Исследование характеристик работы самодельного радиопередатчика на ЧМ-диапазон

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ
Несмотря на то, что в современном мире так стремительно возрастает роль телевидения, Интернета, иных компьютерных технологий, радиовещание остается неотъемлемой частью информирования и развлечения. Радио может быть инструментом эстетического и этического конструирования личности в целом.
ЦЕЛЬ
Определить в теории или на практике выходные параметры самодельного радиопередающего устройства: диапазон частот, на которых он будет работать, ток потребления, выходную мощность и дальность стабильной передачи.
ЗАДАЧИ:
Изучить принципиальную схему устройства и соответствующий теоретический материал.
Спаять устройство.
Провести практическое исследование на определение выходных характеристик устройства.
Сделать анализ результатов и предложить свои возможные модификации для устройства.
Отдельно доказать или опровергнуть поставленную в начале работы гипотезу.

МЕТОДЫ
Мы предполагаем, что собранный нами радиопередатчик сможет в городских условиях добиться максимальной дальности передачи в 350 метров, которую экспериментально установил в среднепересечённой местности (открытое поле) автор устройства.
ГИПОТЕЗА
Описание работы принципиальной схемы устройства.
Подбор теоретического материала.
Логические рассуждения.
Эксперимент.

ИСТОРИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ РАДИО
Слово “радио” в переводе с латинского “radiare” означает “излучать, испускать лучи”. Основой радио являются электромагнитные волны. Человечество догадалось об их существовании лишь в конце XVII века – и то смутно. Потребовалось еще два столетия, чтобы английский ученый Майкл Фарадей в конце 1830-х годов, наконец, уверенно заявил об обнаружении электромагнитных волн.

ПЕРВООТКРЫВАТЕЛИ РАДИО
В Германии первооткрывателем способов передачи и приема электромагнитных волн считают Генриха Герца. Он сделал это в 1888 году. Кстати, сами волны длительное время назывались “волнами Герца”.
В США уверены, что заслуга изобретения радио принадлежит Николе Тесле, запатентовавшему в 1893 году передатчик, а в 1895-м – приемник.
И все же большинство стран считает создателем первой успешной системы обмена информацией с помощью радиоволн (радиотелеграфии) итальянского инженера Гульельмо Маркони. Он добился этого в 1895 году.

РАДИО В РОССИИ
7 мая 1895 года Александр Степанович Попов выступил на заседании Русского физико-химического общества в Санкт-Петербурге с лекцией «Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям», на которой продемонстрировал прибор, который был предназначен для улавливания атмосферных электромагнитных волн, и назвал его «грозоотметчик». В дальнейшем он был модернизирован и использован в беспроводной телеграфии.
Устройство Попова отличалось чувствительностью и надежностью. В первых опытах по радиосвязи приемник обнаруживал излучение радиосигналов на расстоянии до 60 м.

В апреле 1896 года Попов, используя вибратор Герца (передатчик) и приемник собственной конструкции, передал на расстояние 250 м радиограмму: «Генрих Герц». Таким образом, можно считать, что именно Попов первым сумел продемонстрировать возможность передавать радиосигнал, который нес в себе определенную информацию.

ПРИНЦИП РАБОТЫ САМОДЕЛЬНОГО РАДИОПЕРЕДАЮШЕГО УСТРОЙСТВА

ФОРМУЛА ВИЛЕРА

ФОРМУЛА ТОМСОНА

Выходную мощность передатчика мы померили по формуле:
Pвых = Uпит Iпотр ;
Pвых – выходная мощность
Uпит – напряжение питания (9 В)
Iпотр – ток потребления (26.7 мА),
Мы вычислили потребляемую мощность, которая составила ≈ 100 мВт.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ДАЛЬНОСТЬ ПЕРЕДАЧИ

ВЫВОД ПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ЧАСТИ
Мы определили все нужны нам выходные параметры радиопередатчика. В условиях города 200 м - это достаточно хорошая дальность передачи, ведь ультракороткие волны (УКВ), на которых вещает передатчик, частично поглощаются железобетонными конструкциями зданий. Человек с приёмником находился в прямой видимости относительно антенны передатчика без учёта деревьев, стоящих на пути сигнала.

ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ГИПОТЕЗЫ
Наша гипотеза подтвердилась лишь отчасти, так как сигнал с нашего передатчика смогли услышать на расстоянии около 330 метров только благодаря свойству УКВ хорошо отражаться от домов и ионосферы (облаков). Сигнал был слабый, с большим количеством шумов, но слова/музыка были разборчивы.

ВОЗМОЖНОЕ ПРОДОЛЖЕНИЕ ПРОЕКТА
Конструкцию устройства можно будет доработать:
улучшив антенну (штырь, диполь) для километра - полтора устойчивой передачи;
поставив кварцевую стабилизацию в контур для стабильной работы блока генерации радиосигнала, который отвечает за частотный диапазон работы;
отдельно собрав частотомер с индикатором для намного точной настройки контуров в резонанс (добиться можно будет из него максимум мощности и, соответственно, дальности передачи);
для прямой передачи музыки можно будет припаять параллельно микрофону через кнопку (ключ) аудиовход-джек для подключения напрямую плеера или телефона. Можно будет переключать кнопкой передачу с микрофона на джек, и обратно.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ
1. Использование результатов в учебном процессе на уроках физики и в радиолюбительских кружках.
2. Выступление перед учащимися и участниками конференции в научных и просветительских целях.
3. Конкретные рекомендации по выбору первых схем для начинающего радиолюбителя.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
«Проблемы современного радиовещания» / Д. Ш. Абдулина. // Молодой ученый. — 2017. — № 13 (147). — С. 718-721.
https://rostec.ru/news/4516466/ История радио
https://cxem.net/radiomic/radiomic87.php Радиопередатчик на ЧМ-диапазон (88-108 МГц)
https://vpayaem.ru/inf_genLC.html Генераторы: ёмкостная трёхточка, индуктивная трёхточка, а также LC-генераторы на транзисторах, работающих в барьерном режиме. Принципиальные схемы, онлайн калькуляторы для расчёта элементов генераторов.
https://coil32.ru/man/onelayer-inductor.html Расчёт индуктивности однослойной катушки.
https://coil32.ru/man/lcr.html Расчёт колебательного контура.

ВЫРАЖАЮ ОТДЕЛЬНУЮ БЛАГОДАРНОСТЬ МОЕМУ БОЛЬШОМУ ДРУГУ И ТОВАРИЩУ
РАДИОЛЮБИТЕЛЮ II КАТЕГОРИИ ИЛЬЕ ЧЕКАЛДИНУ
R3KIS