Transmissor - Transmitter

Transmissor de transmissão FM comercial na estação de rádio WDET-FM , Wayne State University, Detroit, EUA. Ele transmite a 101,9 MHz com uma potência irradiada de 48 kW .

Em eletrônica e telecomunicações, um transmissor de rádio ou simplesmente transmissor é um dispositivo eletrônico que produz ondas de rádio com uma antena . O próprio transmissor gera uma corrente alternada de radiofrequência , que é aplicada à antena . Quando excitada por esta corrente alternada, a antena irradia ondas de rádio.

Os transmissores são componentes necessários de todos os dispositivos eletrônicos que se comunicam por rádio , como estações de transmissão de rádio e televisão , telefones celulares , walkie-talkies , redes de computadores sem fio , dispositivos habilitados para Bluetooth , abridores de portas de garagem , rádios bidirecionais em aeronaves, navios, espaçonaves, conjuntos de radar e faróis de navegação. O termo transmissor geralmente se limita a equipamentos que geram ondas de rádio para fins de comunicação ; ou radiolocalização , como radar e transmissores de navegação. Os geradores de ondas de rádio para fins industriais ou de aquecimento, como fornos de micro-ondas ou equipamentos de diatermia , geralmente não são chamados de transmissores, embora muitas vezes tenham circuitos semelhantes.

O termo é popularmente usado mais especificamente para se referir a um transmissor de transmissão , um transmissor usado em transmissão , como em transmissor de rádio FM ou transmissor de televisão . Esse uso normalmente inclui o transmissor adequado, a antena e, muitas vezes, o prédio em que está alojado.

Descrição

Um transmissor de rádio geralmente faz parte de um sistema de comunicação de rádio que usa ondas eletromagnéticas ( ondas de rádio ) para transportar informações (neste caso, som) à distância.

Um transmissor pode ser uma peça separada de equipamento eletrônico ou um circuito elétrico dentro de outro dispositivo eletrônico. Um transmissor e um receptor combinados em uma unidade são chamados de transceptor . O termo transmissor é freqüentemente abreviado como "XMTR" ou "TX" em documentos técnicos. O objetivo da maioria dos transmissores é a comunicação de informações por rádio à distância. As informações são fornecidas ao transmissor na forma de um sinal eletrônico, como um sinal de áudio (som) de um microfone, um sinal de vídeo (TV) de uma câmera de vídeo ou em dispositivos de rede sem fio , um sinal digital de um computador . O transmissor combina o sinal de informação a ser transportado com o sinal de radiofrequência que gera as ondas de rádio, que é chamado de sinal portador . Este processo é denominado modulação . As informações podem ser adicionadas à portadora de diversas maneiras, em diferentes tipos de transmissores. Em um transmissor de modulação de amplitude (AM), a informação é adicionada ao sinal de rádio variando sua amplitude . Em um transmissor de modulação de frequência (FM), ele é adicionado variando ligeiramente a frequência do sinal de rádio . Muitos outros tipos de modulação também são usados ​​...

O sinal de rádio do transmissor é aplicado à antena , que irradia a energia como ondas de rádio. A antena pode ser colocada dentro da caixa ou fixada na parte externa do transmissor, como em dispositivos portáteis como telefones celulares, walkie-talkies e abridores de portas de garagem . Em transmissores mais potentes, a antena pode estar localizada no topo de um prédio ou em uma torre separada e conectada ao transmissor por uma linha de alimentação , que é uma linha de transmissão .

Transmissores de rádio
35 kW, transmissor FM Continental 816R-5B, pertencente à estação de rádio FM americana KWNR, transmitindo em 95,5 MHz em Las Vegas
Transceptor de rádio amador moderno , o ICOM IC-746PRO. Ele pode transmitir nas bandas amadoras de 1,8 MHz a 144 MHz com uma potência de saída de 100 W
Um transceptor de rádio CB , um rádio bidirecional transmitindo em 27 MHz com uma potência de 4 W, que pode ser operado sem uma licença
Produtos de consumo que contêm transmissores
Um telefone celular tem vários transmissores: um transceptor de célula duplex, um modem Wi-Fi e um modem Bluetooth.
Tanto o monofone quanto a base de um telefone sem fio contêm transmissores de rádio de 2,4 GHz de baixa potência para se comunicarem entre si.
Um controle do controle remoto da porta da garagem contém um transmissor de 2,4 GHz de baixa potência que envia comandos codificados para o mecanismo da porta da garagem abrir ou fechar.
Um microfone sem fio é um microfone com um transmissor FM de baixa potência que transmite a voz do artista para um receptor próximo conectado ao sistema de som que amplifica o áudio.
Um laptop e um roteador sem fio doméstico (segundo plano) que o conecta à Internet, criando uma rede Wi-Fi doméstica. Ambos têm modems Wi-Fi , transmissores e receptores automáticos de microondas operando em 2,4 GHz que trocam pacotes de dados com o provedor de serviços de Internet (ISP).

