Кіріспе

Радио хабарларын қабылдайтын құрылғы. Радиобайланыста радио қабылдағыш, сондай-ақ қабылдағыш, сымсыз құрал немесе жай ғана радио деп аталатын электрондық құрылғы, радио толқындарын қабылдап, олармен берілген ақпаратты пайдалануға ыңғайлы түрге түрлендіреді. Ол антеннамен бірге қолданылады. Антенна радио толқындарын (радио жиілікті электромагниттік толқындарды) ұстап алып, оларды қабылдағышқа жіберілген шағын айнымалы токқа айналдырады, ал қабылдағыш қажетті ақпаратты бөліп алады. Қабылдағыш антеннадан ұсталған барлық басқа сигналдардан қажетті радио жиілікті сигналды ажырату үшін электрондық сүзгілерді, сигналдың қуатын арттыру үшін электрондық күшейткішті пайдаланады және соңында демодуляция арқылы қажетті ақпаратты қалпына келтіреді. Радио қабылдағыштары радио қолданылатын барлық жүйелердің маңызды бөлігі болып табылады. Қабылдағыштан алынған ақпарат дыбыс, бейне (теледидар) немесе цифрлық деректер түрінде болуы мүмкін. Радио қабылдағыш жеке электрондық құрал немесе басқа құрылғыдағы электрондық схема болуы мүмкін. Көптеген адамдар үшін ең таныс радио қабылдағыш түрі – радио хабарларын тарату станциялары арқылы берілетін дыбысты қайта жаңғыртатын радио қабылдағыш. Мұндай құрылғыны көбінесе "радио" деп атайды. Дегенмен, радио қабылдағыштары қазіргі заманғы технологияның басқа да салаларында, теледидарларда, ұялы телефондарда, сымсыз модемдерде, радио сағаттарда және байланыс, қашықтан басқару және сымсыз желілік жүйелердің басқа да құрамдас бөліктерінде кеңінен қолданылады.

Радио хабарларын тарату қабылдағыштары

Радио қабылдағыштардың ең көп танымал түрі – жергілікті радиостанциялар таратып тұратын, жалпыға арналған аудио бағдарламаларды қабылдайтын радиоқабылдағыш. Дыбыс радиодағы динамик арқылы немесе радионың ұясына қосылатын құлаққап арқылы қайта өндіріледі. Радиоға электр қуаты керек, ол радио ішіндегі батареялармен немесе электр розеткасына қосылатын қуат сымы арқылы қамтамасыз етіледі. Барлық радиоларда дыбыс деңгейін реттеуге арналған дыбыс бақылауы және қабылдауға тиіс радиостанцияны таңдау үшін "реттеу" бақылауының бір түрі болады.

Модуляция түрлері

Модуляция – радиотасымалдаушы толқынға ақпарат қосу процесі.

АМ және FM

Аналогтық радио хабар тарату жүйелерінде модуляцияның екі түрі қолданылады: AM және FM. Амплитудалық модуляция (AM) кезінде радиосигналдың күші дыбыс сигналымен өзгертіледі. AM хабарларын тарату АМ радио хабар тарату жолақтарында жүзеге асырылады, олар ұзын толқын диапазонында 148 және 283 кГц, ал радио спектрінің орта жиілікті (МФ) диапазонында 526 және 1706 кГц аралығында болады. AM хабарларын тарату 2,3 мен 26 МГц аралығындағы қысқа толқын жолақтарында да рұқсат етіледі, бұл жолақтар ұзақ қашықтыққа халықаралық хабар тарату үшін қолданылады. Жиіліктік модуляцияда (FM) радиосигналдың жиілігі дыбыс сигналымен сәл өзгертіледі. FM хабарларын тарату өте жоғары жиілікті (VHF) диапазондағы 65 пен 108 МГц аралығындағы FM радио хабар тарату жолақтарында рұқсат етіледі. Нақты жиілік диапазондары әртүрлі елдерде сәл өзгеше болуы мүмкін. Стереофониялық дыбыспен (стерео) хабар тарататын FM стерео радиостанциялары сол және оң микрофондарды бейнелейтін екі дыбыс арнасын таратады. Стерео қабылдағышта екі жеке арнаны қайта жаңғырту үшін қосымша схемалар мен параллель сигнал жолдары бар. Моно қабылдағыш, керісінше, тек бір аудио арнаны қабылдайды, ол сол және оң арналардың қосындысы болып табылады. AM стерео хабар таратушылар мен қабылдағыштар болғанымен, олар FM стереоның танымалдылығына жете алмады. Көптеген қазіргі заманғы радиолар AM және FM радиостанцияларын қабылдай алады және қай жолақты қабылдауды таңдауға арналған ауыстырғышқа ие; мұндай радиоларды AM/FM радио деп атайды.

Цифрлық аудио хабар тарату (DAB)

Цифрлық аудио хабар тарату (DAB) – 1998 жылы кейбір елдерде пайда болған, AM және FM сияқты аналогты сигнал емес, құрлықтағы радиостанциялардан аудионы цифрлық сигнал ретінде тарататын жетілдірілген радио технологиясы. Оның артықшылықтары: DAB FM-ге қарағанда жоғары сапалы дыбыс беруге мүмкіндік береді (бірақ көптеген станциялар мұндай жоғары сапада хабар таратуды таңдамайды), радио шуы мен кедергілерге төзімділігі жоғары, радиоспектрдің сирек жолақ енін тиімді пайдаланады және электрондық бағдарламалар нұсқаулығы, спорттық түсіндірулер, суреттер слайд-шоуы сияқты қосымша мүмкіндіктер ұсынады. Оның кемшілігі – ол бұрынғы радиолармен үйлесімсіз, сондықтан жаңа DAB қабылдағышын сатып алу қажет. 2017 жылғы мәліметтер бойынша, 38 елде DAB қолданылады, 2100 станция 420 миллион адамды қамтитын тыңдау аймақтарына қызмет көрсетеді. АҚШ және Канада DAB-ты енгізуден бас тартты. DAB радиостанциялары AM немесе FM станцияларынан өзгеше жұмыс істейді: бір DAB станциясы тыңдаушы таңдауына 9-12 арнаны қамтитын 1500 кГц ені бар сигналды таратады. Хабар таратушылар арнаны әртүрлі бит жылдамдықтарымен таратуға болады, сондықтан әртүрлі арналардың дыбыс сапасы әртүрлі болуы мүмкін. Әртүрлі елдерде DAB станциялары III жолағында (174–240 МГц) немесе L жолағында (1.452–1.492 ГГц) хабар таратады.

