無線電接收器如何進行遠距離通信？這是對所使用的基本機制的描述。接收器的原理是一樣的，不管你用什么方式交流；無線電波、聲波、光通信......當接收器接收到的信號非常微弱或需要非常高的可靠性時使用。

1.介紹

假設我有一個能夠發(fā)出嗶聲的小設備。它只是一個小盒子，帶有一個揚聲器和一個開/關開關。打開開關時，設備會發(fā)出連續(xù)的嗶聲。當您關閉開關時，設備會靜音。這個設備是一個發(fā)射器。

其次，假設我有另一個能夠聽到嗶聲的小設備。它也是一個小盒子，有麥克風和臺燈。當麥克風聽到嗶聲時，燈會亮起。當麥克風沒有聽到嗶聲時，燈保持黑暗。這個設備是一個接收器。

您可以隨心所欲地使用這兩個小設備：

當您打開發(fā)射器開關時，接收器的燈開始發(fā)光。當您關閉發(fā)射器的開關時，接收器的燈變暗。等等。

如果接收器已經建立了一個基本的方式，那么通信工作的距離將是幾米或幾十米：

如果你把接收器放在離發(fā)射器50米的地方，那么就沒有更多了溝通。當您打開發(fā)射器的開關時，接收器的燈不會開始發(fā)光。它將保持黑暗。

但是，如果你構建一個長距離接收器，那么距離可能會超過 50 米：

假設你在一個嘈雜的城市。你把發(fā)射器放在某個地方，然后走開。在幾十米的距離，你的耳朵再也聽不到發(fā)射器的聲音了。但是，在走開 1 公里后，遠距離接收器仍能聽到發(fā)射器的聲音。令人驚訝的是，通訊工作：當發(fā)射器的開關被推到打開時；接收器的燈開始發(fā)光。并且當發(fā)射器的開關被拉到關閉時，接收器的燈變暗。距離1公里！那是魔法。

只有一個缺點：通信現(xiàn)在相當慢。當發(fā)射器的開關被拉到打開時，您必須等待 1 分鐘，直到接收器的燈開始發(fā)光。并且當您將發(fā)射器的開關推到關閉時，您必須再次等待1分鐘，直到接收器的燈變暗。

多虧了這項技術，才能與太陽系外的太空探測器進行通信。

因此，我們現(xiàn)在的目的是解釋這個小奇跡是如何運作的。

2. 信噪比

假設我們拿一個麥克風并將它連接到一個適當調諧的示波器上。（如果手邊沒有示波器，可以使用帶有聲卡和錄音程序的 PC）。

發(fā)射器距離麥克風幾厘米。

當發(fā)射器關閉時，示波器將顯示一條直線，無信號：

當發(fā)射器打開時，示波器將顯示一個正弦波：

因此，聾人將能夠分辨發(fā)射器是打開還是關閉。只需查看示波器的屏幕即可。

假設現(xiàn)在我們將發(fā)射器放置在距離麥克風兩倍遠的地方。

當發(fā)射器打開時，示波器顯示的信號會弱兩倍：

因此，為了仍然清晰地看到信號，我們將增加示波器的放大倍數(shù)，使其再次以正確的大小顯示正弦波：

沒問題。我們將發(fā)射器放在離麥克風越遠的地方，我們就越要求示波器放大信號。這樣，無論距離多遠，信號都清晰可見。

好吧，事實上這不是真的。一旦我們將發(fā)射器放置在距離麥克風 5 米處并且放大變得相對重要時，我們會看到出現(xiàn)噪音：

這是發(fā)射器關閉時示波器顯示的內容：

這是發(fā)射器打開時顯示的內容：

發(fā)射器可以打開或關閉，這沒有區(qū)別。噪音保持不變。當發(fā)射器打開時，正弦波只是將s 本身添加到噪聲中。

噪音是你無法避免的。無論你測量什么，如果你放大它，你總是會得到一個噪音。事實上，它從一開始就在那里，但它是如此微弱，以至于我們沒有注意到它。一旦我們將其放大到足夠的程度，它就會變得可見。

讓我們再把發(fā)射器再放兩次。我們必須增加兩倍的放大率。現(xiàn)在噪聲具有與正弦波相同的幅度：

從現(xiàn)在開始，當我們將發(fā)射器放得更遠時，我們將不再增加放大倍數(shù)。因為噪聲充滿了示波器的屏幕。放大的任何增加都是無用的：它只會使噪聲超出示波器屏幕的邊界。

