Jak działają krótkofalówki

Niektórzy ludzie mogli pomyśleć, że krótkofalówki znikną wraz z pojawieniem się telefonów komórkowych. Ale walkie-talkie pozostały dziś krytycznym narzędziem komunikacji. Nadążali też za tempem technologicznym. 

Walkie-talkie to proste urządzenia, zazwyczaj umożliwiające komunikację za naciśnięciem przycisku. Ale jak działają? 

W tym artykule omówimy podstawowe elementy krótkofalówek. Przeprowadzimy Cię również przez przewodnik krok po kroku dotyczący działania urządzenia, aby pomóc Ci zrozumieć, jak działają. 

Definicja krótkofalówek 

Walkie-talkie to bezprzewodowe systemy komunikacji dwukierunkowej, które wykorzystują częstotliwości radiowe do przesyłania i odbierania wiadomości. Nazywa się je również ręcznymi nadajnikami-odbiornikami (nadajnik-odbiornik) (HT) lub radiotelefonami dwukierunkowymi. Otrzymali te nazwy, ponieważ umożliwiają użytkownikom nadawanie i odbieranie sygnałów głosowych. 

Walkie-talkie pracuje w trybie half duplex, co oznacza, że ​​gdy użytkownik mówi (nadaje), odbiornik na tej samej częstotliwości będzie w trybie odbioru. Dwóch użytkowników nie może rozmawiać jednocześnie, a druga strona może rozmawiać tylko wtedy, gdy nadawca skończy mówić. Działa więc inaczej niż smartfony, gdzie obie strony mogą rozmawiać jednocześnie. 

Historia walkie-talkie sięga początków XX wieku, podczas II wojny światowej, kiedy armia amerykańska potrzebowała przenośnego urządzenia komunikacyjnego dla żołnierzy na polu bitwy. Donald L. Hings wynalazł pierwsze walkie-talkie, zwane „pakietami”, w 20 roku. Mniej więcej w tym samym czasie również inna wersja została niezależnie stworzona przez kanadyjskiego inżyniera Alfreda J. Grossa.

Wczesne modele radiotelefonów były nieporęczne i ważyły ​​około 25 funtów (11.3 kg). Nazwali je „walkie-talkie”, ponieważ pozwalają użytkownikom chodzić i rozmawiać. I to pozostaje najczęstszą nazwą tego przenośnego urządzenia dwukierunkowego. 

Podstawowe elementy walkie-talkie 

Chociaż krótkofalówki rozwijały się przez lata, zachowują te same podstawowe funkcje. Zawierają: 

1. Antena

Antena jest kluczową częścią krótkofalówek, ponieważ wysyła i odbiera sygnały radiowe. Krótkofalówki mogą mieć stałe lub odłączane anteny. W krótkofalówki wbudowane są stałe anteny. Ale odłączane anteny nie są przymocowane do radia i można je usunąć i zastąpić innymi antenami. 

Większość podstawowych radiotelefonów, takich jak radiotelefony PMR446 i FRS, ma regulowane anteny stałe. Ale inne radia, takie jak GMRS, radio mobilne i stacje bazowe, mają odłączane anteny. 

2. Nadajnik

Nadajnik konwertuje wiadomość głosową na sygnały radiowe. Po naciśnięciu przycisku PTT (naciśnij i mów) nadajnik zostaje aktywowany. Następnie wysyła wiadomość jako sygnał radiowy przez antenę. Następny temat wyjaśni, jak to działa.

Waty to standardowa jednostka miary mocy wyjściowej nadajnika. A moc wyjściowa jest jednym z czynników, który znacząco decyduje o zasięgu walkie-talkie (jak daleko może nadawać) i sile sygnału. 

3. Odbiorca

Krótkofalówki są zawsze w trybie odbioru, dopóki nie naciśniesz przycisku PTT. Jeśli funkcja wyciszania szumów (squelch) nie jest włączona, usłyszysz ciągły szum. Podstawową funkcją odbiornika jest odbiór sygnałów radiowych nadawanych przez inne krótkofalówki.

