1. Rozchodzenie się i podział fal radiowych Cechą każdego systemu radiowego jest przekazywanie informacji (dźwięku) przez środowisko propagacji fal radiowych. Przetwarzanie wiadomości, nadawanie i odbiór sygnałów radiowych zależą od układu i konstrukcji urządzeń nadawczo-odbiorczych, czyli od działań człowieka, natomiast warunki propagacji fal radiowych zależą od wielu czynników i okoliczności, pozostających poza wpływem człowieka. W każdym miejscu, czasie i zakresie częstotliwości istnieją w sensie statystycznym pewne warunki propagacyjne, których znajomość jest konieczna do optymalnego projektowania i stosowania systemów radiowych, Zakres częstotliwości wykorzystywany w systemach radiowych jest bardzo szeroki i obejmuje częstotliwości od kilku khz do setek GHz. Częstotliwości te odpowiadają falom radiowym o długościach od kilkudziesięciu kilometrów do części milimetra. Między długością fali elektromagnetycznej λ, częstotliwością f, a prędkością rozchodzenia się fali v występuje zależność: v f Dla fal elektromagnetycznych rozchodzących się w wolnej przestrzeni, prędkość rozchodzenia się fali jest równa prędkości światła w próżni, w związku z czym długość fali oblicza się ze wzoru: gdzie: λ - długość fali elektromagnetycznej [m], f - częstotliwość fali elektromagnetycznej [Hz], c = 3 1 8 - prędkość światła w próżni [m/s]. W środowiskach innych jak próżnia prędkość rozchodzenia się fali elektromagnetycznej jest zawsze mniejsza od prędkości światła i zależy od przenikalności elektrycznej danego środowiska. Prędkość rozchodzenia się fali w danym środowisku oblicza się ze wzoru: c v Oprócz dekadowego podziału częstotliwości radiowych często stosuje się jeszcze tradycyjny podział widma częstotliwości na zakresy, który przedstawiono w tabeli 2. c f r Tabela. 2. Tradycyjny podział widma częstotliwości radiowych Nazwa zakresu Oznaczenie zakresu Długość fali[λ] Częstotliwość fali [f] fale bardzo długie VLF powyżej 2 km poniżej 15 khz fale długie LF 2-1 km 15-3 khz fale średnie MF 1-2 m 1-15 khz fale pośrednie - 2-1 m 1.5-3 MHz fale krótkie HF 1-1 m 3-3 MHz fale ultrakrótkie VHF, UHF 1 - l m 3-3 MHz mikrofale SHF poniżej 1 m powyżej 3 MHz Przy nadawaniu fal radiowych stosuje się dwa rodzaje emisji: z modulacją amplitudy AM, z modulacją częstotliwości FM. Podział fal radiowych z emisją AM: fale długie (LF) od 15 khz do 285 khz, fale średnie (MF) od 52 khz do 162 khz, fale krótkie (HF) od 3,95 MHz do 26,1 MHz. Podział fal radiowych z emisją FM: standard OIRT 1 : od (65,5 MHz do 74, MHz) ± 5 khz, standard CCIR 2 : od (87,5 MHz do 18, MHz) ± 5 khz. 1 OIRT Organisation International de Radiodiffusion et Television (tzw. standard wschodni). 2 CCIR Comite Consultatif International de Radiocommunication (tzw. standard zachodni).