這是我們將發(fā)射器放在 10 米外時出現(xiàn)的情況：

這是我們將發(fā)射器放在 20 米外時出現(xiàn)的情況：

當我們將發(fā)射器放在 40 米外時，就會出現(xiàn)這種情況：

我們不再能夠看到正弦波。（你可能會有看到正弦波的印象，但這只是一種錯覺。）

發(fā)射器可能打開或關閉，示波器會顯示完全相同的東西：噪音。

因此，在 40 米的距離內，我們的系統(tǒng)不再工作。聾人不能再使用示波器來判斷發(fā)射器是打開還是關閉。

關鍵是信號的強度與噪聲的強度。這就是我們使用信噪比概念的原因。

信噪比是一個數(shù)字。您可以通過將信號強度測量值的數(shù)量除以噪聲強度測量值的數(shù)量來獲得此數(shù)字。

例子：

當發(fā)射器距離 5 米時，信號強度為 1，噪聲強度為 0.5。因此信噪比為 2。

當發(fā)射器距離 10 米時，信號強度為 1，噪聲強度為 1。因此信噪比為 1。

當發(fā)射器在距離 40 米，信號強度為 0.25，噪聲強度為 1。因此信噪比為 0.25。

當發(fā)射器非常靠近麥克風時，信號的強度為 1，噪聲的強度肯定小于 0.01。因此信噪比大于 100。

我們可以這樣說：

當信噪比為 1 時，信號明顯受到噪聲干擾，但仍可見。

當信噪比遠大于1時，信號非常清晰，幾乎沒有噪音。

當信噪比遠小于 1 時，信號完全被噪聲所掩蓋。

3. 積分

因此，問題是：當信噪比遠小于 1 時，確定信號存在的技巧是什么？

答：您必須將收到的東西切成精確的部分，然后將這些部分相加。

像這樣：

讓我們使用我們在信噪比為 1 時收到的信號。我們有 4 個周期的正弦波。

我們將這 4 個時期彼此分開：

然后我們把它們放在一個上面，然后求和：

最后，我們將該總和的結果除以四（只是為了縮放它）：

如您所見，噪音現(xiàn)在減弱了兩倍。（與我們相加的四個周期中的任何一個進行比較。）

我們將信噪比提高了兩倍！

怎么會？

解釋如下：

當您將四個正弦周期相加時，結果是正弦周期大四倍。

那是因為當你對 n 個精確數(shù)字求和時，你得到的結果正好是 n 倍。

7 + 7 + 7 + 7 = 28 

-5 + -5 + -5 + -5 = -20

當您將四個噪聲“周期”相加時，結果僅大兩倍。

那是因為噪音有時是正面的，有時是負面的，隨機的。當您將隨機的正數(shù)和負數(shù)相加時，它們會互相“吃掉”。

8 + 3 + -5 + -10 = -6 
1 + -5 + 11 + -8 = -1

幅度為a的n個正弦周期的和是幅度為n的正弦周期。振幅為 a 的 n 個噪聲“周期”之和是振幅為 n 的噪聲“周期”。

因此，當我們將四個周期相加時，正弦波增長了四倍，但噪聲僅增長了兩倍。信噪比因此增加了兩倍。

當我們對n個周期求和時，信噪比增加了n倍。

周期的總和是一個非常重要的對象。因為它告訴我們正弦波是否存在或不存在。例如，這使我們能夠傳輸莫爾斯電碼。以下是接收器計算的 27 個連續(xù)結果的總和結果：

不存在 不存在 不存在 存在 不存在 不

存在

這是 SOS 的莫爾斯電碼 以同樣的方式，您可以傳輸現(xiàn)代數(shù)字代碼。

伽利略號太空探測器目前正在環(huán)繞木星的軌道上運行。我們從探測器收到的無線電信號每十分之一秒被切割成十億個周期。所有這些周期都經過仔細地求和，以生成每秒 10 位的信息流。這使得每秒一個文本字符。一個字一個字，一個字一個字，一個句子又一個句子，探測器傳輸了它所看到或測量的內容的描述。

更精細的系統(tǒng)確實可以測量強度的正弦波。每次計算總和時，都會測量正弦波的大小，并將該測量值傳輸?shù)饺魏涡枰牡胤健Ｄ梢栽谌魏紊痰暝僖?AM 長波和短波接收器以這種方式工作。通過每秒計算數(shù)千個和并將結果傳輸?shù)綋P聲器，他們使揚聲器再現(xiàn)特定的聲音、聲音或音樂。