Operação

Animação de uma antena dipolo de meia onda transmitindo ondas de rádio , mostrando as linhas do campo elétrico . A antena no centro são duas hastes de metal verticais, com uma corrente alternada aplicada em seu centro a partir de um transmissor de rádio (não mostrado) . A tensão carrega os dois lados da antena alternadamente positivo (+) e negativo (-) . Loops de campo elétrico (linhas pretas) deixam a antena e viajam na velocidade da luz ; essas são as ondas de rádio. Esta animação mostra que a ação ficou enormemente lenta

As ondas eletromagnéticas são irradiadas por cargas elétricas quando são aceleradas . As ondas de rádio , ondas eletromagnéticas de radiofrequência , são geradas por correntes elétricas que variam no tempo , consistindo em elétrons fluindo através de um condutor de metal chamado antena, que mudam sua velocidade e, portanto, aceleram. Uma corrente alternada fluindo para frente e para trás em uma antena criará um campo magnético oscilante ao redor do condutor. A tensão alternada também carregará as extremidades do condutor alternadamente positivas e negativas, criando um campo elétrico oscilante ao redor do condutor. Se a frequência das oscilações for alta o suficiente, na faixa de frequência de rádio acima de cerca de 20 kHz, os campos elétricos e magnéticos acoplados oscilantes se irradiarão da antena para o espaço como uma onda eletromagnética, uma onda de rádio.

Um transmissor de rádio é um circuito eletrônico que transforma a energia elétrica de uma fonte de energia, uma bateria ou rede elétrica, em uma corrente alternada de radiofrequência para ser aplicada à antena, e a antena irradia a energia dessa corrente como ondas de rádio. O transmissor também imprime informações como um sinal de áudio ou vídeo na corrente de freqüência de rádio a ser transportada pelas ondas de rádio. Quando atingem a antena de um receptor de rádio , as ondas estimulam correntes de radiofrequência semelhantes (mas menos potentes) nela. O receptor de rádio extrai as informações das ondas recebidas.

Componentes

Um transmissor de rádio prático consiste principalmente nas seguintes partes:

Muitos outros tipos de modulação também são usados. Em grandes transmissores, o oscilador e o modulador juntos costumam ser chamados de excitador .
  • Um amplificador de radiofrequência (RF) para aumentar a potência do sinal, para aumentar o alcance das ondas de rádio.
  • Um circuito de combinação de impedância ( sintonizador de antena ) para combinar a impedância do transmissor com a impedância da antena (ou a linha de transmissão para a antena), para transferir energia de forma eficiente para a antena. Se essas impedâncias não forem iguais, isso causa uma condição chamada ondas estacionárias , na qual a energia é refletida de volta da antena em direção ao transmissor, desperdiçando energia e às vezes superaquecendo o transmissor.

Em transmissores de frequência mais alta, na faixa de UHF e microondas , os osciladores de funcionamento livre são instáveis ​​na frequência de saída. Projetos mais antigos usavam um oscilador em uma frequência mais baixa, que era multiplicado por multiplicadores de frequência para obter um sinal na frequência desejada. Projetos modernos mais comumente usam um oscilador na frequência de operação que é estabilizado por bloqueio de fase para uma referência de frequência inferior muito estável, geralmente um oscilador de cristal.

Regulamento

Dois transmissores de rádio na mesma área que tentam transmitir na mesma frequência interferem um com o outro, causando uma recepção distorcida, de forma que nenhuma transmissão pode ser recebida com clareza. A interferência com as transmissões de rádio pode não apenas ter um grande custo econômico, mas pode ser fatal (por exemplo, no caso de interferência com comunicações de emergência ou controle de tráfego aéreo ).

Por esse motivo, na maioria dos países, o uso de transmissores é estritamente controlado por lei. Os transmissores devem ser licenciados por governos, sob uma variedade de classes de licença dependendo do uso, como transmissão , rádio marítimo , banda aérea , amador e são restritos a certas frequências e níveis de potência. Um órgão denominado International Telecommunication Union (ITU) aloca as bandas de frequência do espectro de rádio para várias classes de usuários. Em algumas classes, cada transmissor recebe um indicativo de chamada exclusivo que consiste em uma sequência de letras e números que deve ser usado como um identificador nas transmissões. O operador do transmissor geralmente deve possuir uma licença governamental, como uma licença geral de operador de radiotelefonia , que é obtida por meio da aprovação em um teste que demonstra conhecimento técnico e legal adequado da operação segura do rádio.