2. Rodzaje i sposób rozchodzenia się fal radiowych Fale radiowe można podzielić na podstawie charakteru drogi, wzdłuż której docierają one od nadajnika do odbiornika. W zależności od położenia dwóch punktów w przestrzeni, między którymi istnieje łączność radiowa, można wyróżnić trzy przypadki rozchodzenia się fal: a) Ziemia Ziemia, b) Ziemia kosmos, c) kosmos kosmos. W przypadku a) mamy do czynienia z rozchodzeniem się fal w otoczeniu Ziemi. Podział tych fal przedstawiono na rys. l, a sposób ich rozchodzenia na rys. 2. Rys. l. Podział fal rozchodzących się w otoczeniu Ziemi Rys. 2. Sposób rozchodzenia się fal w otoczeniu Ziemi, l fala powierzchniowa, 2 fala troposferyczna, 3 fala jonosferyczna, 4 fala przestrzenna; a, b fala odbita, c fala bezpośrednia, N nadajnik, O odbiornik 2.1. Polaryzacja i krótka charakterystyka fal Polaryzacja fali zależy od tego, w jakiej płaszczyźnie drga wektor pola elektrycznego E, który jest zgodny z kierunkiem linii sił tego pola. Promieniowane fale mogą mieć polaryzację poziomą (rys. 3) lub pionową (rys. 4). Spotyka się także inne rodzaje polaryzacji, np. kołową, eliptyczną. Propagacja fali elektromagnetycznej jest związana z przenoszeniem energii. Miarą tej energii może być np. moc przepływająca przez l m 2 powierzchni prostopadłej do kierunku rozchodzenia się fali. W praktyce dogodniejsze jest operowanie tylko składową elektryczną fali i określania wartości skutecznej pola E tej fali, podawanej w V/m. Wygoda polega na bezpośredniej interpretacji pomiarowej tej wielkości. Fala elektromagnetyczna napotykając na swej drodze przewodnik wywołuje w nim przepływ prądu. Występuje tu analogia do powstawania prądu w przewodzie objętym działaniem zmiennego pola magnetycznego. Upraszczając zagadnienie (pomijając relacje między długością fali a długością przewodu), można przyjąć, że np. fala indukująca w przewodzie pomiarowym o długości l m siłę elektromotoryczną o wartości 25µV ma natężenie 25 µv/m. Silę elektromotoryczną, wywołaną przepływem prądu mierzymy oczywiście między końcami przewodu pomiarowego.
Rys. 3. Polaryzacja pozioma H (horizontal poziom; linie sil pola elektrycznego E promieniowanej fali są równoległe do powierzchni Ziemi) Rys. 4. Polaryzacja pionowa V (vertical pion; linie sił pola elektrycznego E promieniowanej fali są prostopadłe do powierzchni Ziemi) Fala przyziemna rozchodzi się blisko powierzchni Ziemi i dzieli się na falę powierzchniową i przestrzenną. Fala powierzchniowa jest promieniowana przez antenę nadawczą umieszczoną bezpośrednio na powierzchni Ziemi i rozchodzi się wzdłuż tej powierzchni. Zawiera się w zakresie bardzo niskich częstotliwości i może rozchodzić się na tysiące kilometrów: do kilku tys. km dla fal z zakresu VLF, do kilkuset km dla fal z zakresu MF, do kilkudziesięciu km dla fal z zakresu HF. Fala jonosferyczna to taka fala, która dociera do odbiornika dzięki odbiciu od jonosfery i zawiera się w zakresie fal średnich i krótkich. Dla fal ultrakrótkich o częstotliwości od 3 do 5 MHz jonosfera staje się przezroczysta" i fale przenikająją, rozchodząc się w kosmos. Dla tego zakresu fal jonosfera przestaje działać jak reflektor i dlatego w łączności satelitarnej stosuje się fale o bardzo wysokich częstotliwościach SHF, EHF. Fala troposferyczna jest to fala, która dociera do odbiornika dzięki dyfrakcji i refrakcji fal w troposferze. Umożliwia to budowanie pozahoryzontalnych, naziemnych stacji radiowych o zasięgu 2-1 km. 2.2. Anteny Antena jest elementem odwracalnym. Oznacza to, że antena może dokonywać przemiany energii w obu kierunkach prądu w.cz. na falę elektromagnetyczną i fali elektromagnetycznej na prąd (siłę elektromotoryczną). Antena nadawcza może być odbiorczą i na odwrót. Ewentualne różnice dotyczą konstrukcji i wymiarów obu typów anten. W przypadku idealnym pożądane byłoby, aby cała moc prądu zmiennego dostarczanego do anteny była wypromieniowana. Zbliżenie się do tego ideału wymaga tzw. dostrojenia anteny. (Antenę możemy rozpatrywać jako szczególny przypadek obwodu rezonansowego, złożonego z cewki, kondensatora i źródła energii. Obwód taki cechuje się częstotliwością rezonansową, dla której amplituda prądu zmiennego płynącego w obwodzie osiąga maksimum. Jeśli w obwodzie takim, uziemionym w odpowiednim punkcie (rys. 5) zaczniemy rozsuwać okładziny kondensatora, to linie sił pola elektrycznego będą obejmowały coraz większą przestrzeń. W ostatniej fazie otrzymamy tzw. obwód otwarty. Charakteryzować się on będzie w dalszym ciągu częstotliwością rezonansową, większą niż na początku (ze względu na zmniejszenie pojemności kondensatora). Przy tej częstotliwości rezonansowej wypromieniowana ilość energii, doprowadzonej ze źródła, będzie największa. Częstotliwość ta jest unkcją wymiarów fizycznych anteny oraz sposobu jej zasilania (rys. 6).
