Fale

Radiotechnika, dział nauki i techniki zajmujący się badaniem, wytwarzaniem oraz wykorzystywaniem drgań elektrycznych i fal elektromagnetycznych do celów łączności (telekomunikacji, radiofonii, telewizji itp.), a także w innych dziedzinach wiedzy, m.in. w medycynie, astronomii.

RADIO I FALE RADIOWE

Fale radiowe, fale elektromagnetyczne o częstotliwości mniejszej od 31012 Hz (długości większej od 0,1 mm). Ze względu na długość fali (czy też częstotliwość) rozróżnia się poszczególne typy fal radiowych. Istnieją dwa podziały: tradycyjny i dekadowy, zalecany przez Regulamin Radiokomunikacyjny.

Fale radiowe powstają przez wypromieniowanie energii z anteny nadawczej (układu nadawczego). Ze względu na środowisko propagacji wyróżnia się falę przyziemną (powierzchniową i nadziemną), falę troposferyczną, falę jonosferyczną i w przestrzeni kosmicznej. W zależności od długości fali radiowej jej propagacja jest poddana wpływowi różnorodnych zjawisk np.: dyfrakcji, refrakcji, odbicia od jonosfery itp.

Radiofonia to system rozpowszechniania audycji radiowych. Rozróżnia się radiofonię przewodową (tzw. radiowęzły, o znacznie ograniczonym zasięgu) realizowaną za pomocą odbiorników połączonych przewodami ze stacją nadawczą, oraz bezprzewodową, wykorzystującą określone pasma częstotliwości fal radiowych.

Pierwsze próby przesyłania sygnałów fonicznych przeprowadzono na początku XX w., pierwsza próbna rozgłośnia radiowa uruchomiona została w 1914.

Zasadniczymi parametrami charakteryzującymi urządzenia radiowe są:
1) zakres fal, które dzieli sie na fale długie, średnie, krótkie (metrowe) i ultrakrótkie (centymetrowe i milimetrowe)
2) rodzaj zastosowanej modulacji z rozróżnieniem modulacji amplitudy w zakresach długim, średnim i krótkim i modulacji częstotliwości, fazy oraz modulacji impulsowej dla zakresy fal ultrakrótkich
3) w przypadku nadajników ważna jest moc wyjściowa, która określa zasięg działania
4) w przypadku odbiorników ważna jest czułość, selektywność oraz niewrażliwość na zakłócenia

Do urządzeń radiowych zaliczamy:
Nadajnik jest to urządzenie elektroniczne służące do wytwarzania energii elektromagnetycznej wielkiej częstotliwości, przystosowanej do celów łączności za pośrednictwem fal radiowych. Nadajnik składa się z generatora drgań elektrycznych wielkiej częstotliwości, wzmacniaczy wielkiej częstotliwości, wzmacniaczy małej częstotliwości, modulatora (modulacja) oraz urządzeń pomocniczych (np. zasilacza, urządzeń rozrządczych).

W zależności od częstotliwości przebiegu nośnego oraz długości fali radiowej rozróżnia się nadajniki: długo-, średnio-, krótkofalowe i najczęściej spotykane - ultrakrótkofalowe. W zależności od przeznaczenia rozróżnia się m.in.: nadajniki radiofoniczne, nadajniki telewizyjne, nadajniki radiokomunikacyjne, nadajniki radiolokacyjne.

Odbiornik radiowy, (radio) jest to urządzenie elektrotechniczne służące do odbierania fal elektromagnetycznych rozchodzących się w przestrzeni, przetwarzania ich na przebiegi elektryczne, a przebiegów elektrycznych w dźwięk. Fala nośna sygnału (tzw. sygnał wysokiej częstotliwości) może być modulowana amplitudowo, częstotliwościowo lub fazowo.

Radio przeznaczone do odbioru sygnałów zmodulowanych amplitudowo nazywa się odbiornikami AM (Amplitude Modulation - modulacja amplitudowa), a do odbioru sygnałów zmodulowanych częstotliwościowo - odbiornikami FM (Frequency Modulation - modulacja częstotliwościowa).

Podstawowymi elementami składowymi radia są: wzmacniacz wysokiej częstotliwości, mieszacz z heterodyną, wzmacniacz pośredniej częstotliwości, ogranicznik (w odbiornikach FM), detektor (odpowiednio AM/FM) i wzmacniacz małej częstotliwości.

