라디오 작동 방식

"전파"는 음악, 대화, 사진 및 데이터를 보이지 않게 공기를 통해 종종 수백만 마일 이상으로 전송합니다. 매일 수천 가지 다른 방식으로 발생합니다! 전파는 인간의 눈에 보이지 않고 감지할 수 없지만 사회를 완전히 바꾸어 놓았습니다. 휴대 전화 , 베이비 모니터 , 무선 전화 또는 수천 가지의 다른 무선 기술 중 하나에 대해 이야기하든 이들 모두는 전파를 사용하여 통신합니다.

다음은 전파에 의존하는 일상적인 기술 중 일부일 뿐입니다.

목록은 계속됩니다... 레이더 와 전자레인지 와 같은 것들도 전파에 의존합니다. 통신 및 항법 위성과 같은 것은 전파 없이는 불가능합니다. 현대 항공도 마찬가지입니다. 비행기 는 수십 가지의 다른 무선 시스템에 의존합니다. 무선 인터넷 접속 의 현재 추세 는 라디오도 사용하고 있으며, 이는 미래에 훨씬 더 많은 편의성을 의미합니다!

재미있는 점은 라디오의 핵심은 믿을 수 없을 정도로 단순한 기술이라는 것입니다. 최대 1~2달러에 달하는 전자 부품 몇 개만 있으면 간단한 무선 송신기와 수신기를 만들 수 있습니다. 그렇게 단순한 것이 현대 사회의 기반 기술이 된 이야기는 매혹적입니다!

이 기사에서 우리는 보이지 않는 전파가 어떻게 많은 일을 가능하게 하는지 완전히 이해할 수 있도록 무선 기술을 탐구할 것입니다!

내용물

1. 가장 단순한 라디오
2. A (약간) 더 정교한 라디오
3. 라디오 기초: 부품
4. 라디오 기초: 실제 사례
5. 단순 송신기
6. 간단한 송신기: 나만의 송신기 만들기
7. 정보 전송
8. AM 신호 수신
9. 가장 단순한 AM 수신기
10. 안테나 기본
11. 안테나: 실제 사례

라디오는 믿을 수 없을 정도로 단순할 수 있으며 세기가 바뀔 무렵 이러한 단순성은 거의 모든 사람이 초기 실험을 가능하게 했습니다. 얼마나 간단해질 수 있습니까? 다음은 예입니다.

배터리/동전 조합은 무선 송신기입니다! 유용한 정보를 전송하지 않으며(정적) 아주 멀리 전송하지도 않습니다(거리에 최적화되어 있지 않기 때문에 몇 인치에 불과함). 그러나 정적을 사용하여 모스 부호를 탭하면 실제로 이 조잡한 장치로 몇 인치 이상 통신할 수 있습니다!

좀 더 정교하게 만들고 싶다면 금속 줄과 두 가닥의 철사를 사용하세요. 파일의 핸들을 9볼트 배터리의 한 단자에 연결합니다. 와이어의 다른 부분을 다른 터미널에 연결하고 와이어의 자유 끝을 파일 위아래로 실행합니다. 어둠 속에서 이 작업을 수행하면 와이어 끝이 파일의 융기 부분과 연결 및 연결 해제될 때 파일을 따라 흐르는 아주 작은 9볼트 스파크를 볼 수 있습니다. AM 라디오 근처에 파일을 들고 있으면 많은 정적이 들릴 것입니다.

라디오 초기에는 송신기를 스파크 코일 이라고 했으며 훨씬 더 높은 전압(예: 20,000볼트)에서 연속적인 스파크 흐름을 생성했습니다. 고전압은 점화 플러그 에서 볼 수 있는 것처럼 크고 뚱뚱한 스파크를 생성하여 더 멀리 전송할 수 있습니다. 오늘날 그런 송신기는 전체 라디오 스펙트럼을 스팸하기 때문에 불법 이지만 초기에는 잘 작동했고 전파를 사용하는 사람이 많지 않았기 때문에 매우 일반적이었습니다.

이전 섹션에서 보았듯이 Static으로 전송하는 것은 매우 쉽습니다. 그러나 오늘날의 모든 라디오 는 정보(오디오, 비디오, 데이터)를 전송하기 위해 연속 사인파를 사용 합니다. 오늘날 우리가 연속 사인파를 사용하는 이유는 전파를 동시에 사용하고자 하는 다양한 사람과 기기가 많기 때문입니다. 그것들을 볼 수 있는 방법이 있다면 바로 지금 당신 주위에 문자 그대로 수천 개의 서로 다른 전파(사인파 형태로)가 있다는 것을 발견할 것입니다. TV 방송, AM 및 FM 라디오 방송, 경찰 및 소방 라디오, 위성 TV 전송, 휴대폰 통화, GPS 신호 등. 오늘날 전파가 얼마나 많이 사용되는지는 놀랍습니다( 전파 스펙트럼 작동 방식 참조아이디어를 얻기 위해). 각각의 다른 무선 신호는 다른 사인파 주파수 를 사용하며 이것이 모두 분리되는 방식입니다.

