송신기
Transmitter
전자와 통신에서, 무선 송신기 또는 그냥 송신기는 안테나로 전파를 생성하는 전자 장치이다.송신기 자체는 무선 주파수 교류 전류를 발생시켜 안테나에 인가합니다.이 교류에 의해 들뜨면 안테나는 전파를 방사합니다.
송신기는 라디오 및 텔레비전 방송국, 휴대전화, 무전기, 무선 컴퓨터 네트워크, 블루투스 지원 장치, 차고 문 열림 장치, 항공기, 선박, 우주선, 레이더 세트 및 항법 비콘과 같은 무선 통신에 필요한 모든 전자 장치의 구성요소입니다.송신기라는 용어는 일반적으로 통신 목적으로 전파를 발생시키는 장비 또는 레이더 및 항법 송신기와 같은 무선 위치 측정 장치로 제한됩니다.가열용 또는 산업용 전파의 발생기(예: 전자레인지 또는 투과장치)는 종종 유사한 회로를 가지고 있음에도 불구하고 일반적으로 송신기(transmitter)라고 부르지 않습니다.
이 용어는 특히 FM 라디오 송신기나 텔레비전 송신기와 같이 브로드캐스트에서 사용되는 송신기를 지칭하기 위해 널리 사용됩니다.이 용도에는 보통 송신기 본연의 안테나 및 안테나가 수용되어 있는 건물이 포함됩니다.
묘사
송신기는 별도의 전자기기일 수도 있고 다른 전자기기 내의 전기회로일 수도 있다.송신기와 수신기를 1개의 유닛으로 조합하는 것을 트랜시버라고 부릅니다.송신기라는 용어는 기술 문서에서 종종 "XMTR" 또는 "TX"로 약칭됩니다.대부분의 송신기의 목적은 장거리 정보의 무선 통신입니다.이 정보는 마이크로폰의 오디오(사운드) 신호, 비디오 카메라의 비디오(TV) 신호, 또는 무선 네트워크 장치에서는 컴퓨터의 디지털 신호와 같은 전자 신호의 형태로 송신기에 제공됩니다.송신기는 반송할 정보 신호와 전파를 발생시키는 무선 주파수 신호를 결합하는데, 이를 반송파 신호라고 합니다.이 과정을 변조라고 합니다.이 정보는, 다양한 타입의 송신기로, 몇개의 다른 방법으로 캐리어에 추가할 수 있습니다.진폭변조(AM) 송신기에서 이 정보는 진폭을 변화시킴으로써 무선신호에 부가된다.주파수 변조(FM) 송신기에서는, 무선 신호의 주파수를 약간 변화시켜 추가합니다.다른 변조 유형도 많이 사용됩니다.
송신기의 무선 신호는 안테나에 인가되어 에너지를 전파로 방사합니다.안테나는 휴대전화, 무전기, 차고 문 개폐기와 같은 휴대용 장치에서처럼 케이스 안에 밀폐되거나 송신기 외부에 부착될 수 있습니다.보다 강력한 송신기에서는 안테나는 건물 꼭대기 또는 별도의 타워에 배치되어 송신기(전송선로)에 의해 송신기에 접속됩니다.
작동
전자파는 [1][2]가속될 때 전하에 의해 방사된다.전파, 즉 무선 주파수의 전자파는 안테나라고 불리는 금속 전도체를 통해 흐르는 전자들로 구성되어 속도를 변화시켜 가속하는 [3][2]시간 변동 전류에 의해 생성됩니다.안테나를 앞뒤로 흐르는 교류는 도체 주위에 진동하는 자기장을 생성합니다.또한 교류 전압은 도체의 끝을 양전압과 음전압으로 번갈아 충전하여 도체 주위에 진동하는 전계를 생성합니다.진동 주파수가 충분히 높으면 약 20kHz 이상의 무선 주파수 범위에서 진동 결합 전기장과 자기장은 안테나에서 전자파, 즉 전파로 우주로 방사됩니다.