Қабылдау

Радио толқынының сигнал күші таратушыдан алыстаған сайын азаяды, сондықтан радиостанцияны таратушының шектеулі радиусы ішінде ғана қабылдауға болады. Бұл радиус таратушының қуатына, қабылдағыштың сезімталдығына, атмосфералық және ішкі шуға, сондай-ақ таратушы мен қабылдағыш арасындағы төбелер сияқты географиялық кедергілерге байланысты. AM радио толқындары жер бетімен қозғалатын жер толқыны ретінде тарайды, сондықтан AM радиостанцияларын жүздеген шақырым қашықтықта сенімді түрде қабылдауға болады. FM радио сигналдары жоғары жиілікке ие болғандықтан, көру қабатынан аса алмайды, қабылдау қашықтығын шамамен 40 мильге (64 км) дейін шектейді және таратушы мен қабылдағыш арасындағы төбелермен кедергіге ұшырауы мүмкін. Дегенмен, FM радиосы радио шуының (RFI, sferics, статикалық) бұзылысына аз бейім және жоғары сапалы, AM-ге қарағанда жақсы жиілік диапазоны мен аз дыбыс бұрмалануына ие. Сондықтан, әлі де AM радио таратылатын елдерде, классикалық музыка көбінесе FM станциялары арқылы ғана таратылады, ал AM станциялары радио жаңалықтарына, сөйлесу радиосына және спорттық радиоға маманданған. FM сияқты, DAB сигналдары да тікелей көру арқылы тарайды, сондықтан қабылдау қашықтығы көз көкжиегімен шамамен 30-40 мильге (48-64 км) дейін шектеледі.

Қабылдағыштар қалай жұмыс істейді

Радио қабылдағыш кіріс радио толқынының бір бөлігін қабылдағыштың кірісіне берілетін кішкентай радиожиілікті айнымалы ток кернеуіне айналдыратын антеннаға қосылады. Антенна әдетте металл өткізгіштерден құралған. Радио толқынының тербелісті электр және магнит өрістері антеннадағы электрондарды алға-артқа итеріп, тербелісті кернеу тудырады. Антенна AM радиоларының ферриттік орамды антенналарында және ұялы телефондардың жалпақ, инвертті F антенналарында болғандай, қабылдағыштың ішіне орналастырылуы мүмкін; FM радиоларында қолданылатын сымды антенналар сияқты қабылдағыштың сыртына бекітілуі мүмкін, немесе жеке орнатылып, кабель арқылы қабылдағышқа қосылуы мүмкін, мысалы, үйдің шатырындағы теледидар антенналары мен спутниктік тарелкаларда.

Жарық өткізгіштік сүзгілеу

Көптеген таратушылардан келетін радио толқындар бір мезгілде ауа арқылы бір-біріне кедергі келтірмей өтеді және антеннамен қабылданады. Оларды қабылдағышта бөліп алуға болады, себебі олардың жиіліктері әртүрлі; яғни, әр таратушыдан келетін радио толқыны әртүрлі жылдамдықпен тербеледі. Қажетті радиосигналды бөліп алу үшін жолақты өткізу сүзгісі (bandpass filter) қажетті радиохабардың жиілігін өткізеді және басқа барлық жиіліктердегі сигналдарды тоқтатады. Жолақты өткізу сүзгісі бір немесе бірнеше резонанстық контурлардан (tuned circuits) тұрады. Резонанстық контур антеннаның кірісі мен жерге қосылады. Келіп түскен радиосигнал резонанстық жиілікте болғанда, резонанстық контурдың кедергісі жоғары болады және қажетті станциядан радиосигнал қабылдағыштың келесі сатыларына жіберіледі. Барлық басқа жиіліктерде резонанстық контурдың кедергісі төмендейді, сондықтан осы жиіліктердегі сигналдар жерге өткізіледі. Жолақтың ені және селективтілік: Графиктерді қараңыз. Радиохабардағы ақпарат (модуляция) тасымалдаушы жиіліктің (C) екі жағында орналасқан екі тар жиілік жолағында (sidebands - СБ) сақталады, сондықтан сүзгі тек бір жиілікті емес, жиіліктер жолағын өткізуі керек. Қабылдағыш қабылдайтын жиіліктер жолағы өткізу жолағы (passband - PB) деп аталады, ал кілогерцтегі өткізу жолағының ені жолақтың ені (bandwidth - BW) деп аталады. Сүзгінің жолақтың ені бүйірлік жолақтарды бұрмалаусыз өткізуге жеткілікті кең болуы керек, бірақ жақын жиіліктердегі (мысалы, схемадағы S2 сияқты) кедергі жасайтын хабарларды тоқтату үшін жеткілікті тар болуы керек. Қабылдағыштың қажетті станцияға жақын жиіліктегі қажетсіз радиостанцияларды қабылдамау қабілеті – сүзгімен анықталатын селективтілік деп аталатын маңызды параметр. Қазіргі заманғы қабылдағыштарда кварц кристалды, керамикалық резонаторлы немесе беттік акустикалық толқынды (SAW) сүзгілер жиі қолданылады, олар конденсаторлы-индуктивті контурлар желісімен салыстырғанда өткір селективтілікке ие. Түндеу (Tuning): Белгілі бір станцияны таңдау үшін радио қажетті таратушының жиілігіне «түнделеді». Радиода оның жиілігін көрсету үшін циферблат немесе цифрлық дисплей болады. Түндеу – қабылдағыштың өткізу жолағының жиілігін қажетті радио таратушының жиілігіне сәйкестендіру. Түндеу тұтқасын бұру күйделген контурдың резонанстық жиілігін өзгертеді. Резонанстық жиілік радио таратушының жиілігіне тең болғанда, контур симпатиялық тербеліске түсіп, сигналды қабылдағыштың қалған бөлігіне жібереді.

