ΕΝΟΤΗΤΑ 5 5.0 ΡΑΔΙΟΦΩΝΙΑ

ΕΝΟΤΗΤΑ 5 5.0 ΡΑΔΙΟΦΩΝΙΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η ανάγκη των ανθρώπων για ασύρματη επικοινωνία από απόσταση έδωσε το έναυσμα στους επιστήμονες της εποχής, πριν περίπου 116 χρόνια, να ασχοληθούν περαιτέρω με την εξέλιξη του μέχρι τότε τηλέγραφου. Πατέρας του ραδιοφώνου θεωρείται ο Γουλιέλμος Μαρκόνι ο οποίος κατάφερε την μετάδοση σημάτων Μορς μέσω ερτζιανών σημάτων σε απόσταση 3 χιλιομέτρων. Όμως την έννοια των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, όπου στηρίζεται η λειτουργία του ραδιοφώνου, την ανακάλυψε ο Μάξγουελ το 1865 με συνεχιστή του τον Χερτζ (1886-89) ο οποίος κατάφερε να αποδείξει ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μπορούν να ανακλαστούν, να υποστούν συμβολή αλλά και πόλωση όπως και τα φωτεινά κύματα. Ο πρώτος που βγήκε στον αέρα του ραδιοφώνου ήταν ο Frank Conrad στην Αμερική, ο οποίος με αυτή του την κίνηση απέκτησε φανατικό ραδιοφωνικό κοινό. Η εκπομπή του αργότερα αγοράστηκε από μία εταιρία για να δημιουργηθεί τελικά ο ραδιοφωνικός σταθμός K.D.K.A. που εκπέμπει μέχρι και σήμερα. Κάπου στο 1926 ξεκινά η πώληση ενός φθηνού και εύχρηστου ραδιοφωνικού δέκτη προκαλώντας ραγδαία αύξηση των ακροατών. Το ραδιόφωνο έτσι λοιπόν εξαπλώθηκε τόσο στην Αμερική όσο και στην Ευρώπη. Δεν υπάρχει σήμερα άνθρωπος που να μην ακούει ραδιόφωνο. Περιστρέφοντας ένα κουμπί επιλογής σταθμών στο ραδιόφωνο, μπορείτε να επιλέξετε και να ακούσετε διάφορους σταθμούς. Μπορείτε να ακούσετε μουσική, ειδήσεις και άλλα προγράμματα. Μπορείτε να ψυχαγωγηθείτε ή να ενημερωθείτε και όλα με μεγάλη ευκολία και με υψηλή πιστότητα, ως να βρίσκεστε μπροστά σε μια ορχήστρα ή ως να είστε απέναντι από τον εκφωνητή και ας είναι ο πομπός και

δέκτης χιλιόμετρα μακριά ο ένας από τον άλλο. Πώς όμως έχουμε φτάσει στη σημερινή κατάσταση πραγμάτων. Για να φτάσουμε στη σημερινή τεχνολογία της ραδιοφωνίας, έχουν εργαστεί πολλοί επιστήμονες και ο κάθε ένας έχει συνεισφέρει με το δικό του τρόπο, για να κτιστεί το σημερινό οικοδόμημα της ραδιοφωνίας. Πιο κάτω θα αναφερθούν οι βασικοί σταθμοί της εξέλιξης της ραδιοφωνίας. Το 1865 ο άγγλος φυσικός James Maxwell ασχολήθηκε θεωρητικά με το φαινόμενο των Ηλεκτρομαγνητικών Κυμάτων. Δεν μπορούσε όμως να προβλέψει τη μετέπειτα χρήση των. Το 1888 ο γερμανός φυσικός Heinrich Hertz μπόρεσε πειραματικά να πραγματοποιήσει εκπομπή και λήψη Ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Επιβεβαίωσε επίσης ότι η ταχύτητα διάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων είναι η ταχύτητα του φωτός, δηλαδή 300 000 km/s. To 1897 ο ιταλός ερευνητής Guglielmo Marconi εκτέλεσε πειράματα ασύρματης μετάδοσης πληροφοριών με τη χρήση του κώδικα Morse. H τηλεγραφία έκανε τα πρώτα βήματά της. Τα πλοία γίνονται οι κυριότεροι χρήστες ασύρματης επικοινωνίας με τηλεγραφία. Το 1904 συμβαίνει μια επαναστατική εφεύρεση. Η εφεύρεση της ηλεκτρονικής λυχνίας κενού. Με την εφεύρεση της λυχνίας κενού αρχίζει η εξέλιξη των ηλεκτρονικών. Με τη χρήση της λυχνίας κατασκευάζονται ηλεκτρονικά κυκλώματα για την παραγωγή, ενίσχυση, ανόρθωση ηλεκτρικών σημάτων κτλ. Το 1906 πραγματοποιείται στην Αμερική η πρώτη εκπομπή φωνής. Το 1920 αρχίζει τη λειτουργία του ο πρώτος εμπορικός ραδιοσταθμός στην Pennsylvania (USA). Στα αμέσως επόμενα χρόνια λειτουργούν ραδιοσταθμοί και σε άλλες χώρες (Αγγλία, Γερμανία). Η μεγάλη ανάπτυξη της ραδιοφωνίας αρχίζει.