무선송신기는 전원, 배터리 또는 주전원으로부터의 전력을 무선주파수 교류로 변환하여 안테나에 인가하는 전자회로이며, 안테나는 이 전류로부터 에너지를 전파로서 방사한다.송신기는 또한 오디오 또는 비디오 신호와 같은 정보를 전파에 의해 전달되는 무선 주파수 전류에 인코딩합니다.그들이 무선 수신기의 안테나를 때리면, 그 안에서 비슷한 (그러나 덜 강력한) 무선 주파수 전류를 자극합니다.무선 수신기는 수신파로부터 정보를 추출한다.
구성 요소들
실용적인 무선 송신기는 주로 다음 부분으로 구성됩니다.
- 고출력 송신기에서 입력 전력을 필요한 전력 출력을 생성하는 데 필요한 더 높은 전압으로 변환하는 전원 공급 회로입니다.
- 무선 주파수 신호를 생성하는 전자 발진기 회로.이것은 보통 반송파라고 불리는 일정한 진폭의 사인파를 생성하는데, 이는 정보를 공간을 통해 "전달"하는 전파를 생성하기 때문입니다.대부분의 최신 송신기에서 이는 주파수가 석영 결정의 진동에 의해 정밀하게 제어되는 수정 발진기입니다.반송파의 주파수는 송신기의 주파수로 간주됩니다.
- 발진기에 의해 생성되는 반송파에 송신되는 정보를 부가하는 변조회로.이것은 반송파의 몇 가지 측면을 변화시킴으로써 이루어집니다.이 정보는 변조 신호라고 불리는 전자 신호로 송신기에 제공됩니다.변조 신호는 소리를 나타내는 오디오 신호, 동영상을 나타내는 비디오 신호 또는 비트 시퀀스를 나타내는 바이너리 디지털 신호 형식의 데이터일 수 있습니다.송신기 타입에 따라서는, 다른 변조 방법을 사용해 정보를 송신합니다.
- AM(진폭변조) 송신기에서 반송파의 진폭(강도)은 변조 신호에 비례하여 변화한다.
- FM(주파수 변조) 송신기에서 반송파의 주파수는 변조 신호에 의해 변화한다.
- 디지털 데이터를 송신하는 FSK(Frequency-Shift Keying) 송신기에서 반송파의 주파수는 2개의 2진수인 0과 1을 나타내는 2개의 주파수 사이에서 시프트된다.
- OFDM(직교 주파수 분할 다중화)은 Wi-Fi 네트워크, 휴대전화, 디지털TV 방송, 디지털오디오 방송(DAB) 등의 고대역폭 시스템에서 최소 무선 스펙트럼 대역폭을 사용하여 디지털 데이터를 전송하기 위해 매우 널리 사용되는 복잡한 디지털 변조 방식 패밀리입니다.OFDM은 AM이나 FM보다 스펙트럼 효율이 높고 페이딩에 대한 저항성이 높습니다.OFDM에서는 주파수가 촘촘한 복수의 무선 반송파가 무선 채널 내에서 송신되며, 각 반송파가 착신 비트스트림의 비트로 변조되어 여러 비트가 동시에 송신됩니다.수신기에서 반송파가 복조되고 비트가 적절한 순서로 하나의 비트스트림으로 결합됩니다.
- 다른 변조 유형도 많이 사용됩니다.대형 송신기에서는 발진기와 변조기를 함께 들뜸기라고 합니다.
- 신호의 전력을 증가시켜 전파의 범위를 증가시키는 무선 주파수(RF) 증폭기.
- 송신기의 출력 임피던스를 안테나(또는 안테나에 대한 전송로)의 임피던스와 일치하도록 변환하는 임피던스 매칭(안테나 튜너) 회로. 안테나에 효율적으로 전력을 전송합니다.이러한 임피던스가 동일하지 않으면 정재파라고 불리는 상태가 됩니다.이 상태에서는 전력이 안테나에서 송신기로 반사되어 전력을 낭비하거나 송신기가 과열되는 경우가 있습니다.
고주파 송신기, UHF 및 마이크로파 범위에서 자유 작동 발진기는 출력 주파수에서 불안정합니다.이전 설계에서는 원하는 주파수의 신호를 얻기 위해 주파수 곱셈기에 곱한 낮은 주파수의 발진기를 사용했습니다.현대 설계에서는 일반적으로 작동 주파수의 발진기를 사용하며, 이는 매우 안정적인 저주파 기준(일반적으로 수정 발진기)에 위상 잠김으로써 안정화됩니다.