모든 라디오 설정에는 두 부분이 있습니다.

송신기는 일종의 메시지(누군가의 음성, TV 용 사진 , 라디오 모뎀용 데이터 등)를 가져와 사인파로 인코딩하여 전파와 함께 전송합니다. 수신기는 전파를 수신하고 수신한 사인파에서 메시지를 디코딩합니다. 송신기와 수신기 모두 안테나 를 사용 하여 무선 신호를 방출하고 캡처합니다.

아기 모니터는 무선 기술과 같은 간단한수록에 관한 것입니다. 아기 방에 있는 송신기와 부모가 아기의 말을 들을 때 사용하는 수신기가 있습니다. 다음은 일반적인 베이비 모니터의 몇 가지 중요한 특성입니다.

("변조" 및 "주파수"와 같은 용어가 지금 당장 이해가 되지 않는다고 해도 걱정하지 마십시오. 곧 알게 될 것입니다.)

휴대폰은 라디오이기도 하며 훨씬 더 정교한 장치입니다(자세한 내용은 휴대폰 작동 방식 참조). 휴대 전화에는 송신기와 수신기가 모두 포함되어 있으며 둘 다 동시에 사용할 수 있으며 수백 가지의 다른 주파수를 이해할 수 있으며 주파수 간에 자동으로 전환할 수 있습니다. 다음은 일반적인 아날로그 휴대전화의 몇 가지 중요한 특성입니다.

배터리와 전선으로 시작하여 무선 송신기가 어떻게 작동하는지에 대한 아이디어를 얻을 수 있습니다. 에서 어떻게 전자석 일 , 당신은 당신이 배터리의 두 단자 사이의 와이어를 연결하면 배터리가 와이어를 통해 전기 (전자의 흐름)를 보내는 것을 볼 수 있습니다. 움직이는 전자는 와이어 주위에 자기장을 생성하고 그 자기장은 나침반 에 영향을 줄만큼 강합니다 .

다른 와이어를 가져와 배터리 와이어와 평행하지만 몇 인치(5cm) 떨어진 곳에 배치한다고 가정해 보겠습니다. 매우 민감한 전압계를 전선에 연결하면 다음과 같은 일이 발생합니다. 배터리에서 첫 번째 전선을 연결하거나 분리할 때마다 두 번째 전선에서 매우 작은 전압과 전류가 감지됩니다. 변화하는 자기장은 도체에 전기장을 유도할 수 있습니다. 이것은 모든 발전기의 기본 원리입니다. 그래서:

한 가지 중요한 점은 배터리를 연결하거나 분리할 때만 전자가 두 번째 와이어로 흐른다는 것입니다. 자기장은 자기장이 변화 하지 않는 한 와이어에 전자를 흐르게 하지 않습니다 . 배터리를 연결하고 분리하면 자기장이 변경되므로(배터리를 전선에 연결하면 자기장이 생성되고 분리하면 자기장이 붕괴됨), 이 두 순간에 두 번째 전선으로 전자가 흐릅니다.

간단한 무선 송신기를 만들려면 와이어에 빠르게 변화하는 전류 를 생성해야 합니다. 다음과 같이 배터리를 빠르게 연결하고 분리하면 됩니다.

더 나은 방법은 와이어에 지속적으로 변화하는 전류를 생성하는 것입니다. 연속적으로 변화하는 파동의 가장 단순한(가장 부드러운) 형태는 아래와 같은 사인파입니다.

사인파를 만들고 와이어를 통해 실행하여 간단한 라디오 송신기를 만듭니다. 몇 개의 전자 부품만으로 사인파를 생성하는 것은 매우 쉽습니다. 커패시터 와 인덕터 는 사인파를 생성할 수 있고, 두 개의 트랜지스터는 이 파동을 강력한 신호로 증폭할 수 있습니다(자세한 내용은 발진기 작동 방식 참조 및 다음 은 간단한 송신기 회로도입니다). 그 신호를 안테나로 보내면 사인파를 우주로 보낼 수 있습니다.

사인파와 안테나가 있는 우주로 사인파를 전송하는 송신기가 있다면 라디오 방송국이 있는 것입니다. 유일한 문제는 사인파에 정보가 포함되어 있지 않다는 것입니다. 정보를 인코딩하려면 어떤 방식으로든 웨이브 를 변조 해야 합니다. 사인파를 변조하는 세 가지 일반적인 방법이 있습니다.