Көшейткіш

Алушы антеннаның радио толқынының қуаты, оның таратушы антеннадан алыстығының квадратына пропорционалды түрде кемиді. Радио хабар тарату станцияларында қолданылатын қуатты таратушылармен бірге, егер қабылдағыш таратушыдан бірнеше шақырымнан артық қашықтықта болса, қабылдағыш антеннасы ұстаған қуат өте аз болады, тіпті пиковатқа немесе фемтоваттқа дейін жетеді. Қайта қалпына келтірілген сигналдың қуатын арттыру үшін күшейткіш тізбегі батареялардан немесе электр желісінен электр қуатын пайдаланып, сигналдың амплитудасын (кернеуін немесе тогын) арттырады. Көптеген қазіргі заманғы қабылдағыштарда, күшейтуді жүзеге асыратын электрондық компоненттер транзисторлар болып табылады. Қабылдағыштар әдетте күшейтудің бірнеше сатысын қамтиды: жолақты өткізгіш сүзгіден шыққан радиосигнал, демодуляторды басқаруға жеткілікті қуатты болу үшін күшейтіледі, содан кейін демодулятордан шыққан аудиосигнал, динамикті басқаруға жеткілікті қуатты болу үшін күшейтіледі. Радио қабылдағыштың күшейту дәрежесі, сезімталдығы деп аталатын параметрмен өлшенеді, ол антеннадағы станцияның сигнал күшінің ең төменгі деңгейі, микровольтпен өлшенгенде, белгілі бір сигнал-шу қатынасымен сигналды анық қабылдау үшін қажетті болады. Сигналды кез келген деңгейде күшейту оңай болғандықтан, көптеген заманауи қабылдағыштардың сезімталдығының лимиті күшейту дәрежесі емес, тізбекте кездесетін кездейсоқ электрондық шу болып табылады, ол әлсіз радиосигналды жауып тастауы мүмкін.

Реттелген радиожиілік (TRF) қабылдағышы

Радиожиілік қабылдағыштың ең қарапайым түрі, радиожиілік қабылдағышы деп аталады, жоғарыда аталған үш функция тізбектей орындалады: (1) антеннадан радиосигналдардың қоспасы қажетті хабар таратушының сигналын бөліп алу үшін сүзгіленеді; (2) бұл тербелістік кернеу радиожиілік (RF) күшейткіші арқылы демодуляторды қозғау үшін оның күшін жеткілікті деңгейге дейін арттыру үшін жіберіледі; (3) демодулятор модуляцияланған радиотасымалдама толқынынан модуляциялық сигналды (хабар тарату қабылдағыштарында дыбыс толқынын білдіретін дыбыс жиілігінде тербелетін кернеу) қалпына келтіреді; (4) модуляциялық сигнал дыбыс күшейткіште күшейтіліп, содан кейін оны дыбыс толқынына айналдыру үшін динамикке немесе құлаққа қолданылады. TRF қабылдағышы бірнеше қолдануларда қолданылса да, оның практикалық кемшіліктері бар, олар оны төмендегі супергетеродин қабылдағышынан нашар етеді, ол көптеген қолдануларда қолданылады. Бұл конструкция дерлік барлық қазіргі заманғы қабылдағыштарда қолданылады, тек бірнеше арнайы қолданулардан басқа. Супергетеродинде антеннадан радиожиілік сигналы өңделместен бұрын төменгі «аралық жиілікке» (IF) ауыстырылады. Антеннадан келетін радиожиілік сигналы қабылдағыштағы жергілікті генератор (LO) арқылы тудырылатын модуляцияланбаған сигналмен араластырылады. Араластыру «араластырғыш» деп аталатын сызықтық емес тізбекте жүзеге асырылады. Араластырғыштың шығысындағы нәтиже – осы екі жиіліктің айырмасынан туындаған гетеродиндік немесе соққы жиілігі. Бұл процесс әртүрлі жиіліктегі екі музыкалық нотаның бірге ойнатылуымен ұқсас. Бұл төменгі жиілік аралық жиілік (IF) деп аталады. IF сигналында бастапқы RF сигналында болған ақпаратты жеткізетін модуляциялық қосымша спектрлер де бар. IF сигналы сүзгі және күшейткіш сатыларынан өтеді. Қабылдағышты осы екі жиіліктің кез келгенінде қабылдауға баптауға болады; егер қабылдағыш бір жиілікте қабылдауға бапталып қойылған болса, кез келген басқа радиостанция немесе басқа жиіліктегі радио шуы арқылы өтіп, қажетті сигналға кедергі келтіруі мүмкін. Бір рет бапталып орнатылатын RF сүзгі сатысы қосымша жиілікті қабылдамайды; олар қажетті жиіліктен салыстырмалы түрде алыс болғандықтан, қарапайым сүзгі жеткілікті түрде қабылдамайды. Қажетті сигналға жиілігі жағынан жақын кедергі сигналдарын жоюды аралық жиілік күшейткіштерінің бірнеше өткір баптаулы сатылары қамтамасыз етеді, оларға өздерінің баптауын өзгертудің қажеті жоқ. Белгілі бір хабар таратушыдан алынған сигналдың күші, радио толқынының өтетін жолының таралу жағдайларының өзгеруіне байланысты уақыт өте келеңде өзгеріп отырады, мысалы, көп жолды кедергі; бұл құлау деп аталады. Сигналдың амплитудасы жеткіліксіз болса, демодулятордағы шудың күшеюіне әкеледі, ал сигналдың амплитудасы шамадан тыс болса, күшейткіш сатылары жүктемеге (қанығуға) түсіп, сигналдың бұрмалануына (клиппингке) әкеледі. Сондықтан, қазіргі заманғы барлық қабылдағыштарда детектордағы радиосигналдың орташа деңгейін бақылайтын және демодуляция үшін оптималды сигнал деңгейін беру үшін күшейткіштердің күшейтуін реттейтін кері байланыс басқару жүйесі бар. Бұл қарапайым құрылғылар радио толқындарын сезетін сенсорлар ретінде сипатталады, олар радио қабылдағыштар емес, өйткені олар радио толқындарын тек таратушыдан 100 фут қашықтықта ғана анықтай алады және олар байланыс үшін емес, ғылыми эксперименттердегі зертханалық құралдар ретінде пайдаланылды.