Αρχίζει επίσης η κατασκευή ραδιοφωνικών δεκτών σε μεγάλους αριθμούς. Στο σχήμα 5/1 απεικονίζονται ραδιοφωνικοί δέκτες παλαιότερης τεχνολογίας. Το 1948 εφευρέθηκε το τρανζίστορ στα εργαστήρια της BELL στην Αμερική. Αμέσως μετά κατασκευάζονται ραδιοφωνικοί δέκτες που λειτουργούν με μικρές μπαταρίες και χρησιμοποιούν τρανζίστορ στη θέση των ηλεκτρονικών λυχνιών. Οι ηλεκτρονικές λυχνίες αρχίζουν να εκτοπίζονται. Στη δεκαετία του 1960 κατασκευάζονται τα πρώτα ολοκληρωμένα κυκλώματα (Integrated Circuits-ICs). Η εξέλιξη και η βελτίωση των κυκλωμάτων της ραδιοφωνίας συνεχίστηκε και συνεχίζεται και έτσι φτάσαμε στη σημερινή κατάσταση της ραδιοφωνίας. Σχήμα 5/1: ραδιοφωνικοί δέκτες παλαιότερης τεχνολογίας

5.1 ΒΑΣΙΚΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΡΑΔΙΟΦΩΝΙΑΣ Η ραδιοφωνία περιλαμβάνει μια σειρά από τεχνολογικά μέσα, έτσι που η ομιλία και η μουσική να μπορούν να ακουστούν από ανθρώπους που βρίσκονται διασκορπισμένοι και σε μεγάλη απόσταση από τον πομπό εκπομπής. Η ραδιοφωνία είναι μια μονόδρομη επικοινωνία. Ο πομπός (ραδιοφωνικός πομπός) στέλνει και ο δέκτης (ραδιοφωνικός δέκτης) δέχεται μόνο. Στο σχήμα 5/2 απεικονίζεται ένα απλοποιημένο λειτουργικό σύστημα της ραδιοφωνίας που περιλαμβάνει τις πιο κάτω διαδικασίες : Σχήμα 5/2: Απλοποιημένο λειτουργικό σύστημα ραδιοφωνίας Αρχικά τα ηχητικά κύματα της φωνής μετατρέπονται σε ηλεκτρικά σήματα με τη χρήση του μικροφώνου.

