空气,经常以数千万英里的空气传输音乐,对话,图片和数据 - 它每天都在数千种不同的方式中发生!尽管无线电波对人类无形并且完全无法检测到,但它们也完全改变了社会。我们是否在谈论一个手机乐动体育网站5.0婴儿监视器乐动体育网站5.0无绳电话或者其他数千种无线技术中的任何一种,它们都使用无线电波进行通信。乐动-软件乐动体育网站5.0

以下是一些依赖于无线电波的日常技术:乐动-软件

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这样的例子不胜枚举……甚至诸如雷达微波炉依靠无线电波。之类的东西通信和导航卫星没有无线电波是不可能的,就像现代航空一样乐动体育网站5.0飞机取决于十几个不同的无线电系统。目前的趋势无线互联网接入使用收音机,这意味着未来更多便利!乐动体育网站5.0

有趣的是,就其核心而言,无线电是一项极其简单的乐动体育网站5.0技术。乐动-软件只需要花费一到两美元的几个电子元件,你就可以建造简单的无线电发射器和接收器。如此简单的东西如何成为现代世界的基石技术的故事令人着迷!乐动-软件

在本文中,我们将探讨收音机的技术,以便您可以完全理解无形的无线电波做出了如乐动-软件此多的事情!

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最简单的无线电

用一枚硬币敲击9伏电池的终端,你就可以创造出AM收音机可以接收的无线电波!"width=
用一枚硬币敲击9伏电池的终端,你就可以创造出AM收音机可以接收的无线电波!

无线电可以非常简单,在世纪之交,这种简单使几乎任何人都可以进乐动体育网站5.0行早期试验。它能变得多简单?这里有一个例子:

  • 取一个新的9伏电压电池和硬币。
  • 找一个调幅收音机,把它调到你能听到静电的地方。
  • 现在拿着电池靠近天线,并快速敲击电池的两个端子与硬币(以便您连接他们在一起的瞬间)。
  • 您将在收音机中听到由硬币连接和断开引起的电台裂缝。

您的电池/硬币组合是无线电发射器!它没有传输任何有用的东西(只是静态),它不会传输到远远(只需几英寸,因为它没有针对距离优化)。乐动体育网站5.0但是,如果使用静态挖掘摩尔斯代码,您可以使用此原油设备实际上以几英寸通信!

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(略)更精致的收音机

如果你想做得更精致一点,可以用一把金属锉刀和两根铁丝。将文件的手柄连接到9伏电池的一端。将另一段电线连接到另一个终端,并运行自由端电线向上和向下的文件。乐动体育网站5.0如果你在黑暗中这样做,你将能够看到非常小的9伏特火花沿着文件的尖端电线连接和断开与文件的脊。把文件放在AM收音机附近,你会听到很多静电干扰。

在无线电的早期,发射机被称为火花线圈乐动体育网站5.0,它们以更高的电压(例如20,000伏)创造了一个连续的火花流。高压创造了像你在a中看到的大脂肪火花火花塞乐动体育网站5.0,它们可以传播得更远。今天,这样乐动体育网站5.0的发射器是非法的,因为它会发送整个无线电频谱,但在早期它工作得很好,很普遍,因为没有很多人使用无线电波。

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无线电基础:零件

如前一节所示,用静态传输非常易于传输。然而,今天所有收音机都使用连续正弦波传输信息(音频,视频,数据)。我们今天使用连续正弦波的原因是因为有很多不同的人和设备,希望同时使用无线电波。如果您有一些方法可以看到它们,您会发现现在有数千个不同的无线电波(以正弦波形式)现在 - 电视广播,AM和FM广播广播,警察和消防收音机,乐动体育网站5.0卫星电视传输,手机通话,全球定位系统(GPS)信号等等。乐动体育网站5.0令人惊讶的是,今天无线电波的用途有如此之多无线电频谱是如何工作的得到一个想法)。不同的无线电信号使用不同的正弦波频率乐动体育网站5.0,这就是它们都是分开的。

任何无线电设置有两部分:

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  • 发射机
  • 接收机

发射机采用某种消息(它可能是某人的声音,图片电视机),将其编码成正弦波,然后用无线电波发送。接收器接收无线电波,并从接收到的正弦波中解码信息。发射器和接收器都用天线辐射并捕获无线电信号。

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无线电基础:现实生活中的例子

一个典型的婴儿监视器,左边是接收器,右边是发射机:发射机放在婴儿的房间里,本质上是一个迷你的“无线电台”。父母带着接收器在房子里到处听婴儿说话。典型的传输距离限制在200英尺(61米)左右。"width=
典型的婴儿监视器,左侧的接收器和发射器:发射器位于婴儿的房间,基本上是一个迷你“无线电台”。父母带着接收器在房子里到处听婴儿说话。典型的传输距离限制在200英尺(61米)左右。