Шабыт дәуірі

1887 жылдан 1917 жылға дейінгі радионың дамуының алғашқы үш онжылдығында қолданылған алғашқы радио хабарларын таратушылар – ұшқындық саңылаулы таратушылар болды. Олар электр ұшқыны арқылы сыйымдылықты разряд ету арқылы радио толқындарын жасады. Әрбір ұшқын радио толқындарының қысқа мерзімді импульсын тудыратын, ол тез арада нөлге дейін төмендеді. Маркони өзі көптеген жаңалықтар ойлап тапқан жоқ, бірақ радионың практикалық коммуникация құралы болатынына бірінші болып сенді және 1894-95 жылдары алғашқы сымсыз телеграф жүйелерін, таратушыларды және қабылдағыштарды жеке өзі жасады. Оливер Лодж және Александр Попов та 1894-95 жылдары ұқсас радио толқындарын қабылдау аппаратурасымен тәжірибелер жүргізді, бірақ олардың осы кезеңде Морзе кодын таратуға қол жеткізгені белгілі емес. Когерер – әр жағында металл электродтары бар шыны түтік болатын, электродтар арасында бос металл ұнтағы орналасқан. Оның бастапқы кедергісі жоғары болды. Электродтарға радиожиілікті кернеу қолданғанда, кедергісі төмендеп, электр тогын өткізе бастады. Қабылдағышта когерер антенна мен жерге тікелей қосылды. Антеннадан басқа, когерер аккумулятор мен релемен бірге тұрақты ток тізбегіне қосылды. Келіп түскен радио толқыны когерердің кедергісін төмендеткенде, аккумулятордан ток ағып, релені қосып, қоңырауды соқтыратын немесе сифонды жазғышта қағаз таспасына белгі қоятын. Когерерді келесі радио толқыны импульсын қабылдау үшін бұрынғы өткізбейтін күйіне қайтару үшін металл бөлшектерін қоздыру мақсатында механикалық түрде соққыға түсіру қажет болды. Бұл "декогерер" арқылы жасалды – түтікке соққы беретін, релемен басқарылатын электромагнитпен жұмыс істейтін соққыш. Когерер – көне заманғы құрылғы, тіпті бүгінгі күні оның әртүрлі түрлерінің нақты физикалық механизмі туралы толық сенімділік жоқ. Дегенмен, ол негізінен екі тұрақты күйге ие құрылғы, радио толқынымен басқарылатын коммутатор екенін көруге болады, сондықтан ол дыбысты жеткізетін кейінгі амплитудалық модуляцияланған (AM) радио хабарларын демодуляциялау үшін радио толқынын түзетуге қабілетсіз болды.