如果您愿意，您現(xiàn)在可以停止閱讀本文，其余部分是技術細節(jié)。4. 時鐘的精度當信號中出現(xiàn)正弦波時，不難知道在哪里切割信號以獲得連續(xù)的周期。

一些周期甚至可能被噪音隱藏，您仍然可以通過查看附近其他周期的位置來知道在哪里剪切。（這就是 PLL 的作用。）

但是如果正弦波完全被噪聲隱藏了怎么辦？我們應該在哪里剪？

只有一個解決方案：依靠時鐘。

如果我們知道一個周期需要一百萬分之一秒，我們可以讓時鐘每百萬分之一秒發(fā)出一個滴答聲。每次我們聽到滴答聲，我們都會盲目地從接收到的信號中剪掉一個周期。當我們積累了足夠多的周期時，它們的總和將告訴我們噪聲中是否隱藏著正弦波。

好的。但是那個時鐘必須有一定的準確性。讓我們以下面的信號為例：

如果時鐘運行正常，我們將得到以下十六個整潔的部分：

但是，如果時鐘運行速度過快 5%，并且周期因此每次提前 5% 縮短，我們會得到：

比較第一期和第十期。他們是彼此的對立面。如果將它們相加，則結果為零。事實上，所有周期的總和可能不會完全為零，但無論如何都很少。我們不會看到一個美麗的正弦周期出現(xiàn)。

我們想要切割和求和的周期越多，時鐘就必須越準確。

如果我們想對一百個周期求和，我們需要一個精度優(yōu)于百分之一的時鐘。（這意味著在 100 秒之后，它會偏離不到一秒。）

注意：我們已經談到了接收機使用的時鐘的精度。發(fā)射器的時鐘必須具有相同的精度。如果發(fā)射器發(fā)送的信號不可靠，接收器在周期內準確地切割信號將無濟于事。兩個時鐘都必須準確。5. 帶寬假設我們有一個接收器，它產生 1000 個周期的總和。他聽到的無線電頻率是 10,000,000 赫茲（10 兆赫）。這使得每秒計算 10,000 個總和。它將完美地聽到以 10,000,000 Hz 發(fā)射的發(fā)射器。當然。它還將聽到以 10,002,000 Hz 發(fā)射的發(fā)射器。幾乎完美。

但是我不會聽到以 10,500,000 Hz 發(fā)射的發(fā)射器。出于第 4 章中給出的顯而易見的原因。（事實上，如果它發(fā)出非常強大的信號，它可能會聽到它，但我們不要考慮這一點。）

因此，10,500,000 Hz 的發(fā)射器不會干擾我們工作在 10,000,000 Hz 的接收器。

因此，我們可以使用第二個接收器，以 10,500,000 Hz 接收，以 10,500,000 Hz 聽到該發(fā)射器。

10,500,000 Hz 的接收器不會受到 10,000,000 Hz 的發(fā)射器的干擾。

那好極了。每個發(fā)射器接收由使用相同頻率的發(fā)射器發(fā)射的信號，但不受使用另一個頻率的另一個發(fā)射器的干擾。

如果接收器可以調諧它將能夠選擇它聽哪個發(fā)射器。它可以被調諧以聆聽以 10,000,000 Hz 發(fā)射的發(fā)射器或以 10,500,000 Hz 發(fā)射的發(fā)射器。或任何其他頻率。這只是時鐘頻率的問題。

我們以大約 10 MHz 的頻率工作，每秒進行 10,000 次求和。我們有能力同時使用多個頻率，讓不同的發(fā)射器和接收器在同一個地方工作而不會相互干擾。但是，如果我們使用 9 MHz 和 11 MHz 之間的頻率，有多少不同的接收器和發(fā)射器對能夠同時工作？

答案取決于幾件事。通常采用傳輸速率十倍的頻率差。我們每秒傳輸 10,000 條信息，因此我們將依賴于每個發(fā)射器-接收器對之間 100,000 Hz 的差異。因此：9,000,000 Hz, 9,100,000 Hz, 9,200,000 Hz... 直到 11,000,000 Hz，這使得 20 對發(fā)射器和接收器同時相互通話而不會相互干擾。