Excepções aos regulamentos acima permitem o uso sem licença de baixa potência transmissores de curto alcance em produtos de consumo, tais como telefones celulares , telefones sem fio , microfones sem fio , walkie-talkies , Wi-Fi e Bluetooth dispositivos, abridores de portas de garagem , e os monitores do bebê . Nos EUA, eles se enquadram na Parte 15 dos regulamentos da Federal Communications Commission (FCC). Embora possam ser operados sem licença, esses dispositivos geralmente ainda devem ser homologados antes da venda.

História

Hertz descobrindo as ondas de rádio em 1887 com seu primeiro transmissor de rádio primitivo (fundo).

Os primeiros transmissores de rádio primitivos (chamados de transmissores de abertura de faísca ) foram construídos pelo físico alemão Heinrich Hertz em 1887 durante suas investigações pioneiras sobre ondas de rádio. Essas ondas de rádio geradas por uma faísca de alta voltagem entre dois condutores. A partir de 1895, Guglielmo Marconi desenvolveu os primeiros sistemas de comunicação de rádio práticos usando esses transmissores, e o rádio começou a ser usado comercialmente por volta de 1900. Os transmissores de faísca não podiam transmitir áudio (som) e, em vez disso, transmitiam informações por radiotelegrafia , o operador pressionava uma tecla do telégrafo que ligava e desligava o transmissor para produzir pulsos de ondas de rádio soletrando mensagens de texto em código Morse . No receptor, esses pulsos eram audíveis como "bipes" no alto-falante do receptor e traduzidos de volta para texto por um operador que conhecia o código Morse. Esses transmissores de centelha foram usados ​​durante as três primeiras décadas do rádio (1887-1917), chamada de telegrafia sem fio ou era da "centelha". Como geravam ondas amortecidas , os transmissores de faísca eram eletricamente "barulhentos". Sua energia foi espalhada por uma ampla faixa de frequências , criando ruído de rádio que interferiu com outros transmissores. Emissões de ondas amortecidas foram proibidas pela lei internacional em 1934.

Duas tecnologias de transmissor concorrentes de curta duração entraram em uso após a virada do século, que foram os primeiros transmissores de onda contínua : o conversor de arco ( arco de Poulsen ) em 1904 e o alternador Alexanderson por volta de 1910, que foram usados ​​na década de 1920.

Todas essas tecnologias iniciais foram substituídas por transmissores de tubo de vácuo na década de 1920, que usavam o oscilador de feedback inventado por Edwin Armstrong e Alexander Meissner por volta de 1912, baseado no tubo de vácuo Audion ( triodo ) inventado por Lee De Forest em 1906. Os transmissores de tubo de vácuo eram ondas contínuas produzidas e baratas e poderiam ser facilmente moduladas para transmitir áudio (som) usando a modulação de amplitude (AM). Isso tornou possível a transmissão de rádio AM , que começou por volta de 1920. A transmissão prática de modulação de frequência (FM) foi inventada por Edwin Armstrong em 1933, que mostrou ser menos vulnerável a ruído e estática do que AM. A primeira estação de rádio FM foi licenciada em 1937. A transmissão experimental da televisão vinha sendo conduzida por estações de rádio desde o final da década de 1920, mas a transmissão prática da televisão só começou no final da década de 1930. O desenvolvimento do radar durante a Segunda Guerra Mundial motivou a evolução dos transmissores de alta frequência nas faixas de UHF e microondas , usando novos dispositivos ativos como magnetron , clístron e tubo de ondas viajantes .

A invenção do transistor permitiu o desenvolvimento, na década de 1960, de pequenos transmissores portáteis, como microfones sem fio , abridores de portas de garagem e walkie-talkies . O desenvolvimento do circuito integrado (IC) na década de 1970 possibilitou a atual proliferação de dispositivos sem fio , como telefones celulares e redes Wi-Fi , em que transmissores e receptores digitais integrados ( modems sem fio ) em dispositivos portáteis operam automaticamente, no fundo, para trocar dados com redes sem fio .

A necessidade de conservar a largura de banda no espectro de rádio cada vez mais congestionado está impulsionando o desenvolvimento de novos tipos de transmissores, como espalhamento de espectro , sistemas de rádio troncalizados e rádio cognitivo . Uma tendência relacionada tem sido uma transição contínua dos métodos de transmissão de rádio analógico para digital . A modulação digital pode ter maior eficiência espectral do que a modulação analógica ; ou seja, muitas vezes pode transmitir mais informações ( taxa de dados ) em uma determinada largura de banda do que analógico, usando algoritmos de compressão de dados . Outras vantagens da transmissão digital são o aumento da imunidade a ruído e maior flexibilidade e poder de processamento dos circuitos integrados de processamento de sinal digital .

Veja também

Referências

links externos