Басқа ерте анықтау құралдары

Кохердің нашар жұмысы жақсы радио толқын детекторын табуға көптеген зерттеулерге түрткіс болды, және көптеген түрлері ойлап табылды. Кейбір ерекше құрылғылар сынақтан өтті; зерттеушілер жабайы аяқтарды және тіпті майыттан алынған адам миын детектор ретінде пайдалану тәжірибелерін жасады. 20 ғасырдың басында дыбысты радиоарқылы (радиотелефония) тарату үшін амплитудалық модуляцияны (АМ) пайдалану бойынша тәжірибелер жүргізілді. Сондықтан детекторларды зерттеудің екінші мақсаты – радиосигналдан аудиосигналды бөліп шығаратын, АМ сигналын демодуляциялайтын детекторларды табу болды. Тәжірибелер нәтижесінде, бұл "асимметриялық өткізгіштік" қасиеті бар детектормен істеуге болатыны анықталды; яғни, токты бір бағытта өткізетін, бірақ кері бағытта өткізбейтін құрылғы. Бұл ауыспалы ток радиосигналын түзетіп, тасымалдаушы циклдердің бір жағын жояды, нәтижесінде аудиомодуляция сигналының амплитудасына сәйкес өзгеретін үдеулі тұрақты ток қалды. Бұл сигналды құлаққапқа қосса, таратылған дыбысты қайта жаңғыртуға болады. Төменде 1920 жылға дейін вакуумдық түтіктер кеңінен қолданылғанға дейін қолданылған детекторлар тізімі келтірілген. Магниттік детектордан басқа барлық детекторлар АМ сигналдарын түзетуге және қабылдауға қабілетті: Магниттік детектор 1902 жылы Гульельмо Маркони жасаған, бұл әдіс Эрнест Резерфордпен ойлап табылып, 1912 жылға дейін Маркони компаниясы Audion вакуумдық түтігін қабылдағанға дейін қолданылған. Бұл механикалық құрылғы екі шкив арасында қозғалатын темір сымдардың үздіксіз жолағынан тұрады. Темір сымдар антеннаға қосылған жіңішке сымнан жасалған катушка арқылы өтеді, және екі магнит жасаған магниттік өрісте орналасқан. Темірдің гистерезисі радиосигнал өтетін әр сәтте сенсорлық катушкада ток импульсын тудырады. Магниттік детектор кемедегі қабылдағыштарда тербеліске сезімтал еместігі үшін қолданылды. Оның бірі 1912 жылғы 15 сәуірде суға батқан «Титаник» кемесінің радиостанциясының бөлігі болды, көмек шақыру үшін пайдаланылды. Электролиттік детектор («сұйық барреттер») 1903 жылы Реджинальд Фессенден ойлап тапқан, ол шыны таяқшаға салынған жұқа күміс қапталған платина сымынан тұрады, оның ұшы азот қышқылының бетімен жанасады. Электролиттік әрекет ток тек бір бағытта ғана өтуіне мүмкіндік береді. Бұл детектор 1910 жылға дейін қолданылды. Марконидің кеңесшісі Флеминг Атлантика арқылы сымсыз хабарларды қабылдау үшін сезімтал детектор ретінде клапанды ойлап тапты. Ток филамент арқылы өткізіліп, термоиондық эмиссия арқылы электрондарды түтікке шығарады, бұл эффектті Томас Эдисон ашқан. Радиосигнал катод пен анод арасында қолданылды. Анод оң болғанда, катодтан анодқа электрондар ағыны ағылады, ал анод теріс болғанда электрондар кері итеріледі және ток ағыны болмайды. Флеминг клапаны шектеулі түрде қолданылды, бірақ қымбаттығы, филаменттің қызмет ету мерзімінің шектеулі болуы және электролиттік немесе кристалл детекторларына қарағанда сезімталдығы төмен болғандықтан танымал болмады. Олар өздерінің есімдерін кристалл радиоқабылдағышына (төменде) берді. Алғашқы жартылай өткізгіш электрондық құрылғылардың бірі – кристалл детекторы, галена (қорытынды сульфид) сияқты кристалл жартылай өткізгіш минералының бұршақтай қиыршығынан тұрады, оның бетіне реттелетін қолға орнатылған жұқа серпімді металл сым тигізіледі. Бұл қанағаттанарлық, тіпті қажет болды, өйткені алғашқы Герцтік ұшқын таратушыларында да үйлесімді схема болмады. Ұшқынның импульсивті табиғатына байланысты радио толқындардың энергиясы жиіліктердің кең диапазонына таратылды. Бұл кең жолақты сигналдан жеткілікті энергия алу үшін қабылдағыштың кең жолақтығы болуы керек еді. Бір аймақта бірнеше ұшқын таратушы сәуле шығарғанда, олардың жиіліктері бір-бірімен қабаттасып, сигналдар бір-біріне кедергі келтіріп, қабылдаудың бұзылуына әкелді. Қабылдағышқа қай хабарды қай таратушыдан қабылдау керектігін таңдау үшін бір әдіс қажет болды. Жаман реттелген таратушыдан шыққан бірнеше толқын ұзындығы сигналдың «өшуіне» немесе әлсіреуіне себеп болып, таратудың қуатын және қашықтығын қатты төмендетті. 1892 жылы Уильям Крукс радио туралы лекциясында резонансты пайдалануды ұсынды, бұл таратушылар мен қабылдағыштардың жолақтығын азайтуға мүмкіндік береді. Әр түрлі таратушылар әр түрлі жиіліктерде хабар тарату үшін «тұрақталуы» мүмкін, сондықтан олар кедергі келтірмейді. Қабылдағышта резонанстық схема (тұрақты схема) болады, және таратушымен бірдей жиілікке «тұрақталып», белгілі бір берілісті қабылдай алады, бұл музыкалық аспапты басқа аспаппен резонансқа келтіруге ұқсас. Бұл қазіргі барлық радиода қолданылатын жүйе. Тұрақтау Герцтің алғашқы тәжірибелерінде қолданылды, ал тұрақтаудың практикалық қолданысы 1890 жылдардың басында және ортасында радио байланысы үшін арнайы жасалмаған сымсыз жүйелерде пайда болды. Никола Тесланың 1893 жылғы наурыздағы жарықтандыру үшін сымсыз қуатты таратуды көрсеткен лекциясы (негізінен жер арқылы өткен деп ойлаған) тұрақтау элементтерін қамтыды. Сымсыз жарықтандыру жүйесі ұшқынмен қоздырылған жерге қосылған резонанстық трансформатордан және антеннадан тұрды, ол қуатты бөлме арқылы таратушының жиілігіне тұрақталып қойылған басқа резонанстық трансформаторға жіберді, ол Гейсслер түтігін жарықтандырды. Сол кезде Лодж радио толқындарының физикалық және оптикалық қасиеттерін көрсетумен айналысты, байланыс жүйесін құруға тырыспады, бірақ ол радионы тұрақтандыру әдістерін (1897 жылы патенттелген), соның ішінде антенналарды тұрақтандыру үшін өзгеретін индуктивтілікті пайдалануды әзірледі. 1897 жылға қарай тұрақты жүйелердің артықшылықтары айқын болды, және Маркони және басқа сымсыз зерттеушілер конденсаторлар мен индукторлардан тұратын тұрақты схемаларды өздерінің таратушылары мен қабылдағыштарына енгізді. Антенна және жер катушкаға қосылды, ол катушкамен магниттік байланысқа түсті, оның үстіне конденсатор орнатылған, ол детекторға қосылған. Оператор жақын жиілікте кедергі келтіретін сигналды кездестіргенде, екінші катушканы біріншіден одан ары жылдыруға болады, бұл байланысты азайтады, жолақты тарылтады және кедергі келтіретін сигналды жоққа шығарады. Кемшілігі – үш реттеудің барлығы – бірінші тұрақтау, екінші тұрақтау және байланыс – бір-бірімен байланысты болды; біреуін өзгерткенде, қалғандары да өзгереді. Сондықтан жаңа станцияны тұрақтандыру – бірнеше реттеулерді жасау процесі болды. Ұшқын таратушылары үздіксіз толқын таратушыларымен алмастырылғанда, олар тар жиілік диапазонында хабар тарататындықтан, таңдау маңыздырақ болды, ал хабар тарату радио спектрінде тығыз орналасқан көптеген радиостанциялардың көбеюіне әкелді. Бұл оған тасымалдағыштың екі жағындағы АМ модуляциясының бүйірлік жолақтарын аз бұрмалаумен өткізуге мүмкіндік берді, бір тұрақты схемадан жоғары аудио жиіліктерін әлсіретеді. Соңғы уақытқа дейін барлық қазіргі қабылдағыштарда қолданылатын супергетеродин схемасындағы жолақты өтім фильтрлері резонанстық трансформаторлармен, атап айтқанда ИФ трансформаторларымен жасалған.