Kiedy odbiornik odbiera sygnał, dekoduje go i zamienia na wiadomość dźwiękową. Następnie możesz odsłuchać wiadomość przez głośnik. Czułość odbiornika znacząco wpływa na klarowność i jakość odbieranego dźwięku. 

4. Głośnik i mikrofon

Prawdopodobnie znasz głośniki i mikrofony, a te w krótkofalówkach nie różnią się od nich. Głośnik odtwarza dźwięk odebrany z innych ręcznych nadajników-odbiorników. Z drugiej strony mikrofon przechwytuje Twój głos podczas nadawania. 

Niektórzy producenci umieszczają głośnik i mikrofon obok siebie. Ale niektóre mają oddzielne głośniki i mikrofony i mogą umieścić wiele mikrofonów, aby uchwycić hałas otoczenia w celu redukcji szumów. Wiele krótkofalówek ma również złącze do zewnętrznych głośników lub zestawów słuchawkowych. Dzięki temu możesz korzystać z walkie-talkie bez użycia rąk. 

5. Sterowanie i wyświetlacz

Zazwyczaj modele krótkofalówek mają kilka przycisków sterujących i pokręteł do regulacji ustawień i nawigacji w menu. Obejmują one głośność, wybór kanałów, Push-to-Talk (PTT) i przyciski nawigacji w menu. Większość nowoczesnych radiotelefonów ma również podświetlany wyświetlacz LCD. Wyświetlacz LCD pokazuje numer kanału, żywotność baterii, siłę sygnału i inne stany.

6. Bateria i źródło zasilania

Baterie wielokrotnego ładowania lub jednorazowe zasilają krótkofalówki. Akumulatory są bardziej ekonomiczne i przyjazne dla środowiska. Walkie-talkie wykorzystuje akumulatory litowo-jonowe lub niklowo-wodorkowe.

Niektóre modele produktów są również przystosowane do zasilania z baterii jednorazowych. Baterie jednorazowe obejmują baterie alkaliczne AA lub AAA. Takie akumulatory są najbardziej przydatne, gdy ładowanie nie jest możliwe.

Jak działają krótkofalówki 

W tej sekcji omówiono, w jaki sposób te dwukierunkowe urządzenia umożliwiają wysyłanie i odbieranie transmisji głosowych. 

Należy pamiętać, że istnieją dwa rodzaje radioodbiorników: analogowe i cyfrowe. W tej sekcji omówimy oba typy. Kliknij ten link , aby dowiedzieć się więcej o różnicach między radiami analogowymi i cyfrowymi.

Proces konfigurowania krótkofalówek 

Zanim będziesz mógł rozmawiać z innymi za pomocą radia dwukierunkowego, musisz je skonfigurować. Wymaga to wybrania kanału . Kanały to numery przypisane do częstotliwości.

Zatem wybór numeru kanału oznacza wybór częstotliwości. Jednak nie zawsze tak jest. Niektóre radia cyfrowe, szczególnie te wykorzystujące technologię FDMA (Frequency Distribution Multiple Access) , mają dwa kanały na jednej częstotliwości.

Walkie-talkie wykorzystują ultrawysokie częstotliwości (UHF) od 400 do 512 MHz, a bardzo wysokie częstotliwości od 300 do 3000 MHz (3 GHz). Zakresy te nazywane są pasmem częstotliwości. Chociaż niektóre częstotliwości walkie-talkie można używać swobodnie, inne wymagają licencji.

Musisz upewnić się, że jesteś na tym samym kanale co osoba, z którą chcesz rozmawiać. Dzięki temu oboje będziecie mogli się komunikować. Jeśli chcesz użyć kodu prywatności dla lepszej prywatności, pamiętaj, aby ustawić ten sam kod prywatności, co druga osoba. Jesteś gotowy do rozmowy, ale jak krótkofalówki wysyłają i odbierają sygnały głosowe?

Proces transmisji i odbioru

Oto kroki dotyczące procesu transmisji i odbioru radiotelefonów: 

Krok 1: Wprowadzanie głosowe 

Aby mówić, naciśnij przycisk PTT i mów do mikrofonu. Kiedy to robisz, twój głos tworzy fale dźwiękowe, które rozchodzą się w powietrzu. Mikrofon, przetwornik, przechwytuje fale dźwiękowe i przetwarza je na sygnał elektryczny. Ten sygnał elektryczny jest sygnałem audio, a proces konwersji nazywa się transdukcją. 