一个婴儿监视器与无线电技术获得一样简单。乐动-软件有一个发射器坐在宝宝的房间和一个接收器,父母用来听宝宝。以下是典型婴儿监视器的一些重要特征:

  • 调制:调幅(AM)
  • 频率范围:49 MHz
  • 频率次数:1或2
  • 发射机功率:0.25瓦

(如果像“调制”和“频率”这样的术语,请不要担心“频率”,我们现在将在一瞬间到达它们。)

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手机也是一个收音机,是一个更复杂的设备(见手机的工作原理详情)。一个手机包含一个发射器和一个接收器,可以同时使用它们,可以理解数百种不同的频率,并且可以在频率之间自动切换。乐动体育网站5.0以下是典型模拟手机的一些重要特征:

  • 调制:调频(FM)
  • 频率范围:800mhz
  • 频率数量:1,664(每位提供者832,每个区域供应商)
  • 发射机功率:3瓦
一个典型的手机包含一个发射器和一个接收器,并且两者在不同的频率上同时工作。乐动体育网站5.0手机与手机发射塔通信,可以传输2或3英里(3-5公里)。"width=
一个典型的手机包含一个发射器和一个接收器,并且两者在不同的频率上同时工作。乐动体育网站5.0手机与 手机塔 可以传输2到3英里(3到5公里)。

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简单的发射器

您可以了解无线电发射器如何通过从电池和一根电线开始工作。在电磁铁的工作原理如果你把电池的两个端子之间的导线连接起来,你就可以看到电池通过导线发送电流(一股电子流)。移动的电子在导线周围形成磁场,这个磁场强到足以影响导线乐动体育网站5.0罗盘

假设你拿另一根电线,并把它平行于电池的电线,但距离它几英寸(5厘米)。如果你把一个非常灵敏的电压表连接到电线上,那么会发生以下情况:每次你从电池连接或断开第一根电线,你会在第二根电线上感应到一个非常小的电压和电流;任何变化的磁场都会在导体中产生电场——这是任何发电机的基本原理。所以:

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  • 电池在第一根导线中产生电子流。
  • 移动电子在电线周围产生磁场。
  • 磁场延伸到第二根导线。
  • 每当第一线中的磁场发生变化时,电子开始在第二导线中流动。

要注意的一件重要的事情是,只有当你连接或断开电池时,电子才会在第二根导线中流动。磁场不会使电子在导线中流动,除非有磁场改变.连接和断开电池的连接改变磁场(将电池连接到电线产生磁场,同时断开折叠该场),因此在这两个时刻的第二线中的电子流动。

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简单的发射器:自己制作

连接电池时,电线中的电压为1.5伏,当您断开连接时,电压为零伏。乐动体育网站5.0通过快速连接和断开电池,可以创建一个平方波,波动在0到1.5伏之间。"width=
连接电池时,电线中的电压为1.5伏,当您断开连接时,电压为零伏。乐动体育网站5.0通过快速连接和断开电池,可以创建一个平方波,波动在0到1.5伏之间。

要创建一个简单的无线电发射机,您要做的是创建一个快速改变电流在一个线。你可以通过快速连接和断开电池来做到这一点,就像这样:

更好的方法是在电线中产生连续变化的电流。连续变化波的最简单(和最平滑)形式是像下面所示的正弦波:

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例如,正弦波平滑地在10伏和-10伏之间波动。"width=
例如,正弦波平滑地波动在, 10伏和-10伏特。

通过创建一个正弦波并将其通过导线运行,您就创建了一个简单的无线电发射机。它是非常容易创建一个正弦波只需几个电子元件- a电容器和一个电感器可以创建正弦波,并且几个晶体管可以将波浪放大到强乐动体育网站5.0大的信号(参见振荡器的工作原理有关详细信息,和乐动体育网站5.0这里是一个简单的发射机原理图)。通过将该信号发送到天线,您可以将正弦波传输到空间。

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传输信息

如果您有一个正弦波和发射器,可以使用天线将正弦波传输到空间,您有一个无线电台。唯一的问题是正弦波不包含任何信息。你需要调节以某种方式的波浪编码信息。有三种常见方法来调制正弦波:

脉冲调制- 在PM,您只需打开和关闭正弦波。这是一个简单的送摩尔斯代码的方法。PM并不是那个常见的,但是一个很好的例子是发送信号的无线电系统无线电控制的时钟在美国。一个PM发射机能够覆盖整个美国!