Патент даулары

Марконидің бастапқы радио жүйесі салыстырмалы түрде нашар реттелгендіктен, оның қашықтығы шектеліп, кедергілерге себеп болды. Бұл кемшілікті жою үшін ол төрт контурлы жүйе жасады, беріліс және қабылдағыштардағы реттелген катушкалармен «синтония» қолданды. Қосымша түсіндірмелер мен қайта тапсыру Tesla-ның сымсыз қуат беру жүйесіне қатысты екі бұрынғы патентерін бұзғандықтан қабылданбады. Марконидің адвокаттары қайта тапсырылған патентті басқа сарапшыдан қайта қарауға қол жеткізді, ол бастапқыда Джон Стоунның бұрыннан бар көйлеу патентесіне байланысты оны қабылдамады, бірақ 1904 жылдың маусымында антенна ұзындығын өзгерту арқылы көйлейтін Стоуннан ерекшеленетін өзгермелі индуктивті көйлеудің бірегей жүйесіне негізделгендіктен мақұлдады. Жылдар бойы басқа патенттік даулар туындады, соның ішінде 1943 жылы АҚШ Жоғарғы Сотының Маркони компаниясының Бірінші дүниежүзілік соғыс кезінде патенттік құқық бұзушылық үшін АҚШ үкіметін сотқа беру мүмкіндігі туралы шешімі. Сот Маркони компаниясының талабын қабылдамады, өйткені олардың патенттері Лодж, Стоун және Тесла патенттерінен басымдық құрмағандықтан, патенттік құқық бұзушылық үшін талап қоюға құқығы жоқ еді. 20 ғасырдың алғашқы екі онжылдығында радиостанциялар радиотелеграфияның орнына AM дауысты (радиотелефония) хабар таратуды бастағанда радио тыңдау танымал хоббиге айналды, ал кристалл детектор ең қарапайым және ең арзан құрал болды. Бұл арзан және сенімді қабылдағыштарды сатып алған немесе өздері жасаған миллиондаған адамдар 1920 жылдары басталған алғашқы радио хабарларын тыңдау үшін көпшілік аудиторияны құрды. 1920 жылдардың соңында кристалл қабылдағыштар вакуумдық түтікшелі қабылдағыштармен ауыстырылды және коммерциялық тұрғыдан пайдасыз болды. Алайда, оны жастар мен кедейлер Екінші дүниежүзілік соғысқа дейін қолдана берді. Ол әдетте галена болатын минералды кристаллдан тұрады, оған реттелетін иектің үстіне жұқа серпімді сым ("мысық шашы") жеңіл тиіп тұрды. Нәтижесінде пайда болған шикі жартылай өткізгіш қосылысы тек бір бағытта өткізетін Шоттки кедергілі диоды ретінде жұмыс істеді. Детекторлық қосылыс ретінде жұмыс істейтін кристалл бетінің тек белгілі бір жерлері ғана болды, ал қосылыс ең кішкентай дірілмен бұзылуы мүмкін еді. Сондықтан әр қолдану алдында жарамды жер сынақ-қате арқылы табылды; оператор радио жұмыс істей бастағанша мысық шашымен кристаллды сүйрейтін. Кейінгі жартылай өткізгіш зерттеушісі Фредерик Зайц былай деп жазды: Мұндай өзгергіштік, мистикаға жақын, кристалл детекторларының ерте тарихында қиындық тудырды және кейінгі ұрпақтың көптеген вакуумдық түтікшелер мамандары кристаллды түзету өнерін сенімсіз деп санауына себеп болды. Кристалл радио күшейтпелі емес еді және радиостанциядан алынған радио толқындардың қуатымен жұмыс істейтін, сондықтан оны құлаққаптармен тыңдау керек болды; ол дыбыс шығарушыны (динамик) қозғалта алмады. Алайда, радио хабарларын қабылдауға арналған үй кристалл жиынтығының қашықтығы шамамен 25 мильмен шектелген. Қиын кристалл радиоларда Q-ны арттыру үшін «бос қосқыш» индуктивті түрлендірілген схема қолданылды. Алайда, ол әлі де қазіргі заманғы қабылдағыштармен салыстырғанда нашар таңдамалылыққа ие болды. Радиотелеграфиялық сигналдар дыбыс жылдамдығымен қайталанатын, соған байланысты морс кодының «нүктелері» мен «сызықтарын» қабылдағыштардың құлаққаптарында дыбыс немесе шу ретінде естуге болады. Алайда, жаңа үздіксіз толқындық радиотелеграфиялық сигналдар жай ғана модульденбеген тасымалдаушы импульстерінен (синус толқындары) тұрды. Бұл дыбыс қабылдағыштың құлаққаптарында естілмейді. Бұл жаңа модуляция түрін алу үшін қабылдағыш тасымалдаушының импульстері кезінде қандай да бір тон шығаруы керек еді. Бұл әрекетті жүзеге асыратын алғашқы қарапайым құрылғы 1908 жылы Валдемар Пулсен ойлап тапқан «тикер» болды. Бұл - дифференциалдық конденсаторды құрайтын тербелістік торап, ол бастапқы модулятор ретінде қызмет етіп, тасымалдаушыны дыбыс жылдамдығында үзіп, тасымалдаушы болған кезде құлаққаптарда шуылдауды тудырады. Осыған ұқсас құрылғы Рудольф Голдшмидт ойлап тапқан «тондау доңғалағы» болды, бұл қозғалтқышпен айналған доңғалақ, оның айналасына контактілер орналастырылды, олар стационарлық щеткамен байланысқа түсті. 