Журнал «Компьютерра» № 17 от 8 мая 2007 года - Компьютерра (читать бесплатно книги без сокращений .TXT) 📗
Используя стандартную микросхему синтезатора DDS (Direct Digital Synthesis – цифровой синтезатор прямого синтеза) и делители с выходами сигналов, сдвинутыми на 90 градусов, можно перекрыть тот диапазон, который вам необходим. Вот и весь приемник, в простейшем варианте.
С выхода операционных усилителей сигнал передается на левый и правый каналы аудиокарты. Все остальное делает программа: обрабатывает сигнал, перестраивает приемник по диапазону (используется управляемый DDS), моделирует необходимые фильтры (причем с такими характеристиками, которые в железе не получить), моделирует работу АРУ (гораздо лучше, чем в «реальном» приемнике), имеет панорамный индикатор, отображающий спектрограмму (на котором видно обстановку в эфире), измеряет уровни сигнала и многое, многое другое. Конечно, есть одно "но". Компьютер, при использовании такого приемника, должен быть производительным, да это и понятно, на компьютер взвалена вся работа по обработке сигналов и информации: формирование характеристик полосовых фильтров, режекторных фильтров, моделирование системы АРУ (автоматическая регулировка усиления), ограничение шумов и подавление импульсных помех, индикация уровней сигналов, отображение спектрограммы и т. д. К тому же надо учесть, что современные приемники, как правило, способны одновременно работать на разных диапазонах или на разных участках одного диапазона (по сути, моделируется работа сразу двух приемников). Если же предполагается использовать приемник в цифровых видах связи (что бывает очень часто), то для этого требуются дополнительные ресурсы компьютера. Скажем, компьютер с процессором Celeron 1000 МГц при использовании большинства SDR программ загружен на 80–95%. А поскольку важную роль играет звуковая карта компьютера или аудиоинтерфейс, они тоже должны быть высококачественными, с хорошим соотношением сигнал/шум и большим динамическим диапазоном. Если же SDR-программу предполагается использовать не только на прием, но и на передачу (при моделировании в компьютере узлов SDR-передатчика), то требования к аудиоинтерфейсу становятся еще выше.
По-настоящему победоносное шествие теории Максвелла началось только после 1898 года, когда Герц экспериментально открыл электромагнитные волны и опубликовал результаты своих работ.
Генрих Рудольф Герц (1857—1894) родился в Гамбурге в семье адвоката, ставшего позже сенатором. Учился Герц прекрасно, а еще писал стихи и с удовольствием работал на токарном станке. По окончании гимназии юноша поступает в Берлинский университет.
Герц тщательно изучил все, что было известно к тому времени об электрических колебаниях и в теоретическом, и в практическом плане. Использовав пару индукционных катушек, он обнаружил, что при разряде лейденской банки (конденсатора) через одну из двух расположенных поблизости спиралей Рисса, в другой спирали наводится напряжение. Это можно было принять за проявление открытой еще Фарадеем взаимной индукции, но Герц доказал, что в данном случае имеет место излучение, носящее волновой характер. Меняя расстояние между катушками, он определил положения пучностей и узлов генерируемых электромагнитных волн. Период этих колебаний оказался около одной пятимиллионной доли секунды, что определило длину волны порядка шести метров. Так в 1886 году начались опыты, продлившиеся 25 месяцев.
В результате дальнейших экспериментов Герц создал источник электромагнитных волн, названный им вибратором. Вибратор состоял из двух проводящих сфер диаметром 10–30 см, укрепленных на концах проволочного разрезанного посредине стержня. Концы половин стержня в месте разреза оканчивались небольшими полированными шариками, образуя искровой промежуток в несколько миллиметров. Для решающих опытов, долженствующих показать тождественность электромагнитных и световых волн, установить поляризацию волн и доказать не только отражение, но и преломление, нужно было перейти к еще более коротким волнам. Герцу удается получить волны длиной около 60 см и с ними провести завершающие опыты. Для создания столь коротких волн Герц использовал медные стержни диаметром 3 см и длиной 9 см в качестве эквивалента катушки колебательного контура. На концах стержней располагались медные шары диаметром 4 см как эквиваленты конденсатора. Впоследствии такой вибратор был назван его именем.