Rys. 5. Przekształcenie zamkniętego obwodu rezonansowego w antcnc nadawczą Rys. 6. Porównanie anten Radiostacji Centralnej PR: a) stara antena ćwierćfalowa (Raszyn); b) nowa pólfalowa (Gąbin). Przy różnych wymiarach promieniują falę o tej samej długości różnica wysokości jest związana ze sposobem zasilania. Istnieje wiele typów anten. Najważniejszy podział obejmuje anteny linearne i aperturowe. Anteny linearne mają postać przewodu (bądź układu przewodów) o długości znacznie większej od wymiarów poprzecznych. Przykładem takiej anteny jest zarówno maszt Radiostacji Centralnej, jak i antena teleskopowa radiotelefonu Trop. Do tej grupy zaliczamy także np. anteny dipolowe czy prętowe. W przypadku anten aperturowych wy promieniowanie fali następuje z powierzchni, która może mieć rozmaity kształt, np. paraboliczny w antenach parabolicznych. Istotnym parametrem określającym antenę jest charakterystyka promieniowania. W zależności od potrzeb antena może być przystosowana do emitowania fali elektromagnetycznej z jednakową mocą we wszystkich kierunkach (w określonej płaszczyźnie). W tym przypadku mówimy o charakterystyce dookól-nej anteny. Charakterystykę taką mają niemal wszystkie anteny nadawcze radiofoniczne. Niekiedy istnieje potrzeba wyemitowania energii w ściśle określonym kierunku. Służą do tego anteny kierunkowe (rys. 7). W przypadku anten linearnych uzyskanie dużej kierunkowości wymaga znacznej rozbudowy anteny. Mówimy wtedy raczej o zespole anten. Na charakterystykę kierunkową anteny ma ponadto wpływ jej usytuowanie względem powierzchni Ziemi. Rys. 7. Charakterystyki kierunkowe w płaszczyźnie pionowej anteny ćwierć i pólfalowej pionowej (a) w płaszczyźnie poziomej dipola o różnych stosunkach długości l do długości fali (b) oraz charakterystyka anteny kierunkowej (c) w płaszczyźnie poziomej
3. Zasady nadawania sygnału radiofonicznego Foniczny sygnał informacyjny (mowa lub muzyka) jest przekształcany na odpowiedni prądowy sygnał mikrofonowy małej częstotliwości (m.cz.) i przesyłany do irządzenia nadawczego. W urządzeniu tym następuje wzmocnienie tego sygnału, 3 czym moduluje on amplitudowo (AM) lub częstotliwościowo (FM) falę nośną nadajnika. Dzięki temu sygnał m.cz. jest przeniesiony do innego zakresu częstotliwości, dogodnego do transmisji (zmodulowana fala nośna wysokiej częstotliwości - w.cz. nadajnika). Sygnał zmodulowany w.cz. jest następnie wzmacniany i promieniowany w postaci fali elektromagnetycznej przez nadawczą antenę radiową. 3.1. Struktura informacji w radiofonii sygnał m.cz. Źródłem sygnałów informacyjnych w radiofonii są audycje słowno-muzyczne. Sygnały te są określane przez dwa parametry: zakres częstotliwości sygnału fonicznego i jego dynamikę. Całkowite, wierne odtworzenie mowy ludzkiej wymaga przesyłania sygnałów o częstotliwości od 1 do 8 Hz i o dynamice około 4 db. Odtworzenie muzyki wymaga zakresu częstotliwości od 4 do 15 Hz i dynamiki około 7 db. Na wierność i jakość odtwarzania mowy i muzyki mają wpływ niedoskonałości urządzeń nadawczoodbiorczych (nadajniki, odbiorniki, urządzenia zapisu i odczytu), wynikające z ograniczonego pasma przenoszenia i dynamiki. W radiofonii sygnały foniczne m.cz. są nadawane w postaci odpowiadających im elektrycznych sygnałów mikrofonowych o małej częstotliwości z zakresu od 2 Hz do 2 khz. Można wyróżnić trzy sposoby przesyłania sygnałów fonicznych (dźwięków): monofoniczny, stereofoniczny, kwadrofoniczny. W systemie monofonicznym przesyła się tylko jeden sygnał mikrofonowy m.cz. zawierający informacje o zakresie