Istnieją różne rodzaje głośników. Należą do nich mikrofony dynamiczne, pojemnościowe i elektretowe. Jednak większość krótkofalówek wykorzystuje mikrofony elektretowe ze względu na ich kompaktowe rozmiary i trwałość. Generują one również czysty sygnał audio z minimalnym szumem tła.

Krok 2: Modulacja 

Gdy mikrofon zmieni falę dźwiękową na sygnał audio, krótkofalówka łączy sygnał z falą nośną. Ten proces umożliwia krótkofalówce przesyłanie sygnału za pomocą fal radiowych. Zwykle fala nośna ma wyższą częstotliwość niż dźwięk. 

Modulacja to proces polegający na zmianie właściwości fali nośnej za pomocą sygnału audio. Ten proces modulacji pomaga zakodować informację (czyli oryginalną wiadomość) w sygnale audio.

Radia analogowe wykorzystują modulację częstotliwości (FM) lub modulację amplitudy (AM) do zmiany sygnałów. FM zmienia częstotliwość fali nośnej zgodnie z wysłaną wiadomością. Ale amplituda pozostaje stała. 

Jednak AM zmienia amplitudę fali nośnej zgodnie z wysłaną wiadomością, podczas gdy częstotliwość pozostaje stała. Większość analogowych krótkofalówek korzysta z modulacji FM, ponieważ zapewnia ona lepszą jakość dźwięku i jest mniej podatna na zakłócenia. 

Cyfrowe krótkofalówki działają inaczej. Wykorzystują techniki modulacji, takie jak kluczowanie przesunięcia fazy (PSK) lub modulacja amplitudy kwadraturowej (QAM), do kodowania sygnałów audio. Zazwyczaj konwertują sygnał audio na sygnał cyfrowy. Ten ostatni składa się z ciągów bitów (zer i jedynek). Cyfrowe metody modulacji znacznie zmniejszają ryzyko zakłóceń w porównaniu z analogowymi.

Krok 3: Transmisja 

Gdy modulacja zakoduje sygnał audio, odbiera go antena krótkofalówki. Następnie antena zamienia sygnał elektryczny (dźwiękowy) na falę elektromagnetyczną. 

Ta konwersja umożliwia przesyłanie sygnału głosowego w powietrzu jako fala radiowa. Fale radiowe są zwykle transmitowane na wybranej częstotliwości.

Aby uzyskać maksymalną wydajność, długość i konstrukcja anteny muszą być dopasowane do częstotliwości krótkofalówki. Dlatego należy znaleźć antenę najbardziej odpowiednią do posiadanego radia. Odpowiednio dobrana antena pozwala maksymalnie wykorzystać moc nadawania, aby efektywnie emitować sygnały radiowe. To z kolei przekłada się na silniejszy sygnał i większy zasięg komunikacji.

Krok 4: Propagacja 

Propagacja to sposób, w jaki fale radiowe się rozchodzą. Po wygenerowaniu fali radiowej przez antenę, rozchodzi się ona (przemieszcza) w powietrzu. Proces ten zazwyczaj przebiega z prędkością światła. Metody propagacji fal obejmują propagację fal przyziemnych, fal nieba i fal w wolnej przestrzeni.

Sygnały walkie-talkie zwykle podróżują przez fale w wolnej przestrzeni. Fala w wolnej przestrzeni jest również nazywana propagacją w linii wzroku. Dzieje się tak, gdy fale radiowe przemieszczają się bezpośrednio z anteny nadawczej do anteny odbiorczej. 

Jednak linia wzroku nie oznacza, że ​​dwóch użytkowników musi znajdować się w zasięgu wzroku, aby się komunikować. Oznacza to tylko, że fala przemieszcza się w linii prostej od nadajnika do odbiornika. Zwykle oba krótkofalówki są oddalone od siebie o kilka mil, w zależności od ich mocy wyjściowej. 