В качестве детектора, или приемника, Герц использовал кольцо (иногда прямоугольник) с разрывом – искровым регулируемым промежутком. Диаметр кольца с более чем метра в первых опытах к их концу уменьшился до 7 см.
"Я работаю, как рабочий на заводе и по времени, и по характеру, я по тысяче раз повторяю каждый подъем руки", – сообщал профессор в письме своим родителям в 1877 году. Так, для фокусировки электромагнитных волн было выгнуто внушительное параболическое зеркало из тяжелого листа оцинкованного железа размером 2х1,5 м. А для доказательства преломления лучей была изготовлена асфальтовая призма в виде равнобедренного треугольника с боковой гранью 1,2 м, высотой 1,5 м и массой 1,2 т.
Приемное кольцо Герц назвал резонатором. Опыты показали, что изменением геометрии резонатора – размеров, взаимного положения и расстояния относительно вибратора – можно добиться гармонии, или синтонии (резонанса), между источником электромагнитных волн и приемником. Наличие резонанса выражалось в возникновении искр в искровом промежутке резонатора в ответ на искру, возникающую в вибраторе. В опытах Герца посылаемая искра была длиной 3–7 мм, а искра в резонаторе – всего несколько десятых долей миллиметра. Увидеть ее можно было только в темноте, да и то воспользовавшись лупой.
После публикаций 1877–78 гг. и доклада, сделанного 13 декабря 1888 года в Берлинском университете, Герц стал одним из самых популярных ученых, а электромагнитные волны стали повсеместно именоваться лучами Герца. Его опыты были многократно повторены, усовершенствованы и в конечном счете привели к изобретению радио и телевидения. Не случайно первая в мире осмысленная радиограмма, переданная 12 марта 1896 года А. С. Поповым, содержала всего два слова: "Генрих Герц", как дань уважения памяти великого ученого, который сам о таком использовании своего, как он считал, чисто научного открытия даже не помышлял.
Однажды, когда мать Герца сообщила мастеру, обучавшему его сына токарному делу, что Генрих стал профессором, тот весьма огорчился и заметил:
– Ах, как жаль. Из него получился бы великолепный токарь.
Борис Кошелев
Почему же у столь простого приемника такие прекрасные характеристики? Вспомните, о чем мы говорили, обсуждая проблемы с динамическим диапазоном приемников. Здесь почти нет аналоговых элементов, которые могут вносить искажения. Шумы приемника (соотношение сигнал/шум) и его динамический диапазон определяются теперь характеристиками звуковой платы [Вот пример из практики: в минувшем марте был проведен сеанс связи между Санкт-Петербургом и Москвой на частоте 7 МГц. Мощность SDR-радиостанции (SDR-приемник и передатчик) всего 800 мВт (причем в Петербурге использовалась так называемая ЕН-антенна длиной лишь 1 м)].
Какие же еще преимущества мы получим от применения такого приемника? Например, не надо перепаивать схему или проектировать и изготавливать новое устройство при смене, скажем, видов модуляции – достаточно поменять программу (если нужный вид модуляции в ней не заложен). Только одно это дорогого стоит. Мы, по сути, будем получать новый приемник, с новыми функциями при каждой смене программного обеспечения. А если не нравится дизайн – подстройте его под себя (помните, сколько «шкурок» у WinAmp?).
В конце прошлого года в Великобритании проходила конференция по телекоммуникациям и компьютерам. Там обсуждался и проект "Вавилонская башня" ("Tower of Babel"), призванный объединить большинство существующих сегодня протоколов связи. Основой, конечно, станет SDR, а реализацией займется европейский концерн EADS Astrium. Разумеется, первые разработки будут предназначены для военных. Представьте себе устройство (даже и не знаешь, как его назвать: радиостанция, компьютер, мобильный телефон или коммуникатор), которое сможет исполнять роль мобильного телефона (всесистемного), спутникового навигатора, компьютера, радиостанции и т. д., и все это реализовано программно, а потому места занимает мало.