1901 жылы Реджинальд Фессенден бұны жүзеге асырудың жақсы әдісін ойлап тапты. Оның гетеродинді қабылдағышында келіп түскен радио толқын тасымалдаушысынан fO ауытқу жиілігіндегі синустық толқын радиосигналы кристалл детекторы немесе электролиттік детекторы сияқты түзету детекторына, антеннадан радио сигналымен бірге қолданылды. Детекторда екі сигнал араласып, fC + fO және fC - fO арасындағы екі жаңа гетеродиндік (соққы) жиіліктерді құрады. fO дұрыс таңдалса, төменгі гетеродиндік fC - fO дыбыс жиілігі диапазонында болды, сондықтан ол тасымалдаушы болған кезде құлаққапта дыбыс ретінде естілді. Осылайша, морс кодының «нүктелері» мен «сызықтары» музыкалық «сигналдар» ретінде естілді. Бұл әдістің осы күшейтпелі емес кезеңдегі басты артықшылығы гетеродиндік қабылдағыш сигналды біршама күшейте алатыны, детекторда «араласу күші» болды. Фессенден алғаш рет үлкен радио жиілікті генераторын қолданды, содан кейін ол CW радиотелеграфиясын қабылдаудың стандартты әдісіне айналды. Гетеродиндік осциллятор қазіргі коммуникациялық қабылдағыштарда радиотелеграфияны қабылдау үшін қолданылатын жиілік осцилляторының (BFO) атасы болып табылады. Гетеродиндік осциллятор қабылдағыш жаңа станцияға реттелген сайын қайта реттелуі керек еді, бірақ қазіргі супергетеродиндік қабылдағыштарда BFO сигналы бекітілген аралық жиілікпен соқтығысады, сондықтан жиілік осцилляторы бекітілген жиілікте болуы мүмкін. Армстронг кейінірек Фессенденнің гетеродиндік принципін өздерінің супергетеродиндік қабылдағыштарында (төменде) қолданды. 1920 жылдардың басында радио қабылдағыш көптеген түсініксіз тұтқалары мен басқарулары бар, оны пайдалану үшін техникалық білімді қажет ететін, тартымсыз қара метал қорапта орналасқан, дыбысы нашар металл дыбыс шығарушы құрылғы болды. Үлкен жарықтандырылған дисктер, тонды басқару, түймелі реттеу, реттеу көрсеткіштері және автоматты күшейтуді басқару (AGC) сияқты ыңғайлы мүмкіндіктер қосылды. Вакуумдық түтікшелі қабылдағышқа әртүрлі кернеулерде бірнеше қуат көздері қажет болды, ал ерте радиоларда олар жеке батареялармен қамтамасыз етілді. 1930 жылға қарай жеткілікті түзеткіш түтікшелер жасалды және қымбат батареялар үй тогынан жұмыс істейтін трансформаторлық қуат көзімен ауыстырылды. Бұл паразиттік осцилляциялар детекторлық түтікшедегі радиосигнал тасымалдаушысымен араласып, жағымсыз сызықтарды, аңырауларды және ұлығуларды тудырды. Осцилляциялар күшейткіштердегі кері байланысқа байланысты болды; маңызды кері байланыс жолдарының бірі ерте триодтардағы пластина мен тор арасындағы сыйымдылық болды. Оның күшейту қабілеті 1912 жылға дейін кеңінен қолданылмады. Аудионның жұмыс принципіне қатысты белгісіздік болды, оған дейін Эдвин Армстронг 1914 жылғы мақаласында оның күшейту және демодуляциялық функцияларын түсіндіргенше. Торлық ағым детекторлық схемасы 1930 жылдарға дейін регенеративті, TRF және ерте супергетеродиндік қабылдағыштарда (төменде) қолданылды. Дыбыс шығарушыны (динамик) қозғалту үшін жеткілікті шығыс қуатын беру үшін 2 немесе 3 қосымша вакуумдық түтікшелік кезеңдер қажет болды. Бұл оны 1913 жылы 23 жасар колледж студенті болған кезде оны сезімталдететін детекторға айналдырды және әсіресе бір түтікшелі радиоға қолжеткізе алатын хоббистер арасында кеңінен қолданылды. Бүгінде осы схеманың транзисторлық нұсқалары әлі де кейбір арзан қолданбаларда, мысалы уоки-токилерде қолданылады. Регенеративті қабылдағышта вакуумдық түтікшенің немесе транзистордың күшеюі регенерацияны (оң кері байланыс) пайдалану арқылы арттырылады; түтікшенің шығыс тізбегінен кіріс тізбегіне кері байланыс тізбегімен энергияның бір бөлігі беріледі. Ерте вакуумдық түтікшелердің күшеюі өте төмен болды (шамамен 5). Регенерация түтікшенің күшеюін 15 000 есе немесе одан да көп есеге арттыра алды, сонымен қатар күйделген тізбектің Q факторын арттырып, енін (жіктеуді) азайтты.