Pierwsze radia niezależnie od siebie skonstruowali A.S. Popow i G. Marconi. Początkowo radia budowane były z układów lampowych (lampa elektronowych), później wraz z rozwojem techniki (wynalezieniem elementów półprzewodnikowych) zaniechano produkcji odbiorników lampowych. Obecnie budowane są na bazie tranzystorów i układów scalonych.

Oba te urządzenia, plus jeszcze antena, która może służyć zarówno jako emiter sygnału jak i służyć do jego wyłapywania tworzą :

Radiostację - zespół urządzeń umożliwiających nadawanie i odbieranie sygnałów radiowych. Głównymi częściami radiostacji są: nadajnik, odbiornik radiowy, antena (lub zespół anten) oraz urządzenia zasilające i kontrolne.

Zasięg radiostacji, tj. odległość, w jakiej mogą być odbierane sygnały nadawane przez radiostację, zależy od mocy nadajnika, parametrów anteny odbiorczej, czułości radioodbiornika, zakresu fal itp. Ze względu na zastosowanie rozróżnia się radiostacje foniczne (głównie nadawcze, zwykle przystosowane do emitowania fal radiowych o jednej częstotliwości) i komunikacyjne (nadawczo-odbiorcze, z reguły łatwo przestrajalne na różne częstotliwości).

Z uwagi na warunki pracy oraz miejsce zainstalowania radiostacje dzieli się na: stacjonarne i ruchome (pokładowe, przewoźne i przenośne).

Radar, (radiolokator, stacja radiolokacyjna),jest to urządzenie radiolokacji aktywnej, służące do wykrywania obiektów, wyznaczania ich położenia oraz ustalenia parametrów ruchu za pomocą fal radiowych o wielkiej częstotliwości (czyli o małej długości).

Fale wysyłane przez antenę kierunkową (zwykle obrotową), odbite od napotkanego obiektu, powracają i odbierane są przez antenę odbiorczą, a następnie przetwarzane na obraz, który ukazuje się na monitorze. Czas, jaki upłynął od chwili nadania do chwili odbioru, pozwala na określenie m.in. odległości i prędkości poruszania się obiektów.

Zależnie od typu stosowanego w radarach sygnału rozróżnia się m.in. radary: o fali ciągłej, impulsowe, dopplerowskie. W zależności od spełnianych funkcji - radary naprowadzające, artyleryjskie, nawigacyjne, meteorologiczne, drogowe i in.

Nazwa radar jest skrótem angielskiego terminu: Radio Aids for Defence and Reconnaissance (Radiowe Wspomaganie Obrony i Rozpoznania).

Radiowe zakłócenia, zjawiska, które zmieniają normalne warunki odbioru sygnału radiowego i powodują, często trudne do wychwycenia błędy w radionawigacji.

Do najważniejszych z nich należą: burze magnetyczne, echo radiowe, efekt brzegowy, efekt nocny, fading, strefa martwa.

Radiowa strefa martwa, strefa, w której niemożliwy jest odbiór sygnałów radiowych (fal radiowych).

Dolną granicę martwej strefy radiowej, licząc od nadajnika, określa maksymalny zasięg fali przyziemnej, górną - początek rejonu odbioru fali jonosferycznej.

Pojęcia użyte w tekście

Modulacja-proces zmiany jednego lub kilku parametrów danego sygnału pod wpływem oddziaływania sygnału drugiego

AM, Amplitude Modulation, w radiotechnice modulacja amplitudowa. Termin ten dotyczy systemu nadawania programów radiowych na falach długich, średnich i krótkich.

FM, Frequency Modulation, w radiotechnice, modulacja częstotliwościowa, w której chwilowa częstotliwość sygnału modulowanego jest proporcjonalna do amplitudy sygnału modulującego. Ten typ modulacji stosuje się w radiofonii, np. w paśmie UKF.

Heterodyna, stabilny generator nie tłumionych drgań elektrycznych stosowany do modulacji (demodulacji) drgań w procesach tzw. heterodynowania (dudnienia) elektrycznych przebiegów sinusoidalnych o nieznacznie różnych częstotliwościach. Heterodyny stosuje się również w falomierzach.