10,000 是帶寬。它是每秒傳輸?shù)幕拘畔⒃氐臄?shù)量。也就是說，每秒計算接收周期總和的次數(shù)。

帶寬越寬，

您每秒傳輸?shù)幕拘畔⒃蕉唷?br />

信息傳輸?shù)木嚯x越遠。因為你用更少的時間來賺一筆。

較少的發(fā)射器可以在某個頻率窗口內一起工作。

時鐘必須在發(fā)射器和接收器內部的精度越低。（這似乎是一個悖論，但 VHF 電視調制器比 FM 音頻調制器更容易制造。一個電視圖像需要 2000 萬個基本信息才能傳輸（一個圖像由 480,000 個像素（600 行 x 800 列）組成，25 個圖像必須每秒傳輸）。相反，音頻信號每秒只需要傳輸 4 萬個基本信息。音頻信號每秒需要的信息要少得多！因此，在給定的頻率窗口上放置更多的音頻通道比電視頻道，因此需要更精確的音頻信號時鐘。）

這種允許多個發(fā)射器同時發(fā)射的方法稱為“頻率復用”。它不是唯一的。另一個是“時間復用”：所有發(fā)射器使用相同的頻率（或根本不使用任何頻率），但發(fā)射時間在它們之間共享。每次輪到他。這兩種方法各有優(yōu)缺點，對于給定的應用選擇哪一種是工程上的選擇。6. 累加器衰減 上面對接收器的描述很好，但有點理論化。實際上，普通接收器的工作方式并非完全如此。我們描述的方法可以這樣概括：

在一系列周期的開始，累加器設置為空。然后，將接收到的每個周期添加到累加器中。已接收并添加了一個 n 個周期，查看累加器的內容。如果它畫出一個正弦周期，我們就說明信號打開了。如果它產生純噪聲，我們聲明沒有信號。（或者我們測量正弦的大小。）

最常用的方法是這個：

累加器永遠不會設置為空。收到的每個周期都被添加到其中，然后累加器的內容會縮小一點（例如，它乘以 0.999）。累加器的內容被連續(xù)查看。如果它繪制一個正弦周期，我們就說明信號開啟。如果它產生純噪聲，或者正弦周期太小，我們就說沒有信號。（或者我們測量正弦的大小。）

第二種方法在數(shù)學上不太正確，但在物理上更真實、更平滑且更易于使用。

第一種方法有三個實際缺點：

第一種方法	第二種方法
它需要完美的記憶，在 n 個時期后不會被打擾。這只能通過數(shù)字存儲器或延遲線來完成。	它只需要簡單的組件，如吉他弦、音叉或冷凝器和一個自我。
當您查看如何接收與完美頻率不同的頻率時，您會得到不規(guī)則的結果：根本不會接收到稍微不同的頻率，但會稍微聽到遠離完美頻率的另一個頻率。	你會得到一個平穩(wěn)的行為：離完美頻率越遠，接收到的越少。
您必須知道一系列周期何時開始（對于數(shù)字傳輸）以及何時結束。這需要電路或算法，以允許接收器與發(fā)射器定相。	因為累加器是連續(xù)查看的，所以您不必費心與發(fā)射器同步。

第一種方法的特點是周期數(shù) n 相加。一切都取決于數(shù)字 n。您可能想知道第二種方法的特點是什么。答：每加一個句號，累加器的內容乘以多少。在我們上面的例子中是 0.999。

現(xiàn)在讓我們看一下第二種方法的一些實際方面：

使用基本 LC 電路作為核心的簡單電子接收器自然地以這種方式工作。LC 電路（一個電容器和一個自鎖在一起）用作諧振器：如果它接收到純噪聲，它只會在低幅度下振蕩一點。但是，如果噪聲包含與電路諧振頻率相同頻率的信號，則電路將開始諧振，從而以越來越高的幅度振蕩。一旦幅度達到給定閾值，就會觸發(fā)晶體管并“使燈發(fā)光”。LC 電路充當對振蕩求和的存儲器。