Цифрлық технология

1970 жылдары интегралды схемалардың (IC) чиптерінің дамуы тағы бір революция жасады, бұл IC чипіне толыққанды радио қабылдағышты орналастыруға мүмкіндік берді. IC чиптері вакуумдық түтіктермен жұмыс істейтін радио дизайнының экономикасын өзгертіп жіберді. Чипке қосымша күшейткіш құрылғыларды (транзисторларды) қосудың маржинальдық құны дерлік нөлге тең болғандықтан, қабылдағыштың көлемі мен құны қолданылған активті компоненттердің санына емес, пассивті компоненттерге – индукторлар мен конденсаторларға байланысты болды, оларды чипке оңай интеграциялау мүмкін емес еді. Қабылдағыштардағы қазіргі үрдіс – бұрын пассивті компоненттерді қажет еткен аналогтық схемалардың функцияларын орындау үшін чиптегі цифрлық схемаларды пайдалану. Цифрлық қабылдағышта IF сигналы үлгіленеді және цифрлық түрге айналдырылады, ал жолақты өткізу сүзгілеу және анықтау функциялары чиптегі цифрлық сигналды өңдеу (DSP) арқылы жүзеге асырылады. DSP-нің тағы бір артықшылығы – қабылдағыштың қасиеттері; арна жиілігі, жолақтың ені, күшейту және т.б. қоршаған ортадағы өзгерістерге жауап беру үшін бағдарламалық жасақтама арқылы динамикалық түрде өзгертілуі мүмкін; мұндай жүйелер бағдарламалық қамтамасыз етумен анықталатын радио немесе когнитивтік радио деп аталады. Аналогтық электроникамен орындалатын көптеген функцияларды бағдарламалық жасақтама орындай алады. Бұл бағдарламалық жасақтаманың температураға, физикалық айнымалыларға, электрондық шуға және өндірістік ақауларға бейім еместігін білдіреді. Цифрлық сигналды өңдеу аналогтық әдістермен қиын, қымбат немесе басқаша мүмкін емес сигналды өңдеу техникаларын қолдануға мүмкіндік береді. Цифрлық сигнал – бұл, негізінен, сым сияқты орта арқылы хабарды жеткізетін сандар ағыны немесе тізбегі. DSP аппараттық құрылғысы қабылдағыштың жолақтығын ағымдағы қабылдау жағдайларына және сигнал түріне сәйкес келтіре алады. Тек аналогтық қабылдағышта тек бір немесе шектеулі саны тұрақты жолақты кеңдік болуы мүмкін, ал DSP қабылдағышта 40 немесе одан да көп жеке таңдалатын сүзгілер болуы мүмкін. DSP ұялы телефон жүйелерінде дауысты беру үшін қажетті деректерді беру жылдамдығын азайту үшін қолданылады. Цифрлық аудио хабар тарату (DAB) сияқты цифрлық радио хабар тарату жүйелерінде аналогтық аудио сигналы цифрландырылады және сығылады, әдетте AAC+ сияқты модификацияланған дискретті косинус түрлендіру (MDCT) аудио кодегі форматын қолданады. "Компьютерлік радиолар", яғни стандартты компьютермен басқарылатын радиолар, радиоға қосылған тізбектік портты пайдалана отырып, арнайы компьютерлік бағдарламалық қамтамасыз ету арқылы басқарылады. "Компьютерлік радионың" алдыңғы панелі болмауы мүмкін және ол компьютерлік басқару үшін ғана жасалған болуы мүмкін, бұл шығындарды азайтады. Кейбір компьютерлік радиолардың иесімен жаңарту мүмкіндігі бар. DSP бағдарламалық жасақтамасының жаңа нұсқаларын өндірушінің веб-сайтынан жүктеуге және радионың флэш-жадына жүктеуге болады. Содан кейін өндіруші уақыт өте келе радиоға жаңа мүмкіндіктер қоса алады, мысалы жаңа сүзгілер, DSP шуын азайту немесе қателерді түзету. Толыққанды радио басқару бағдарламасы сканерлеуге және басқа да көптеген функцияларға, әсіресе "TV Guide" сияқты деректер базаларын нақты уақытта біріктіруге мүмкіндік береді. Бұл белгілі бір уақытта белгілі бір телерадиокомпанияның барлық жиіліктеріндегі барлық хабарларды табуға көмектеседі. Кейбір басқару бағдарламалық жасақтамасын жасаушылар тіпті Google Earth-ті қысқа толқын деректер базасына біріктірді, сондықтан берілген хабар таратушы сайттың орналасуына тышқанның түртуімен "ұшу" мүмкін. Көп жағдайда пайдаланушы сигнал қайдан шығатынын көретін болады. Радионың графикалық пайдаланушы интерфейсі айтарлықтай икемділікке ие болғандықтан, бағдарламалық жасақтаманы жасаушы жаңа мүмкіндіктерді қоса алады. Қазіргі заманғы басқару бағдарламалық бағдарламаларында кездесетін мүмкіндіктерге: диапазондық кесте, дәстүрлі радио басқаруға сәйкес келетін GUI басқару, жергілікті уақыт сағаты және UTC сағаты, сигналдың күшею көрсеткіші, іздеу мүмкіндігі бар қысқа толқынды тыңдау үшін деректер қоры, сканерлеу мүмкіндігі немесе мәтіннен сөйлеуге арналған интерфейс кіреді. Интеграцияның келесі деңгейі – "бағдарламалық қамтамасыз етумен анықталатын радио", онда барлық сүзгілеу, модуляция және сигналдарды манипуляциялау бағдарламалық жасақтамада жасалады. Бұл ПК дыбыс картасы немесе арнайы DSP аппараттық құрылғысы болуы мүмкін. Бұл жүйелерге аралық жиілікті бағдарламалық қамтамасыз етумен анықталатын радиоға беру үшін RF алдыңғы бөлігі қажет болады. Мұндай жүйелер "аппараттық" қабылдағыштарға қарағанда қосымша мүмкіндіктерді ұсынуы мүмкін. Мысалы, олар радио спектрінің үлкен бөліктерін кейінірек "қайта ойнату" үшін қатты дискіге жаза алады. Бір минутта қарапайым AM хабарламасын демодуляциялайтын бір SDR келесі минутта HDTV хабарламасын декодтауға қабілетті болуы мүмкін. GNU Radio деп аталатын ашық кодты жоба жоғары өнімді SDR-ді дамыруға арналған. Барлық цифрлық радио хабар таратушылары мен қабылдағыштары радионың мүмкіндіктерін арттыру мүмкіндігін ұсынады.