częstotliwości i dynamice. W systemach stereofonicznych i kwadrofonicznych dodatkowo przesyła się informacje o kierunku pochodzenia dźwięku. Aby uzyskać tę informację, w systemie stereofonicznym stosuje się przesyłanie dwóch niezależnych sygnałów mikrofonowych, z dwóch mikrofonów odpowiednio ustawionych do źródła dźwięku. Pozwala to na uzyskanie dodatkowych specjalnych wrażeń dźwiękowych, np. wrażenie sali koncertowej, w której oprócz orkiestry słyszy się szum sali, dźwięki odbite od ścian, obecność słuchaczy itp. Opisane wyżej systemy nadawania sygnałów fonicznych ilustruje w sposób uproszczony rys. 5. Sygnały mikrofonowe m.cz. ze studia lub wozu transmisyjnego przesyła się do nadajnika radiowego drogą przewodową lub radiową linią transmisyjną. Rys. 5. Rozstawianie mikrofonów w systemach: a) monofonicznym, b) stereofonicznym, d) kwadrofonicznym
3.2. Sygnały wysokiej częstotliwości w radiofonii monofonicznej AM/FM Sygnałem wysokiej częstotliwości w radiofonii nazywa się sygnał nośny nadajnika o ustalonej mocy i częstotliwości, który jest modulowany sygnałem mikrofonowym m.cz. Modulacja odbywa się w nadajniku radiowym i ma na celu: - częstotliwościowe rozdzielenie kanałów (stacji) radiowych. Sygnały radiowe m.cz. wszystkich stacji radiowych mają ten sam zakres częstotliwości akustycznych. W procesie modulacji widmo sygnałów m.cz. jest przenoszone w inny zakres częstotliwości, skupiony wokół fali nośnej danej stacji. Umożliwia to jednoczesną pracę wszystkich stacji bez wzajemnych zakłóceń oraz selektywny wybór stacji radiowej, - ułatwienie emisji radiowej. Sygnały radiowe mogą być skutecznie emitowane tylko wtedy, gdy długość fali emitowanej jest porównywalna z wymiarami elementu promieniującego anteny nadawczej. Warunek ten może więc być spełniony, jeśli fala promieniowana ma wysoką częstotliwość, a tym samym małą długość. Sygnały m.cz. z zakresu do 2 khz odpowiadają falom o długościach tak dużych, że anteny do ich promieniowania musiałyby mieć absurdalnie duże wymiary. Na przykład długość fali odpowiadająca częstotliwości 2 khz wynosi: c f 3[ km s 1 2[ s ] 1 ] 15km. - zmniejszenie względnej szerokości pasma kanału radiowego, co ułatwia w odbiorniku odbiór danej stacji radiowej przy użyciu łatwo realizowanych filtrów częstotliwościowych. W radiofonii monofonicznej stosuje się dwa rodzaje modulacji: amplitudową i częstotliwościową. W zakresie fal długich, średnich i krótkich, czyli w radiofonii AM stosuje się modulację amplitudową oznaczoną jako AM (ang. Amplitude Modulation). Modulacja amplitudy polega na tym, że w takt zmian amplitudy sygnału modulującego (sygnał mikrofonowy m.cz.) zmienia się amplituda fali nośnej w.cz. (sygnał nośny nadajnika), przy czym częstotliwość sygnału nośnego nie ulega zmianie. Ogólnie mówiąc, informacja przekazywana do odbiornika (dźwięk) jest zakodowana w zmianach amplitudy sygnału nośnego w.cz. nadajnika radiowego. Na rys. 6 przedstawiono ogólną ideę modulacji AM oraz przebiegi występujące w procesie modulacji. a) sygnał modulujący m.cz. (informacja) o przebiegu sinusoidalnym (tzw. fala modulująca) U1t Um cos t, gdzie: U m maksymalna amplituda sygnału modulującego, Ω = 2πf pulsacja sygnału modulującego; b) sygnał nośny w.cz. nadajnika radiowego, tzw. fala nośna w.cz. o przebiegu sinusoidalnym U2t U cos t, gdzie: U amplituda fali nośnej bez modulacji, ω = 2πf pulsacja fali nośnej, przy czym f częstotliwość fali nośnej; c) sygnał nośny w.cz. zmodulowany amplitudowo na wyjściu modulatora AM w nadajniku radiowym: U wy t U mcos t cos. 1 t