W idealnym środowisku fale te nie napotykają przeszkód. Idą dalej w linii prostej. Ale w rzeczywistości fale radiowe napotykają przeszkody, takie jak drzewa i budynki, a pogoda również na nie wpływa. A te czynniki z kolei wpływają na siłę i zasięg komunikacji. 

Krok 5: Odbiór 

Po długiej drodze od nadajnika fala radiowa trafia do odbiornika. Zwykle każdy, kto jest dostrojony do Twojej częstotliwości, odbiera Twoją transmisję głosową. Po wysłaniu antena odbiorcza przechwytuje fale radiowe i przekształca je z powrotem w sygnał elektryczny. 

Podobnie jak w procesie nadawania, antena odbiorcza musi być odpowiednio dobrana do częstotliwości pracy krótkofalówki, aby uzyskać najlepszą jakość dźwięku. Gdy antena odbierze falę radiową, zamienia ją na sygnał elektryczny i wysyła do demodulacji. 

Krok 6: Filtrowanie i wzmacnianie

Podczas procesu transmisji sygnały audio często mieszają się z niepożądanymi szumami i zakłóceniami. Te niepożądane właściwości wpływają na czystość dźwięku, więc radio musi je filtrować. 

Odbiornik może wykorzystywać analogową lub cyfrową technikę przetwarzania sygnału do filtrowania sygnału elektrycznego.  

Do takich metod należą filtry pasmowo-przepustowe i adaptacyjne algorytmy redukcji szumów. Obie techniki usuwają częstotliwości, które są niezrozumiałe, w tym szum.

Po zakończeniu procesu filtrowania sygnał audio trafia do wzmacniacza. Zadaniem wzmacniacza jest zwiększenie amplitudy sygnału. Takie postępowanie ułatwia demodulację

Krok 7: Demodulacja 

Demodulacja odwraca proces modulacji, którego używa radio nadawcze do kodowania sygnału audio. Technika demodulacji zazwyczaj zależy od metody modulacji.

Na przykład wiadomość zakodowana z modulacją częstotliwości (FM) będzie demodulowana metodą demodulacji FM, taką jak F3E. Odbiornik wykrywa zmiany częstotliwości fali nośnej. Następnie konwertuje sygnał z powrotem na zmiany amplitudy, które reprezentują oryginalny sygnał audio.  

Krok 8: Wyjście audio 

Stopień wyjściowy jest ostatnim krokiem. Tutaj radio wysyła wzmocniony sygnał do głośnika. Następnie głośnik zamienia je z powrotem w fale dźwiękowe, które można usłyszeć. 

Podobnie jak mikrofon, głośnik jest również przetwornikiem. Przekształca sygnały elektryczne w fale dźwiękowe w procesie zwanym transdukcją elektroakustyczną. Działa więc dokładnie odwrotnie niż mikrofony. Oznacza to, że odwraca proces konwersji mikrofonu. 

Głośniki występują w różnych typach, takich jak głośniki dynamiczne, elektrostatyczne i piezoelektryczne. Jednak większość krótkofalówek wykorzystuje głośniki dynamiczne, ponieważ są przenośne i trwałe. Generują również czysty i głośny dźwięk. Dlatego idealnie pasują do wspomnianych wcześniej mikrofonów elektretowych.

Jeśli chcesz odpowiedzieć na transmisję walkie-talkie, naciśnij przycisk PTT. Następnie cały proces rozpocznie się od nowa. Zawsze pamiętaj, aby zwolnić przycisk PTT po zakończeniu rozmowy. Umożliwi to drugiej stronie udzielenie odpowiedzi. 

Wniosek 

Walkie-talkie to urządzenia do komunikacji dwukierunkowej. I chociaż na przestrzeni lat przeszły kilka transformacji, ich podstawowe elementy pozostają takie same. Składają się z anteny, głośnika, mikrofonu, baterii, nadajnika i odbiornika. Elementy te pomagają w realizacji procesu transmisji i odbioru. 

Kiedy nadawca naciska przycisk PTT (Push-to-talk), tworzy fale dźwiękowe. Fale dźwiękowe przechodzą przez kilka procesów, zanim ostatecznie docierają do odbiornika. W ten sposób użytkownicy mogą komunikować się na odległość kilku mil, zwykle na krótkie odległości.