규정
같은 주파수에서 송신을 시도하는 같은 지역내의 2개의 무선 송신기는, 서로 간섭해, 수신이 불안정하게 되기 때문에, 어느 쪽도 명확하게 수신할 수 없습니다.무선 전송에 대한 간섭은 큰 경제적 비용을 초래할 수 있을 뿐만 아니라 생명을 위협할 수 있습니다(예: 비상 통신 또는 항공 교통 통제와 간섭하는 경우).
이 때문에, 대부분의 나라에서, 송신기의 사용은 법률로 엄격하게 규제되고 있습니다.송신기는 방송, 해양 라디오, 에어밴드, 아마추어 등 용도에 따라 다양한 라이센스 클래스에 따라 정부에 의해 면허되어야 하며 특정 주파수와 전력 레벨로 제한됩니다.International Telecommunication Union(ITU; 국제전기통신연합)이라고 불리는 기구는 무선 스펙트럼의 주파수 대역을 다양한 등급의 사용자에게 할당합니다.클래스에 따라서는, 각 송신기에는, 송신시에 식별자로서 사용할 필요가 있는 문자와 숫자의 문자열로 이루어진 일의의 콜 부호가 주어집니다.송신기 사업자는 일반적으로 일반 무선전화 사업자 면허와 같은 정부 면허를 소지해야 하며, 이 면허는 안전한 무선 운용에 대한 적절한 기술적 및 법적 지식을 입증하는 테스트를 통과함으로써 취득됩니다.
위 규정에 대한 예외는 휴대폰, 무선 전화, 무선 마이크, 무전기, 와이파이 및 블루투스 기기, 차고 문 열림 장치, 베이비 모니터와 같은 소비자 제품에서 저전력 단거리 송신기를 무면허로 사용하는 것을 허용한다.미국에서는, 이것들은 Federal Communications Commission(FCC; 연방 통신 위원회)의 Part 15 규제에 준거하고 있습니다.이러한 장치는 라이센스 없이 작동할 수 있지만, 일반적으로 판매 전에 형식 승인을 받아야 합니다.
역사
최초의 원시 전파 송신기는 1887년 독일의 물리학자 하인리히 헤르츠에 의해 전파에 대한 선구적인 연구 중에 만들어졌습니다.이것들은 두 도체 사이에서 고전압 스파크에 의해 전파를 발생시킵니다.1895년부터, 굴리엘모 마르코니는 이러한 송신기를 사용하는 최초의 실용적인 무선 통신 시스템을 개발했고, 1900년 경에 라디오가 상업적으로 사용되기 시작했다.스파크 송신기는 음성(음성)을 송신할 수 없고 무선전신을 통해 정보를 송신하는 대신 전신키를 두드려 송신기를 켜고 끄고 모스 부호로 문자 메시지를 나타내는 전파 펄스를 생성했다.수신기에서 이러한 펄스는 수신기의 확성기에서 "삐"로 들렸고 모스 부호를 아는 교환자에 의해 텍스트로 변환되었습니다.이 스파크 갭 송신기는 무선 전신 또는 "스파크" 시대라고 불리는 라디오의 첫 30년 동안 사용되었습니다.감쇠파를 발생시키기 때문에 스파크 송신기는 전기적으로 "소음"이 났다.그들의 에너지는 넓은 주파수 대역에 분산되어 다른 송신기와 간섭하는 라디오 노이즈를 발생시켰다.감쇠파 방출은 1934년 국제법에 의해 금지되었다.
두 개의 단명 경쟁 송신기 기술이 세기가 바뀌면서 사용되기 시작했는데, 그것은 최초의 연속파 송신기였다: 1904년의 아크 컨버터(폴센 아크)와 1920년대에 사용된 1910년 무렵의 알렉산더슨 교류 발전기이다.