Rys. 6. Przebiegi i schemat ideowy modulacji AM Dla uproszczenia zagadnienia przyjęto, że sygnał nośny w.cz. jest modulowany sygnałem m.cz. o przebiegu sinusoidalnym. W rzeczywistości sygnał ten ma kształt zależny od rodzaju dźwięku, a jego amplituda zależy od natężenia tego dźwięku. Po rozwinięciu wzoru: U wy t U 1 m cos t t cos otrzymuje się następujące składniki sygnału zmodulowanego: U m U m U wy cos 2 2 gdzie: U cos t - fala nośna w.cz. nie zawierająca informacji, U m cos t - lewa wstęga boczna z informacją (LSB), 2 U m cos t - prawa wstęga boczna z informacją (USB). 2 t U cos t cos t Współczynnik m, występujący w powyższym wzorze, jest nazywany współczynnikiem głębokości modulacji amplitudy i jest określony wzorem: U m m. Widmo sygnału zmodulowanego AM dla jednej częstotliwości modulującej f przedstawiono na rys. 7. U t 2 Rys. 7. Widmo sygnału zmodulowanego amplitudowo dla jednej częstotliwości sygnału modulującego Jak widać na rysunku 7, widmo sygnału zmodulowanego zawiera falę nośną bez informacji w postaci prążka widma o częstotliwości f oraz dwa prążki boczne, zawierające tę samą informację o sygnale modulującym: lewy prążek boczny o częstotliwości f - f, odległy od fali nośnej o wartość częstotliwości sygnału modulującego f i prawy prążek boczny o częstotliwości f + f, odległy od fali nośnej o tę samą wartość. Ponieważ w radiofonii monofonicznej AM stosuje się dwuwstęgową modulację amplitudową z pełną falą nośną, co oznacza, że do odbiornika nadaje się falę nośną i wszystkie częstotliwości skupione po obu jej stronach, więc szerokość pasma kanału radiofonicznego AM musi być równa podwójnej wartości maksymalnej częstotliwości modulującej f max : B 2 f max, gdzie: B - szerokość pasma częstotliwości kanału radiofonicznego AM [Hz], f max - maksymalna częstotliwość modulująca [Hz].
W przypadku nadawania do odbiornika pełnego pasma akustycznego, dla którego f max = 2 khz, pasmo kanału radiofonicznego AM musiałoby mieć szerokość B = 2 f max = 4 khz. W rzeczywistości, ze względu na ograniczoną pojemność kanałów radiowych zakresu AM, szerokość pasma kanału radiowego AM ogranicza się do 9 khz. Takie ograniczenie pasma kanału radiofonicznego AM powoduje, że po demodulacji AM w odbiorniku otrzymuje się sygnały foniczne ograniczone w paśmie do 4,5 khz (f max = B : 2 = 9 khz : 2 = 4,5 khz), które pozwalają na dobre odtwarzanie audycji informacyjnych (mowy), natomiast audycje muzyczne są odtwarzane z gorszą jakością, gdyż ograniczenie częstotliwości sygnałów fonicznych do 4,5 khz powoduje utratę tonów wysokich typowych dla tego rodzaju audycji. Mimo opisanej wady modulacji AM, jest ona powszechnie stosowana i cechuje się prostotą urządzeń nadawczo-odbiorczych. W celu zapewnienia dużej jakości przenoszenia dźwięku, w radiofonii stosuje się systemy nadawczo-odbiorcze z modulacją częstotliwości. Jest to tzw. radiofonia FM. Modulację FM (ang. Frequency Modulation) stosuje się w zakresie fal ultrakrótkich, czyli w zakresie UKF. Modulacja częstotliwości polega na tym, że w takt zmian amplitudy sygnału modulującego m.cz. zmienia się chwilowa częstotliwość fali nośnej, a jej amplituda pozostaje stała. Informacja o sygnale modulującym jest zawarta w zmianach częstotliwości sygnału nośnego w.cz. Ideę modulacji FM przedstawiono na rys. 8. Jak widać na rysunku 8, częstotliwość spoczynkowa f sygnału nośnego w.cz. zmienia się pod wpływem zmian amplitudy sygnału modulującego o pewną wartość Δf, zwaną dewiacją częstotliwości. Wynika stąd, że informacja jest zakodowana w zmianach