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振幅调制-既AM电台和图片的一部分电视信号使用幅度调制来编码信息。在幅度调制中,正弦波的幅度(其峰值到峰值电压)变化。因此,例如,由人的声音产生的正弦波覆盖到发射器的正弦波上以改变其幅度。

频率调制-调频广播电台和数百其他无线技术(包括声音部分的a乐动-软件电视信号(如无绳电话、手机等)使用调频。调频的优点是它在很大程度上不受静电干扰。在调频中,发射机的正弦波频率根据信息信号的变化非常微小。

一旦你用信息调制正弦波,你就可以发送信息!

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接收AM信号

这是一个真实的世界例。当您将汽车的AM收音机调整到站 - 例如,AM拨号上的680 - 发射器的正弦波正在以680,000赫兹(正弦波每秒重复68万次)。通过改变发射器的正弦波的幅度,将DJ的声音调制到该载波上。放大器将信号放大到大型am站的50,000瓦的东西。然后,天线将无线电波发射到空间中。

那么,你车上的AM收音机——一个接收器——是如何接收发射器发送的68万赫兹信号并从中提取信息(DJ的声音)的呢?以下是步骤:

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  • 除非你坐在发射机旁边,否则你的收音机需要一个天线帮助它从空气中识别出发射机的无线电波。AM天线只是一根导线或一根金属棒,增加了发射器的电波可以与之相互作用的金属量。
  • 你的收音机需要调谐器.天线将接收数千个正弦波。调谐器的工作是将一个正弦波从天线接收的数千个无线电信号中分离出来。在这种情况下,调谐器被调谐以接收68万赫兹的信号。调优器的工作原理称为共振.那是调谐器产生共鸣在和乐动体育网站5.0放大,一个特定的频率并忽略空气中的所有其他频率。很容易创建一个谐振器与一个电容器和一个电感器(查看振荡器的工作原理了解电感和电容如何一起工作来创建一个调谐器)。
  • 调谐器使无线电只接收一个正弦波频率(在这种情况下,68万赫兹)。现在无线电必须从正弦波中提取DJ的声音。这是通过无线电的一部分称为探测器或者解调器.在AM收音机的情况下,检测器由称为a的电子元件制成二极管.一个二极管允许电流从一个方向流过,而不是从另一个方向流过,所以它截断了波的一边,像这样:
  • 收音机下放大剪裁信号并将其发送到演讲者(或一个耳机)。放大器由一个或多个晶体管组成(更多的晶体管意味着更大的放大,因此扬声器的功率更大)。

你从扬声器里听到的是DJ的声音!

在FM收音机中,探测器不同,但其他一切都是一样的。在FM中,检测器将频率的变化变为声音,但天线,调谐器和放大器在很大程度上是相同的。

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最简单的AM接收器

在强AM信号的情况下,你可以创建一个简单的无线电接收器,只需要两部分和一些电线!这个过程非常简单——以下是你需要的:

  • 一个二极管-你可以买一个二极管在Radio Shack大约1美元。零件号276-1123就可以了。
  • 两块电线- 你需要大约20到30英尺(15到20米)的电线。无线电棚零件编号278-1224很棒,但任何电线都会做。
  • 小金属桩你可以把它开到地里(或者,如果发射机附近有护栏或金属栅栏,你可以用它)
  • 一个水晶耳机- 不幸的是,收音机小屋不卖一。然而,无线电棚确实销售了包含耳机,二极管,电线和调谐器的晶体无线电工具包(部分号28-178)(这意味着您不需要站在发射器旁边的工作),所有10美元。

你现在需要找到并靠近AM电台的发射塔(在一英里/1.6公里左右),这样才能工作。你应该这样做:

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  • 把木桩打入地里,或者找个方便的金属栅栏桩。剥去绝缘体的一端10英尺(3米)的电线和包裹它周围的桩/桩5或10次,以获得一个良好的坚实的连接。这是地线。
  • 将二极管连接到接地线的另一端。
  • 拿另一根电线,10到20英尺长(3到6米),并将其一端连接到二极管的另一端。乐动体育网站5.0这条电线是您的天线。把它放在地上,或把它挂在树上,但确保裸终不碰到地面。
  • 将耳塞的两个引线连接到二极管的任意一端,如下所示:

现在,如果你把耳塞塞进耳朵,你就会听到广播电台的声音——这是最简单的无线电接收器!如果你离车站很远,这个超级简单的项目就不起作用,但它确实证明了无线电接收器可以有多简单。

这是它的工作原理。您的电线天线正在接收各种无线电信号,但由于您如此接近特定的发射器,它并不重要。附近的信号压倒了数百万的一切。因为你如此接近发射机,但是天线也接受了很多能源——足够开耳机了!因此,您不需要调谐器、电池或其他任何东西。二极管作为AM信号的检波器,如上一节所述。所以你可以听到电台,尽管没有调谐器和放大器!