펄스 변조 - PM에서는 사인파를 켜고 끄기만 하면 됩니다. 이것은 모스 부호를 보내는 쉬운 방법입니다. PM은 흔하지 않지만 미국의 무선 제어 시계 에 신호를 보내는 무선 시스템이 좋은 예 입니다. PM 송신기 하나로 미국 전역을 커버할 수 있습니다!

진폭 변조 - AM 라디오 방송국과 TV 신호 의 영상 부분 모두 진폭 변조를 사용하여 정보를 인코딩합니다. 진폭 변조에서 사인파의 진폭(피크 간 전압)이 변경됩니다. 예를 들어, 사람의 음성에 의해 생성된 사인파는 진폭을 변경하기 위해 송신기의 사인파에 오버레이됩니다.

주파수 변조 - FM 라디오 방송국과 수백 가지의 기타 무선 기술( TV 신호 의 사운드 부분 , 무선 전화기, 휴대폰 등 포함)은 주파수 변조를 사용합니다. FM의 장점은 정전기에 크게 영향을 받지 않는다는 것입니다. FM에서 송신기의 사인파 주파수는 정보 신호에 따라 매우 약간 변경됩니다.

정보로 사인파를 변조하면 정보를 전송할 수 있습니다!

빈도

사인파의 한 가지 특성은 주파수 입니다. 사인파의 주파수는 초당 위아래로 진동하는 횟수입니다. AM 라디오 방송을 들을 때 라디오는 초당 약 1,000,000주기(초당 주기는 헤르츠 라고도 함 ) 의 주파수를 가진 사인파에 맞춰져 있습니다. 예를 들어 AM 다이얼의 680은 초당 680,000사이클입니다. FM 라디오 신호는 100,000,000 헤르츠 범위에서 작동하므로 FM 다이얼의 101.5는 초당 101,500,000 사이클에서 사인파를 생성하는 송신기입니다. 자세한 내용 은 라디오 스펙트럼 작동 방식 을 참조하십시오.

다음은 실제 사례입니다. 자동차의 AM 라디오를 방송국에 맞추면(예: AM 다이얼의 680) 송신기의 사인파는 680,000Hz로 전송됩니다(사인파는 초당 680,000번 반복됨). DJ의 음성은 송신기의 사인파의 진폭을 변화시켜 해당 반송파로 변조됩니다. 증폭기는 대형 AM 스테이션의 경우 신호를 50,000와트로 증폭합니다. 그런 다음 안테나는 전파를 우주로 보냅니다.

그렇다면 자동차의 AM 라디오(수신기)는 송신기가 보낸 680,000Hz 신호를 어떻게 수신하고 정보(DJ의 음성)를 추출할까요? 단계는 다음과 같습니다.

스피커에서 들리는 것은 DJ의 목소리입니다!

FM 라디오에서 감지기는 다르지만 다른 모든 것은 동일합니다. FM에서 감지기는 주파수의 변화를 소리로 바꾸지만 안테나, 튜너, 증폭기는 거의 동일합니다.

강한 AM 신호의 경우 두 부분과 약간의 전선으로 간단한 라디오 수신기를 만들 수 있다는 것이 밝혀졌습니다! 프로세스는 매우 간단합니다. 필요한 사항은 다음과 같습니다.

이것이 작동하려면 이제 AM 라디오 방송국의 송신탑(1마일/1.6km 이내)을 찾아서 근처에 있어야 합니다. 수행할 작업은 다음과 같습니다.

이제 귀마개를 귀에 꽂으면 라디오 방송이 들릴 것입니다. 이것은 가장 간단한 라디오 수신기입니다! 이 매우 간단한 프로젝트는 스테이션에서 매우 멀리 떨어져 있으면 작동하지 않지만 라디오 수신기가 얼마나 간단한지 보여줍니다.

작동 방식은 다음과 같습니다. 유선 안테나는 모든 종류의 무선 신호를 수신하지만 특정 송신기에 너무 가깝기 때문에 실제로 중요하지 않습니다. 가까운 신호는 다른 모든 것을 수백만 배 압도합니다. 송신기에 너무 가깝기 때문에 안테나도 이어폰을 구동하기에 충분한 에너지를 수신합니다 ! 따라서 튜너나 배터리 또는 기타 다른 것이 필요하지 않습니다. 다이오드는 이전 섹션에서 설명한 대로 AM 신호에 대한 감지기 역할을 합니다. 따라서 튜너와 앰프가 없어도 방송국을 들을 수 있습니다!

Radio Shack이 판매하는 Crystal Radio Kit(28-178)에는 인덕터 와 커패시터의 두 가지 추가 부품이 포함되어 있습니다 . 이 두 부분은 라디오에 추가 범위를 제공하는 튜너를 만듭니다. 자세한 내용은 오실레이터 작동 방식 을 참조하세요.