częstotliwości sygnału zmodulowanego. Wymaga się, aby zmiany częstotliwości fali nośnej zależały liniowo od zmian amplitudy sygnału modulującego, czyli Δf = k U m, gdzie k jest współczynnikiem stałym, zależnym od konstrukcji modulatora FM. Chwilowa częstotliwość sygnału zmodulowanego (w czasie modulacji) wynosi: f f f f k Um. Jeśli sygnał modulujący nie występuje, to na wyjściu modulatora FM pojawia się sygnał nośny o częstotliwości spoczynkowej f, gdyż wówczas Δf = oraz f f f f f. Teoretyczna charakterystyka robocza modulatora FM powinna mieć kształt, jak na rysunku 9. a) sygnał modulujący m.cz. (informacja) o przebiegu sinusoidalnym (tzw. fala modulująca) U1t Um sin t, gdzie: U m maksymalna amplituda sygnału modulującego, Ω = 2πf pulsacja sygnału modulującego; b) sygnał nośny w.cz. nadajnika radiowego, tzw. fala nośna w.cz. o przebiegu sinusoidalnym U 2 t U sin t, i pulsacji podstawowej (spoczynkowej) ω = 2πf pulsacja fali nośnej, gdzie f oznacza częstotliwość spoczynkową fali nośnej; c) sygnał nośny w.cz. zmodulowany częstotliwościowo na wyjściu modulatora FM w nadajniku radiowym: U wy f t U sin t sin t f Rys. 8. Przebiegi i schemat ideowy modulacji FM
Rys. 9. Charakterystyka Δf = f(u m ) modulatora FM Podobnie jak dla modulacji amplitudowej AM, sygnał w.cz. zmodulowany częstotliwościowe (FM) można przedstawić w postaci widma prążkowego (rys. 1). Jak widać na rysunku 1, widmo sygnału zmodulowanego częstotliwościowe, oprócz prążka fali nośnej o częstotliwości spoczynkowej f, zawiera szereg prążków bocznych rozmieszczonych symetrycznie po obu stronach fali nośnej w odległościach równych krotnościom częstotliwości f. Zakładając, że modulator FM przenosi wszystkie prążki z informacją o amplitudzie większej niż 5% amplitudy niemodulowanej fali nośnej U, szerokość pasma sygnału zmodulowanego FM można określić jako: B 2f fmax, gdzie: Δf - dewiacja częstotliwości, f max - maksymalna częstotliwość sygnału modulujacegom.cz. Rys. 1. Widmo sygnału zmodulowanego częstotliwościowe dla jednej częstotliwości modulującej f 2 Ponieważ przy nadawaniu sygnałów radiofonicznych w zakresie UKF wartość dewiacji Δf jest znacznie większa od maksymalnej częstotliwości sygnału modulującego f max (Δf >f max ), więc praktyczne pasmo częstotliwości kanału radiofonicznego FM wynosi: B 2 Δf. Przy nadawaniu sygnałów w zakresie UKF ustalono następujące wartości dewiacji: - w standardzie OIRT: Δf maz = 5 khz. Wówczas przy f max =15 khz pasmo kanału monofonicznego FM: wynosi B = 2 65 khz =13 khz, - w standardzie CCIR: Δf maz =75 khz. Wówczas przy f max =15 khz pasmo kanału monofonicznego FM wynosi: B = 2 9 khz = 18 khz. Ogólnie przyjmuje się szerokość kanału radiowego FM równą 25 khz. Cechą modulacji FM jest duża wierność odtwarzania dźwięku oraz odporność sygnału zmodulowanego na szumy i zakłócenia występujące w czasie przesyłania sygnału. 3.3. Schemat blokowy i zasada działania nadajnika radiofonicznego Nadajnik radiofoniczny jest to zespół urządzeń do wytwarzania i emitowania, za pośrednictwem anteny nadawczej, energii elektromagnetycznej w postaci fal radiowych zmodulowanych amplitudowo lub częstotliwościowe sygnałem fonicznym (mikrofonowym) ze studia radiofonicznego. Układ elektryczny nadajnika tworzą takie urządzenia, jak: - generator fali nośnej w.cz., - powielacze częstotliwości, - modulatory amplitudowe lub częstotliwościowe, - wzmacniacze sygnałów m.cz. i sygnałów w.cz., - koder stereofoniczny (w nadajniku stereofonicznym UKF FM), - separatory, - układy wyjściowe, - antena nadawcza.