機械接收器也以同樣的方式工作。早期的無線電指令設備使用小的音叉來確定是否接收到給定的嗶聲：如果存在嗶聲，則適當?shù)囊舨鏁_始振動，其末端會接觸到電觸點。

如果您想構建一些機械設備來可視化正在發(fā)生的事情，這里有兩個建議。我沒有嘗試過，所以如果你這樣做，請將你的評論和建議寄給我。

使用帶有金屬弦的吉他（或將一些細電線繞在弦的中間幾圈）。將一些針鎖在非常靠近繩子中間的地方。使用更多的電線、電池和燈在繩子和針之間建立一個完整的電回路。當你稍微推動繩子時，它會碰到針，燈開始發(fā)光。然后瞄準吉他任何與吉他弦產生相同音符的音樂源：另一種樂器或電子可調諧聲音發(fā)生器。琴弦會開始共振，會做大范圍的運動，因此會碰到針，因此燈會開始發(fā)光……如果你用另一個頻率的信號或任何噪音瞄準吉他，那么什么都不會發(fā)生。如果你瞄準任何噪音和正確頻率的混合物，那么燈就會發(fā)光......你也可以在所有吉他弦上放一根針和燈，并確定什么頻率會使每個燈發(fā)光。這樣您就可以通過發(fā)射正確的頻率來選擇哪盞燈會發(fā)光。您可以通過為每個選定的燈同時發(fā)射正確的頻率來使多個燈同時發(fā)光。

制作兩個相同的擺錘（特別是它們的繩索長度必須完全相同）。將第一個擺錘的末端鎖在任何重物上并使其擺動。用手指夾住第二個擺的末端。查看第一個鐘擺，讓您的手指以完全相同的速度前后擺動，但幅度很小。手指的移動應該幾乎不明顯。你手指間的鐘擺會開始擺動，并做出越來越大的動作。它的運動幅度將變得非常重要，肯定比手指運動的幅度重要得多......現(xiàn)在再做一次，但通過使其繩索更長或更短來改變第一個或第二個鐘擺的頻率。這一次，當您用手指移動第二個鐘擺時，什么也沒有發(fā)生。它與你的手指一起移動一點，但僅此而已。你也可以嘗試用任何隨機的小動作來移動第二個鐘擺，除非這些隨機運動包含第一個鐘擺的一點點運動（與第二個鐘擺的繩長相同）......你也可以鎖住兩個鐘擺并用一根細的彈性繩子將它們連接起來。如果你讓第一個擺動，彈性繩索會將擺動傳遞給第二個擺錘，第二個擺錘也將開始擺動并進行越來越廣泛的運動……前提是兩個擺錘繩索的長度相同。你甚至可以使用幾個“發(fā)射器”和“

7.超外差接收機超外差

接收機是最普遍的無線電接收機類型。它適用于一個數(shù)學技巧：

當你一個正弦波與一個頻率略有不同的正弦波相乘時，你會得到一個結果，它是另外兩個正弦波的總和：

結果中的兩個正弦波的頻率高于和低于已相乘的正弦波的頻率。

最低頻率等于兩個初始正弦波的頻率之差。如果第一個頻率為 1,000,000 Hz，第二個頻率為 999,000 Hz，則正弦波的頻率為 1,000 Hz。

頻率最低的正弦波就是我們要使用的正弦波。頻率最高的正弦波被濾掉。

低頻有什么用？很多東西：

假設您接收到一個信號，該信號是兩個頻率之和。比如說 10,000,000 赫茲和 10,010,000 赫茲。但您只想測量 10,000,000 Hz 信號的強度。問題是這兩個頻率彼此接近：它們之間只有 0.1% 的差異。因此，很難濾除 10,010,000 Hz 并保留 10,000,000 Hz。解決方案是將接收到的信號乘以 9,999,000 Hz 的頻率。10,000,000 Hz 的頻率將產生 1,000 Hz 的低頻，10,010,000 Hz 的頻率將產生 11,000 Hz 的低頻。在這兩個低頻之間，您現(xiàn)在有 1,000% 的差異！過濾掉 11,000 Hz 并保留 1,000 Hz 非常容易，即使有一個基本的過濾器。通過測量 1,000 Hz 信號的強度，您可以獲得 10,000,000 Hz 信號的強度。

良好的濾波和放大系統(tǒng)構建起來很微妙。如果除此之外它們必須針對不同的頻率進行調諧，這將成為一項不可能完成的任務。使用超外差系統(tǒng)，您可以獲得一個簡單的解決方案：您為一個頻率（例如 100,000 Hz）構建濾波系統(tǒng)，然后將接收到的信號乘以一個可調頻率，然后再將其發(fā)送到該濾波器。想要接收 100,000,000 Hz 的信號？將來自天線的信號乘以 99,900,000 Hz 的正弦波......想要接收 98,000,000 Hz 的信號嗎？將來自天線的信號乘以 97,900,000 Hz 的正弦波......等等。濾波系統(tǒng)必須始終處理 100,000 Hz 的信號。