Ogranicznik, układ elektroniczny służący do ograniczania maksymalnych wartości przebiegów elektrycznych, stosowany m.in. w układach modulacji częstotliwości, w układach wybierania impulsów.

Demodulator, urządzenie (układ) służące do demodulacji przebiegu elektrycznego zmodulowanego.

Demodulator stosowany jest w odbiornikach radiofonicznych, urządzeniach teletransmisyjnych itp. Każdemu rodzajowi modulatora odpowiada odpowiedni rodzaj demodulatora.

UKF (fale ultrakrótkie), polskie oznaczenie zakresu częstotliwości od 30 do 300 MHz fal radiowych (metrowych). W nomenklaturze światowej pod nazwą VHF.

TELEWIZJA

To dział telekomunikacji zajmujący się przesyłaniem na odległość ruchomych obrazów wraz z towarzyszącym im dźwiękiem za pomocą sygnałów elektrycznych. Ze względu na zastosowanie rozróżnia się: telewizję programową oraz telewizję użytkową (umożliwiającą obserwację zjawisk lub kontrolę procesów w badaniach naukowych).

(Telewizja programowa,to telewizja nadająca programy informacyjne, edukacyjne, artystyczne, rozrywkowe i sportowe dla szerokiego ogółu odbiorców. Funkcjonuje od 1928 w USA i od lat 30. w Europie (Francja, ZSRR, Niemcy, Wielka Brytania) - w Polsce od 1956. Pod względem organizacyjnym i prawnym wyróżnia się telewizje programowe: rządowe, autonomiczne (publiczne) i prywatne (komercyjne)).

Telewizor, odbiornik telewizyjny jest to urządzenie elektroniczne przeznaczone do odbierania sygnałów telewizyjnych nadawanych przez telewizyjne stacje nadawcze w postaci fal elektromagnetycznych i do przetwarzania tych fal w obrazy i towarzyszący im dźwięk.

Wynalazcą telewizora był Szkot, J.L. Baird, a produkcję aparatów zapoczątkowano w Wielkiej Brytanii w 1928. Pierwszy przekaz międzykontynentalny obrazu telewizyjnego z Londynu do Nowego Jorku odbył się 8 lutego 1928. Telewizor składa się zasadniczo z trzech torów: wizji (m.in. głowica wysokiej częstotliwości, wzmacniacz pośredniej częstotliwości, wzmacniacz wizji, kineskop), fonii (m.in. demodulator, wzmacniacz mocy, głośnik) i synchronizacji (m.in. generatory i wzmacniacze odchylania pionowego i poziomego), a ponadto z układu zasilania.

Telewizor do odbioru obrazów kolorowych posiadają również tor chrominancji, układ dekodera (zamieniający sygnały chromatyczności i luminancji na trzy sygnały barw podstawowych) oraz trzy oddzielne wzmacniacze sygnałów barwy. Układ dekodera telewizora do odbioru obrazów kolorowych różny jest dla poszczególnych systemów telewizyjnych, jednak większość obecnie produkowanych telewizorów posiada dekoder dostosowany do odbioru programów nadawanych w różnych standardach.

Telewizyjne systemy to systemy określające zasady i metody wytwarzania oraz przesyłania sygnałów telewizyjnych, a także parametry tychże sygnałów.

Analogowe systemy emisyjne oznaczone są literami: B (Szwajcaria - 625 linii, 50 pól obrazu, odległość nośnych 5,5 MHz, szerokość kanału emisji 7 Mhz), G (Niemcy - 625 linii, 50 pól, odległość 5,5 MHz, kanał 8 Mhz), D (Polska - 625 linii, 50 pól, odległość 6,5 MHz, kanał 8 Mhz) lub M (USA - 525 linii, 60 pól, kanał 6 Mhz). Oprócz telewizji monochromatycznej (tzw. czarno-białej) istnieją 3 systemy wytwarzania obrazu telewizji kolorowej (system PAL, SECAM, NTSC).

Nowe systemy (PALplus, MAC) posługują się ekranem o formacie 16:9 (dotąd 12:9), uniezależnionym od liczby linii wybierania (525 lub 625). Wyraźną poprawę jakości obrazu (porównywalną do obrazu kinowego) oferują systemy HDTV (High Definition TeleVision) o dużej rozdzielczości, jak np. japoński MUSE (1125 linii, 60 pól) czy europejski EU95 (1250 linii, 50 pól).