Oprócz wymienionych wyżej urządzeń służących do wytwarzania, wzmacniania i modulacji sygnałów elektrycznych, każdy nadajnik radiofoniczny zawiera również aparaturę, pomiarowo-kontrolną (tzw. a.p.k), która jego obsłudze umożliwia kontrolowanie (pomiary) i utrzymywanie wymaganych wartości parametrów nadajnika, takich jak np. częstotliwość fali nośnej, moc znamionowa, wartość dewiacji częstotliwości, głębokość modulacji AM. Uproszczony schemat blokowy nadajnika radiofonicznego (bez aparatury koń-trolnopomiarowej) przedstawiono na rys.11, a poniżej opisano zasadę jego działania. Rys. 11. Schemat blokowy nadajnika radiofonicznego Generator wzbudzający stabilizowany rezonatorem kwarcowym wytwarza falę nośną o ustalonej, stabilizowanej częstotliwości. Separator oddziela generator od nieliniowych powielaczy częstotliwości, które zwiększają częstotliwość fali nośnej do wartości przydzielonej dla nadajnika. Sygnał mikrofonowy m.cz. ze studia radiowego po wzmocnieniu we wzmacniaczu m.cz. do wymaganej wartości (amplitudy) jest podawany do modulatora AM lub FM, jeżeli audycja jest monofoniczna. Podczas nadawania audycji stereofonicznych lub kwadrofonicznych sygnały mikrofonowe przechodzą przez koder stereo lub kwadro, gdzie powstaje sygnał m.cz. stereofoniczny lub kwadro foniczny. Następnie sygnały te są podawane do modulatora FM. W układzie modulatora i wzmacniacza liniowego powstaje wzmocniony sygnał zmodulowany w.cz., który jest wzmacniany przez wzmacniacz mocy do poziomu mocy zgodnej z dopuszczalną mocą nadajnika. Wzmacniacz mocy jest sprzężony z anteną nadawczą układami wyjściowymi, których zadaniem jest dopasowanie impedancji wyjściowej wzmacniacza mocy do impedancji anteny nadawczej. Ułatwia to optymalne (bez strat), promieniowanie sygnału zmodulowanego nadajnika w postaci fali elektromagnetycznej, którą odbiera antena odbiornika radiofonicznego. 3.4. Modulatory i kodery W modulatorze zachodzi proces nakładania informacji użytecznej m.cz. na sygnał w.cz. Modulator ma dwa wejścia dla sygnału m.cz. i w.cz. oraz jedno wyjście, z którego jest odbierany zmodulowany sygnał w.cz. W zależność stosowanej techniki modulacji rozróżniamy m.in.: - modulatory dwuwstęgowe AM; - modulatory jednowstęgowe AM; - modulatory fazy PM; - modulatory częstotliwości FM. Parametry wspólne modulatorów to przede wszystkim: - moc sygnału m.cz. niezbędna do pełnego wymodulowania sygnału w.cz.; - sprawność modulatora określana przez stosunek mocy zmodulowa sygnału w.cz, do mocy sygnału m.cz.; - liniowość modulatora określająca np. liniowość charakterystyki m = f(u m ) lub ΔF = f(w m ); - poziom wprowadzanych zniekształceń tłumieniowych, harmoniczn szumów do informacji użytecznej, zawartej w zmodulowanym sygnale w.cz.