假設你想使用頻率調制，F(xiàn)M。首先，您不能像第 3 章中提到的那樣使用周期總和來使信號從噪聲中出現(xiàn)。這看起來不可能，因為頻率必須穩(wěn)定。當然，F(xiàn)M 不穩(wěn)定。解決方案是超外差系統(tǒng)。例如，如果您想接收在 100,100,000 赫茲和 99,900,000 赫茲之間變化的信號，只需將天線信號乘以 99,800,000 赫茲的穩(wěn)定正弦波，您將獲得 300,000 赫茲和 100,000 赫茲之間的低信號。如上所述，不需要的噪聲和信號將很容易被濾除，然后低信號的頻率將可以通過標準方法測量。

在這里，您有一個 BASIC 的簡短程序，它繪制兩個正弦波及其相乘的結果：

8. 增強通信的常用方法

8.1 發(fā)射器的方向性

在發(fā)射器上添加一個設備，以使信號盡可能多地流向接收器。所以在無用的方向上沒有浪費。當你想對遠處的人或在嘈雜的環(huán)境中大喊大叫時，你就會把手放在嘴上。

最著名的設備是拋物面天線，但還有很多其他方法可以實現(xiàn)方向性。例如，通過精確計算長度的線槽連接在一起的通用天線組。

天線越大，您獲得的方向性就越大。

您傳輸?shù)男盘柌ㄩL越大，實現(xiàn)相同方向性所需的天線就越大。


8.2 接收器的方向性

在接收器上加裝一個裝置，使他盡可能地只聽到來自發(fā)射器方向的信號。當您將手放回耳朵以更好地聽到微弱的聲音時，您就是這樣做的。最著名的設備還是拋物面天線，但還有很多其他方法可以實現(xiàn)方向性。就像使用多個天線并添加它們的信號一樣。設備越大，您獲得的方向性就越大。

拋物面天線作用于無線電波，就像太陽能烤箱作用于陽光一樣，將接收到的東西集中在一個給定點上。

關于天線尺寸、方向性和波長的考慮與上述第 8.1 點相同。


8.3 接收機內部噪聲的降低

您可以肯定地想象，使接收機工作在嘈雜的環(huán)境中會降低其性能。但是接收器也會產生它自己的“內部噪聲”：接收器內的每個電子元件都會產生噪聲。這就是為什么必須仔細選擇或制造這些組件以產生盡可能少的噪音的原因。

金屬膜電阻器優(yōu)于碳電阻器，F(xiàn)ET 晶體管優(yōu)于雙極晶體管，等等。

為了進一步減少剩余的噪聲量，并且在物理上無法以其他方式完成，必須冷卻接收器。它可以浸入液氮甚至液氦中。無論您使用哪種類型的通信系統(tǒng)，這都是正確的：無線電波、光、光通過光纖、聲音、通過電線的電信號，甚至星際引力波

......到在電阻器內部移動的電子。電阻器越熱，電子移動得越快，因此噪聲就越大。阻抗越高，噪聲張力越高（這可以通過噪聲受更高阻抗限制的事實來補償）。

如果您想直接聽到這樣的聲音，只需將耳朵放在空玻璃杯中即可。或雙耳（在兩個單獨的玻璃杯內，而不是在同一個玻璃杯內）。


8.4 發(fā)射功率的增加

你喊得越響，人們聽到的越遠……

這里是一些業(yè)余電子產品的數(shù)據(jù)。讓我們來談談基本的直天線。

您可以將天線視為連接到地面的簡單電阻（下圖）。但它與普通電阻有兩個區(qū)別：

當電流通過它時，電信號的能量不會轉化為熱量。相反，它會轉化為無線電波，然后傳播出去。就像揚聲器產生聲波一樣。

天線的阻抗取決于它的長度和通過它發(fā)送的信號的頻率。您可能會認為，如果您在長度為波長的二分之一（波長 = 300,000,000 / 頻率）的厚金屬天線中間連接，它將呈現(xiàn) 75 的阻抗。（對于其他長度，天線的阻抗將是“復雜的”；不像電阻那么簡單。）
換句話說：將信號發(fā)送到天線與將其發(fā)送到 75 的電阻器相同。