Τα ηλεκτρικά σήματα της φωνής έχουν χαμηλή συχνότητα, γι αυτό και μετατρέπονται σε ηλεκτρικά σήματα υψηλής συχνότητας, για να μπορεί να γίνει εκπομπή από την αντένα εκπομπής στη μορφή των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα ταξιδεύουν και ακολούθως συλλαμβάνονται από την αντένα λήψης. Τότε μετατρέπονται σε ηλεκτρικά σήματα υψηλής συχνότητας. Τα ηλεκτρικά σήματα υψηλής συχνότητας ξαναμετατρέπονται στο δέκτη σε σήματα χαμηλής συχνότητας. Τα ηλεκτρικά σήματα χαμηλής συχνότητας οδηγούνται σε ένα μεγάφωνο που αναπαράγει το ηχητικό κύμα της φωνής. 5.2 ΗΧΟΣ ΚΑΙ ΑΚΟΥΣΤΙΚΕΣ ΣΥΧΝΟΤΗΤΕΣ Θεωρητικά οι ακουστικές συχνότητες είναι οι συχνότητες μεταξύ των 16 Hz και 20 000 Hz (20 khz). Η μεγαλύτερη ευαισθησία του αυτιού είναι στα 3 500 Hz περίπου. Το ύψος του τόνου του ήχου αυξάνει με την αύξηση της συχνότητας ταλάντωσης. Τα ηχητικά κύματα μεταδίδονται στον αέρα με ταχύτητα 340 m/s. Ο άνθρωπος αντιλαμβάνεται την κατεύθυνση του ήχου, διότι έχει δύο αυτιά και έτσι, τα ηχητικά κύματα που φτάνουν στα δύο αυτιά έχουν διαφορά φάσης, ένεκα της διαφορετικής απόστασης από την πηγή του ήχου.

5.3 ΡΑΔΙΟΦΩΝΙΚΕΣ ΣΥΧΝΟΤΗΤΕΣ Στον πίνακα 5/1 παρουσιάζονται οι περιοχές των ραδιοφωνικών συχνοτήτων, καθώς και τα αντίστοιχα μήκη κύματος. Ως είναι γνωστό, για τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα ισχύει η σχέση : C = f. λ C = η ταχύτητα του φωτός = 300 000 km/s f = η συχνότητα σε Hz λ = το μήκος κύματος Πίνακας 5/1 : Συχνότητες ραδιοκυμάτων Κώδικας Ονομασία Μήκος κύματος Συχνότητα LW Μακρά 1050-2000 m 150-285 khz MW Μεσαία 187-571 m 525-1605 khz KW Βραχέα 11,5-50 m 6 MHz - 26 MHz UKW Υπερ-βραχέα 2,7-3,4 m 87,5-108 MHz 5.4 ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ

Το ηλεκτρικό σήμα της φωνής διαμορφώνει στον πομπό μια υψηλή συχνότητα που βρίσκεται σε μια από τις περιοχές των LW, MW, KW ή UKW κυμάτων. Η διαμόρφωση που υφίσταται η υψηλή συχνότητα είναι AM (Amplitude Modulation) ή FM (Frequency Modulation). Κατά τη διαμόρφωση ΑΜ, το πλάτος της υψηλής ταλάντωσης ακολουθεί τις διακυμάνσεις του σήματος της πληροφορίας και η συχνότητά της παραμένει σταθερή (σχήμα 5/3). Κατά τη διαμόρφωση FM, η συχνότητα υψηλής ταλάντωσης ακολουθεί τις διακυμάνσεις του σήματος της πληροφορίας και το πλάτος της παραμένει σταθερό (σχήμα 5/4). Σχήμα 5/3 : Διαμόρφωση ΑΜ

Σχήμα 5/4 : Διαμόρφωση FM Η διαμόρφωση ΑΜ χρησιμοποιείται στις περιοχές συχνοτήτων LW, MW και KW. Η διαμόρφωση FM χρησιμοποιείται στη περιοχή UKW. 5.5 ΔΙΑΔΟΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ Ένα μέρος των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων που εκπέμπονται από την κεραία εκπομπής κινείται στην επιφάνεια της γης. Αυτά τα κύματα ονομάζονται επιφανειακά. Το υπόλοιπο μέρος διαδίδεται στο χώρο πάνω από την επιφάνεια της γης, σχήμα 5/5.