无线电棚屋(28-178)的水晶无线电工具包包含两个额外的部分:一个电感器A.电容器.这两个部分创建了一个调谐器,它为无线电额外的范围提供。看到振荡器的工作原理获取详细信息。

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天线基础知识

你可能已经注意到几乎每个你看到的每台电台都是(如你的手机,你的汽车中的收音机等)有一个天线.天线处于各种形状和尺寸,具体取决于天线试图接收的频率。天线可以是来自长,僵硬的电线(如在大多数汽车上的AM / FM无线电天线)中的任何东西,以与奇异为例卫星天线.无线电发射器还使用极高的天线塔来传输它们的信号。

无线电发射器中的天线背后的想法是将无线电波发射到太空中。在接收器中,该想法是尽可能多地接收发射器的功率,并将其提供给调谐器。为了卫星那是在数百万英里之外,美国宇航局使用直径达200英尺(60米)的巨型碟形天线!

最佳无线电天线的大小与天线试图传输或接收的信号的频率有关。这种关系的原因与之有关光的速度乐动体育网站5.0,并且距离电子可以作为结果行驶。光速为每秒186,000英里(每秒300,000公里)。在下一页上,我们将使用此号码来计算现实生活天线尺寸。

天线:现实生活中的例子

让我们假设您正在试图为电台680 AM建立一个无线电塔。它发射的正弦波频率为68万赫兹。在正弦波的一个周期中,发射机将把天线上的电子朝一个方向移动,转换后将它们拉回来,转换后将它们推出,转换后再将它们移动回来。换句话说,在正弦波的一个周期内,电子会改变四次方向。如果发射机以68万赫兹运行,这意味着每个周期在(1/68万)0.00000147秒内完成。四分之一是0。00003675秒。在光速下,电子可以在0.0000003675秒内行驶0.0684英里(0.11公里)。这意味着在68万赫兹时,发射机的最佳天线尺寸大约是361英尺(110米)。所以调幅广播电台需要非常高的塔。另一方面,对于工作在900,000,000 (900mhz)的手机来说,最佳的天线尺寸大约是8.3厘米或3英寸。 This is why cell phones can have such short antennas.

你可能已经注意到你车里的AM收音机天线不是300英尺长——它只有几英尺长。如果你把天线变长,接收效果会更好,但城市里的调幅电台很强大,所以天线的最佳长度并不重要。

你可能想知道,当无线电发射机发射东西时,无线电波为什么要以光速在太空中传播,远离天线。为什么无线电波能传播数百万英里?为什么天线周围没有磁场,就像你看到的,有一根电线连着电池?乐动体育网站5.0一个简单的思考方法是:当电流进入天线时,它确实会在天线周围产生一个磁场。我们还看到,磁场会在靠近发射机的另一根导线上产生电场(电压和电流)。事实证明,在空间中,天线产生的磁场会在空间中产生电场。这个电场反过来又在空间中产生另一个磁场,这个磁场又产生另一个电场,再产生另一个磁场,以此类推。乐动体育网站5.0这些电场和磁场(电磁场)在空间中以光速相互诱导,从天线向外传播。

想了解更多关于电台和相关话题的信息,请查看下一页的链接。

最初出版:2000年12月7日

无线电常见问题解答

我可以在电脑上听收音机吗?
您可以在计算机上收听无线电,但它通过Internet连接进行数字化。在线搜索您最喜欢的车站,看看您是否可以在其网站上调整。如果您不确定电台被调用或宁愿浏览各种站点,请查看www.radio-locator.com以按城市,邮政编码,呼叫信,格式或国家/地区搜索(如果您正在寻找对于国际收音机)。
我可以用手机听广播吗?
一些电台有自己的智能手机收听应用程序。TuneIn应用程序是浏览和收听流行电台的好方法。你可以使用免费版本,听广告,或者在7天免费试用后每月支付9.99美元,享受无广告体验。
收音机坏了吗?
有相当多的辩论关于收音机是否在它的出路。流媒体音乐给传统广播电台带来了激烈的竞争。然而,如果你看看苹果流行的Apple Music 1,它似乎只是广播的格式在改变,而不是人们对它的消费。