因此，有兩種方法可以增加發(fā)射功率：

增加發(fā)送到天線的信號的電壓。就像 LED 燈會發(fā)光更多或揚聲器會發(fā)出更響亮的聲音一樣，天線會廣播更強大的無線電波。

增加天線的長度。這不是一件容易的事，因為會有“干擾模式”，并且可能需要處理復雜的阻抗。

最后提醒：不要忘記，如果頻率發(fā)生器要放置在離天線一定距離的地方，您必須使用定義明確的電線將它們連接起來。同軸線或雙絞線。更重要的是，同軸線或雙絞線的理想阻抗應該接近發(fā)生器的輸出阻抗和天線的阻抗。三個阻抗應該是相同的（不要打擾太多，實際上它通常在阻抗相當不同的情況下工作得很好）。這就是為什么當您購買電視線時，上面寫著 75 歐姆。其他常見的阻抗有 50歐姆和 100歐姆. 同軸電纜的阻抗意味著，如果您通過無限長的電纜發(fā)送任何頻率的信號，它對于您的發(fā)生器的行為就像該阻抗的電阻一樣。對稱的，如果信號通過同軸電纜或雙絞線傳輸，它就像通過該阻抗的電阻傳輸一樣。如果三個阻抗之一不同，那么您將得到鬼影和信號部分反彈。同軸電纜和雙絞線具有三個主要特性：它們不會扭曲信號（可能會減弱，但會保持相同的形狀），它們不會將無線電波溢出（這會污染周圍并削弱電纜內部的信號）而且它們對外部噪音不敏感（即使您的電纜穿過帶有無線電發(fā)射器的房間，電火花或其他任何東西，信號保持清潔）。例如，您可以在數(shù)百米上傳輸 RS/232 信號甚至 VGA 屏幕信號，前提是您通過這些電線進行傳輸。

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8.5 增加接收功率

?接收器內部的電子設備根據(jù)“助聽器”接收到的信號工作：麥克風、天線、光檢測器或其他任何東西。現(xiàn)在，“助聽器”傳遞的信號功率越強，電子設備的工作就越容易。那是微不足道的。

“助聽器”的質量很重要，但它的表面也很重要，有點像指向性。天線越大，它傳遞的信號就越強大。（在全向天線的情況下，噪聲和有用信號都增加了。）

接收信號應盡可能強的最嚴重原因是使其比接收器電子設備產生的內部噪聲更強。

沒有必要試圖使接收功率盡可能大。你只需要讓它比電子設備的內部噪音更響亮。

在基本直天線的情況下，您可以通過延長天線來增加接收功率。您可能會認為，長度為接收頻率波長二分之一的厚金屬天線的阻抗為 75 歐姆 （波長 = 300,000,000 / 頻率）。這就是說你可能認為信號正在通過 75 的阻力位 歐姆 . 如果將天線長度加倍，則電阻減半，從而獲得兩倍的功率。（信號的電壓將保持不變，但您將能夠依靠更強的電流。）但是，一旦天線長度超過一半波長，您就會得到干涉圖案和波瓣。并且計算不好的天線將具有復阻抗。

接收天線將無線電波轉換為電信號，就像麥克風將聲波轉換為電信號一樣。?

?

9.一個實用的軟件示例

以下程序模擬發(fā)射器和接收器的功能。一個信號被發(fā)射，它到達接收器被削弱并且添加了很多噪聲，但接收器設法顯示是否有發(fā)射信號。

在程序運行時，按鍵盤上的 0 或 1 鍵來打開或關閉發(fā)射的信號。然后查看屏幕底部出現(xiàn)的求和結果（等待）。如果信號打開，將繪制一個正弦波周期。如果它關閉，只會產生微弱的噪音。

為了運行這個程序，您需要一臺運行（或模擬）DOS 或 Windows 的 PC。它們包含一個強大的 BASIC 語言解釋器，能夠運行這個程序。只需用鼠標選擇程序，復制它，將其粘貼到一個簡單的文本編輯器中，然后以您想要的名稱保存它（使用 .BAS 擴展名）。啟動 BASIC 解釋器 (QBASIC.EXE)，加載程序并運行它。