이 모든 초기 기술들은 1920년대에 진공관 송신기로 대체되었는데, 이것은 1906년 리 드 포레스트가 발명한 오디온 진공관에 기반을 두고 1912년 에드윈 암스트롱과 알렉산더 마이스너가 발명한 피드백 발진기를 사용했다.진공관 송신기는 저렴하고 연속파를 발생시킬 수 있었으며 진폭 변조(AM)를 사용하여 오디오(음성)를 전송하도록 쉽게 변조할 수 있었다.이것이 약 1920년에 시작된 AM 라디오 방송을 가능하게 했다.실용적인 주파수 변조(FM) 전송은 1933년 에드윈 암스트롱에 의해 발명되었는데, 그는 이것이 AM보다 소음과 정전에 덜 취약하다는 것을 보여주었다.최초의 FM 라디오 방송국은 1937년에 면허를 취득했다.실험적인 텔레비전 송출은 1920년대 후반부터 라디오 방송국에 의해 이루어졌지만, 실용적인 텔레비전 방송은 1930년대 후반까지 시작되지 않았다.제2차 세계대전 중 레이더의 개발은 마그네틱론, 클라이스트론, 이동파 튜브와 같은 새로운 활성 장치를 사용하여 UHF와 마이크로파 범위에서 고주파 송신기의 진화에 동기를 부여했다.
트랜지스터의 발명은 1960년대에 무선 마이크, 차고 문 열기, 무전기 같은 소형 휴대용 송신기의 개발을 가능하게 했다.1970년대 집적회로(IC)의 발달로 휴대전화나 와이파이(Wi-Fi) 네트워크와 같은 무선 디바이스의 보급이 가능해졌다.휴대전화의 집적 디지털 송수신기(무선 모뎀)는 백그라운드에서 자동으로 작동하여 무선 네트워크와 데이터를 교환한다.
점점 더 혼잡해지는 무선 스펙트럼에서 대역폭을 보존할 필요성이 확산 스펙트럼, 트렁크 무선 시스템 및 인지 무선과 같은 새로운 유형의 송신기 개발을 추진하고 있습니다.아날로그 무선 전송 방식에서 디지털 무선 전송 방식으로의 전환이 진행 중인 추세입니다.디지털 변조는 아날로그 변조보다 스펙트럼 효율이 높을 수 있습니다.즉, 데이터 압축 알고리즘을 사용하여 특정 대역폭에서 아날로그보다 더 많은 정보(데이터 레이트)를 전송할 수 있는 경우가 많습니다.디지털 전송의 또 다른 장점은 노이즈 내성 향상, 디지털 신호 처리 집적회로의 유연성 및 처리 능력 향상입니다.
1910년 경 호주에서 고출력 스파크 갭 무선전파 송신기.
1MW 미 해군 폴센 아크 송신기로, 1903년부터 20년대에 진공관이 차지할 때까지의 짧은 기간 동안 사용한 기술
1920년대 초 런던에서 BBC의 첫 방송사 중 한 명입니다.4개의 3극관이 병렬로 연결되어 발진기를 형성하며 각각 양극에서 약 4킬로와트를 생산했습니다.
뉴욕 엠파이어 스테이트 빌딩에 있는 암스트롱의 첫 실험 FM 방송 송신기 W2XDG는 1934-1935년 비밀 테스트에 사용되었습니다.2kW의 전력으로 41MHz로 전송되었습니다.
「 」를 참조해 주세요.
레퍼런스
- ^ Serway, Raymond; Faughn, Jerry; Vuille, Chris (2008). College Physics, 8th Ed. Cengage Learning. p. 714. ISBN 978-0495386933.
- ^ a b Ellingson, Steven W. (2016). Radio Systems Engineering. Cambridge University Press. pp. 16–17. ISBN 978-1316785164.
- ^ Balanis, Constantine A. (2005). Antenna theory: Analysis and Design, 3rd Ed. John Wiley and Sons. pp. 10. ISBN 9781118585733.
외부 링크
- 국제 전기 통신 연합
- Jim Hawkins의 Radio and Broadcast Technology 페이지
- WCOV-TV 송신기 기술 웹사이트
- 그룹 정보의 변경을 포함한 영국의 주요 텔레비전 송신기.「송신기 계획」섹션을 참조해 주세요.
- 영국 디지털 텔레비전 송신기 세부 사항