Σχήμα 5/5 : Διάδοση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων Η απόσταση διάδοσης των επιφανειακών ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων ελαττώνεται με την αύξηση της συχνότητας. Έτσι, τα επιφανειακά κύματα της περιοχής LW μπορούν να φτάσουν σε απόσταση 1000 km, τα κύματα της περιοχής των MW μπορούν να φτάσουν σε απόσταση 300 km και τα επιφανειακά κύματα της περιοχής των KW μπορούν να φτάσουν σε απόσταση 100 km. Διαφορετική είναι η συμπεριφορά των ίδιων κυμάτων στο χώρο. Τα LW υφίστανται πολύ μεγάλη απόσβεση στο χώρο, τα MW μεγάλη, τα KW μικρή και τα UKW πολύ μικρή. Τα ΜW και τα ΚW ανακλώνται στην ιονόσφαιρα και επιστρέφουν στη γη. Τα KW μπορούν να φτάσουν μετά από ανάκλαση σε μεγάλη απόσταση, (σχήμα 5/6). Σχήμα 5/6 : Ανάκλαση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα των περιοχών UKW, όπως και αυτά της τηλεόρασης των περιοχών VHF και UHF, διαδίδονται ευθύγραμμα. Γι αυτό

και η καλύτερη λήψη, είναι όταν πομπός και δέκτης βρίσκονται σε οπτική επαφή. Στον πίνακα 5/2 παρουσιάζονται οι πιο πάνω ιδιότητες των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων για τις διάφορες περιοχές που χρησιμοποιούνται στη ραδιοφωνία. Πίνακας 5/2 : Διάδοση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων ΠΕΡΙΟΧΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΚΥΜΑΤΑ ΚΥΜΑΤΑ ΧΩΡΟΥ Απόσβεση Απόσταση Απόσβεση Ανάκλαση LW μικρή 1000 km πολύ ολοκληρωτική μεγάλη ΜW μεγάλη 300 km μεγάλη πολύ μεγάλη KW πολύ μεγάλη 100 km μικρή μεγάλη UKW UHF VHF Ολοκληρωτική 0 km πολύ μικρή μικρή 5.6 ΜΙΚΡΟΦΩΝΑ - ΜΕΓΑΦΩΝΑ Τα μικρόφωνα μετατρέπουν τη φωνή σε ηλεκτρικό σήμα. Υπάρχουν αρκετοί τύποι μικροφώνων που χρησιμοποιούν διάφορες τεχνολογίες, για να μετατρέψουν τα ηχητικά κύματα σε ηλεκτρικά, όπως : Άνθρακος Δυναμικά Πυκνωτή κτλ.

Βασικά χαρακτηριστικά τους είναι : Η ηλεκτρική αντίσταση Η ευαισθησία Η απόκριση συχνοτήτων Στο σχήμα 5/7 απεικονίζονται διάφορα μικρόφωνα. Τα μεγάφωνα μετατρέπουν το ηλεκτρικό σήμα της φωνής σε ηχητικά κύματα. Τα πλέον συνηθισμένα ηχεία είναι τα δυναμικά μετακινούμενου πηνίου, του οποίου υπάρχουν δύο τύποι: Μόνιμου μαγνήτη Ηλεκτροδυναμικά Στο σχήμα 5/8 απεικονίζονται δύο ηχεία και στο σχήμα 5/8 απεικονίζεται η κατασκευή του δυναμικού ηχείου. Σχήμα 5/7 : Μικρόφωνα

Σχήμα 5/8 : Ηχεία Σχήμα 5/9 : Δυναμικό ηχείο

ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ 1. Να γίνει μελέτη-έρευνα της εξέλιξης της ραδιοφωνίας διαμέσου των χρόνων. 2. Να εξηγήσετε πώς μετατρέπεται ο ήχος σε ηλεκτρικό σήμα και πώς το ηλεκτρικό σήμα μετατρέπεται σε ήχο. 3. Να εξηγήσετε τη διαφορά της διαμόρφωσης AM από τη διαμόρφωση FM. 4. Να αναφέρετε ποιες περιοχές συχνοτήτων χρησιμοποιεί η ραδιοφωνία.