System PAL (z angielskiego Phase Alternation Line), system telewizji kolorowej, udoskonalona wersja amerykańskiego systemu NTSC, przystosowana do europejskich norm telewizji czarno-białej.

W systemie PAL zmniejszono wrażliwość na zniekształcenia fazowe, będące powodem nieprawidłowego odtwarzania kolorów w systemie NTSC, przez przełączanie co jedną linię fazy sygnału różnicowego. System PAL został opracowany w Niemczech w 1963.

System NTSC (z angielskiego National Television System Committee), pierwszy system telewizji kolorowej opracowany w USA w 1953 przez zrzeszenie amerykańskich firm telewizyjnych. Polega na przekształcaniu sygnałów barw podstawowych na trzy inne sygnały: jeden sygnał luminancji Y oraz dwa sygnały chrominancji (dwie składowe barwne przesunięte względem siebie w fazie o 90stopni I i Q.

Wszystkie przesyłane są równocześnie w paśmie częstotliwości odpowiadającym telewizji czarno-białej. Wadą tego systemu jest trudność utrzymania stałych kolorów, gdyż jest on bardzo wrażliwy na zmiany przesunięcia fazowego sygnału chrominancji. Zmodyfikowanymi wersjami systemu NTSC są: system PAL i system SECAM.

System SECAM (z francuskiego Squentiel en Couleur a Mmoire), system telewizji kolorowej, w którym sygnał luminancji obrazu przesyłany jest w sposób ciągły (podobnie jak w telewizji czarno-białej), a pozostałe części informacji przesyłane są kolejno.

System SECAM został opracowany we Francji w 1959-1963 na bazie amerykańskiego systemu NTSC. System SECAM stosowany był w Polsce do początku lat 90., kiedy to telewizja zmieniła system nadawania na system PAL.

Kineskop, lampa kineskopowa, lampa próżniowa przetwarzająca impulsy elektryczne w obraz. Składa się z podgrzewanej katody, układu przyspieszającego elektrony, układu odchylającego (zawierającego układ odchylania pionowego oraz poziomego) i ekranu pokrytego luminoforem (w kineskopie barwnym trzema luminoforami).

W niektórych konstrukcjach przed luminoforem znajduje się tzw. maska. Elektrony bombardując luminofor pobudzają go do świecenia. Dzięki bezwładności optycznej oka obraz składający się z linii i odnawiany 25 lub 30 razy na sekundę daje wrażenie obrazu ciągłego.

Luminofory, fosfory, mieszaniny związków nieorganicznych i organicznych, wykazujące luminescencję. Stanowią najczęściej mieszaniny chalkogenków (tlenków, siarczków, selenków), krzemianów i fosforanów berylowców, cynku i kadmu, wraz z aktywatorami.

Z luminoforów organicznych można wymienić pochodne dwuksantylenu, benzo- i nafto-dwualdazyn, rodaminę, eozynę, fluoresceinę i in. Ze względu na rodzaj wzbudzania luminofory można podzielić na fotoluminofory, katodoluminofory, rentgenoluminofory oraz elektroluminofory.

Luminofory stosuje się w lampach fluorescencyjnych, oscyloskopowych, jarzeniowych, do produkcji farb malarskich i drukarskich, mas fosforyzujących (zastępujących trujący fosfor biały), do pokrywania znaków drogowych itp.

Luminescencja, jarzenie, zimne świecenie, emisja promieniowania elektromagnetycznego o natężeniu większym od promieniowania cieplnego w danej temperaturze, zachodząca w dłuższej skali czasowej (względem okresu emitowanych drgań).

Ze względu na rodzaj wzbudzenia wyróżnia się różne rodzaje luminescencji: chemiluminescencję, elektroluminescencję (w tym: elektrochemiluminescencję i elektrofotoluminescencję), fotoluminescencję, katodoluminescencję (wywołaną działaniem strumienia elektronów na luminofor), termoluminescencję oraz rentgenoluminescencję (wywołaną promieniowaniem X lub gamma).

Ze względu na mechanizm promieniowania wyróżnia się fluorescencję (zwykłą i długożyciową), fosforescencję (również zwykłą i długożyciową) oraz luminescencję rekombinacyjną (zachodzącą podczas rekombinacji jonów, cząsteczek itp. rozdzielonych działaniem wzbudzenia).