SCREEN 1 'switch to 320 x 200 graphical output screen LOCATE 1, 1: PRINT "Signal emitted (press 0 or 1):" LOCATE 8, 1: PRINT "Signal weakened, noise added:" LOCATE 15, 1: PRINT "Result of last sum of 1000 periods:" t = 0 'time x = 0 'horizontal display position on screen i = 0 'sweep inside receiver memory p = 0 'number of periods received s = 0 'signal to transmit DIM r(16) 'receiver memory: 16 registers DO i$ = INKEY$ 'key pressed? IF i$ = "0" THEN s = 0 'signal to transmit IF i$ = "1" THEN s = 1 m = s * SIN(t * 2 * 3.1415627# / 16) 'modulated signal LINE (x, 20)-(x, 40), 0 'erase old pixel PSET (x, m * 10 + 30) 'display modulated signal t = t + 1 n = RND - RND 'noise r = n * .9 + m * .1 'received signal LINE (x, 80)-(x, 100), 0 'erase old pixel PSET (x, r * 10 + 90) 'display received signal x = x + 1: IF x = 320 THEN x = 0 'display sweep r(i) = r(i) + r 'add to register i = i + 1: IF i = 17 THEN i = 1: p = p + 1 'registers sweep IF p = 1000 THEN '1000 periods FOR a = 1 TO 16 LINE (a + 140, 135)-(a + 140, 165), 0 'erase old pixel PSET (a + 140, r(a) / 10 + 150) 'display register value r(a) = 0 'reset register NEXT a BEEP 'beep sound p = 0 'start new 1000 periods END IF LOOP

以下程序要簡單得多。它的工作方式與我在微控制器中實現(xiàn)的算法相同。您可以將它與上面的程序進行比較，以清楚地了解它是如何工作的。注意只使用了兩個寄存器，并且只使用了信號的符號。

CLS

LOCATE 1, 1: PRINT "Signal emitted (press 0 or 1): no"
LOCATE 15, 1: PRINT "Result of last sum of 1000 periods: nothing"

t = 0           'time
i = 0           'sweep inside receiver memory
p = 0           'number of periods received
s = 0           'signal to transmit

DIM r(2)        'receiver memory: 2 registers

DO

    i$ = INKEY$                                 'key pressed?
    IF i$ = "0" THEN                            'signal to transmit
       s = 0
       LOCATE 1, 1: PRINT "Signal emitted (press 0 or 1): no "
    END IF
    IF i$ = "1" THEN
       s = 1
       LOCATE 1, 1: PRINT "Signal emitted (press 0 or 1): yes"
    END IF

    m = s * SIN(t * 2 * 3.1415627# / 16)        'modulated signal
    t = t + 1
   
    n = RND - RND                               'noise

    r = n * .9 + m * .1                         'received signal

    IF i = 1 OR i = 2 OR i = 3 OR i = 4 THEN r(1) = r(1) + SGN(r)
    IF i = 5 OR i = 6 OR i = 7 OR i = 8 THEN r(2) = r(2) + SGN(r)
    IF i = 9 OR i = 10 OR i = 11 OR i = 12 THEN r(1) = r(1) - SGN(r)
    IF i = 13 OR i = 14 OR i = 15 OR i = 16 THEN r(2) = r(2) - SGN(r)

    i = i + 1
    IF i = 17 THEN
       i = 1
       p = p + 1
    END IF

    IF p = 1000 THEN                            '1000 periods
       result = r(1) * r(1) + r(2) * r(2)
       IF result > 100000 THEN
  LOCATE 15, 1: PRINT "Result of last sum of 1000 periods: signal!"
       ELSE
  LOCATE 15, 1: PRINT "Result of last sum of 1000 periods: nothing "
       END IF
       BEEP                                     'beep sound
       p = 0                                    'start new 1000 periods
       r(1) = 0
       r(2) = 0
    END IF

LOOP

請注意關于第二個程序的兩點：

在實際情況下，接收信號和接收器時鐘之間總是存在給定的相位差。程序使用的接收器算法不受該事實的干擾。這要歸功于寄存器的平方被求和。

有時這個程序可能會告訴你它收到了一個信號，盡管沒有發(fā)出信號。只要讓它運行足夠長的時間，就會出現(xiàn)這種奇怪的現(xiàn)象。其實接收器承擔了這個障礙。這只是概率問題。一切都取決于程序中的那個數(shù)字 10,000。如果您使用較小的數(shù)字，接收器將能夠檢測到較弱的信號，但在根本沒有信號時它會更常說有信號。如果您使用更大的數(shù)字，接收器會犯更少的錯誤，但可惜它只會檢測到強信號。您可以在接收器靈敏度和可靠性之間進行選擇。如果你想增加兩者，那么你將不得不建造一個“更昂貴”的接收器。（原子彈的行為也是如此：軍方不會假裝這些炸彈不會自發(fā)爆炸。