당신은 아마 당신이 보는 거의 모든 라디오(휴대폰, 자동차의 라디오 등)에 안테나 가 있다는 것을 알아차렸을 것입니다 . 안테나는 수신하려는 주파수에 따라 모든 모양과 크기로 제공됩니다. 안테나는 길고 뻣뻣한 전선(대부분의 자동차에 있는 AM/FM 라디오 안테나처럼)에서 위성 접시 처럼 기이한 것까지 무엇이든 될 수 있습니다 . 라디오 송신기는 또한 신호를 전송하기 위해 매우 높은 안테나 타워를 사용합니다.

무선 송신기의 안테나 뒤에 있는 아이디어는 전파를 우주로 발사하는 것입니다. 수신기에서 아이디어는 가능한 한 많은 송신기의 전력을 선택하여 튜너에 공급하는 것입니다. 들어 위성 마일 떨어진 수백만 있으며, NASA는 직경 200 피트 (60 미터)까지 거대한 접시 안테나를 사용!

최적의 무선 안테나의 크기는 안테나가 전송하거나 수신하려는 신호의 주파수와 관련이 있습니다. 이 관계의 이유 는 빛 의 속도 와 그 결과 전자가 이동할 수 있는 거리와 관련이 있습니다. 빛의 속도는 초당 186,000마일(초당 300,000킬로미터)입니다. 다음 페이지에서는 이 숫자를 사용하여 실제 안테나 크기를 계산할 것입니다.

라디오 방송국 AM 680을 위한 라디오 타워를 건설하려고 한다고 가정해 봅시다. 680,000 헤르츠의 주파수로 사인파를 전송하고 있습니다. 사인파의 한 주기에서 송신기는 안테나의 전자를 한 방향으로 이동하고, 전환하고 다시 당기고, 전환하고 밀어내고 전환하고 다시 이동합니다. 즉, 전자는 사인파의 한 주기 동안 방향이 4번 바뀝니다. 트랜스미터가 680,000헤르츠에서 실행 중이면 모든 주기가 (1/680,000) 0.00000147초 안에 완료된다는 의미입니다. 그 중 1/4은 0.0000003675초입니다. 빛의 속도로 전자는 0.0000003675초 동안 0.0684마일(0.11km)을 이동할 수 있습니다. 즉, 680,000Hz에서 송신기에 대한 최적의 안테나 크기는 약 361피트(110미터)입니다. 따라서 AM 라디오 방송국에는 매우 높은 타워가 필요합니다.반면에 900,000,000(900MHz)에서 작동하는 휴대폰의 경우 최적의 안테나 크기는 약 8.3cm 또는 3인치입니다. 이것이 휴대폰이 짧은 안테나를 가질 수 있는 이유입니다.

자동차의 AM 라디오 안테나는 길이가 300피트가 아니라 2피트에 불과하다는 사실을 눈치채셨을 것입니다. 안테나를 더 길게 만들면 더 잘 수신할 수 있지만 AM 방송국은 도시에서 너무 강력하여 안테나가 최적의 길이인지 여부는 실제로 중요하지 않습니다.

무선 송신기가 무언가를 전송할 때 전파가 안테나에서 멀리 떨어진 공간을 통해 빛의 속도로 전파되기를 원하는 이유가 궁금할 것입니다. 전파가 수백만 마일을 이동할 수 있는 이유는 무엇입니까? 배터리에 연결된 전선에서 볼 수 있듯이 안테나에 가까운 안테나 주위에 자기장이 없는 이유는 무엇입니까? 그것에 대해 생각하는 한 가지 간단한 방법은 다음과 같습니다. 전류가 안테나에 들어갈 때 안테나 주위에 자기장을 생성합니다. 우리는 또한 자기장이 송신기 가까이에 배치된 다른 전선에 전기장(전압 및 전류)을 생성하는 것을 보았습니다. 공간에서 안테나에 의해 생성된 자기장이 공간에서 전기장을 유도한다는 것이 밝혀졌습니다. 이 전기장은 차례로 공간에 또 다른 자기장을 유도하고, 이는 또 다른 전기장을 유도하고, 이는 또 다른 자기장을 유도합니다.등등. 이러한 전기장과 자기장(전자기장)은 공간에서 빛의 속도로 서로를 유도하여 안테나에서 바깥쪽으로 이동합니다.

라디오 및 관련 주제에 대한 자세한 내용은 다음 페이지의 링크를 확인하십시오.

최초 발행일: 2000년 12월 7일

컴퓨터에서 라디오를 들을 수 있습니까?

휴대폰으로 라디오를 들을 수 있나요?

라디오가 죽었습니까?

관련 기사

더 좋은 링크