Truyền thông bằng sóng điện từ là phương pháp truyền tải thông tin từ một nguồn đến một hoặc nhiều điểm đến thông qua sóng điện từ. Sóng điện từ được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng truyền thông hiện đại, bao gồm cả viễn thông và truyền hình.
Mục lục bài viết
1. Nguyên tắc truyền thông bằng sóng điện từ:
1.1. Sóng âm tần:
Sóng âm tần là loại sóng được sử dụng để truyền tải âm thanh từ một nơi đến nơi khác. Sóng âm tần được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm truyền tải âm thanh qua điện thoại, truyền tải âm thanh trong các phòng họp hoặc truyền tải âm nhạc trong các buổi hòa nhạc.
Để truyền tải âm thanh qua sóng âm tần, chúng ta cần sử dụng một bộ phận được gọi là Micro để biến đổi dao động của âm thành dao động điện có cùng tần số. Sau đó, sóng âm tần sẽ được sử dụng để truyền tải âm thanh qua không gian.
1.2. Sóng mang:
Sóng mang là một loại sóng không dây được sử dụng để truyền tải thông tin từ một nơi đến nơi khác. Các sóng mang thường sử dụng các sóng điện từ cao tần để truyền tải thông tin. Các sóng mang được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm truyền tải tín hiệu điện thoại, tín hiệu truyền hình và tín hiệu vô tuyến.
1.3. Biến điệu sóng mang:
Để sóng mang có thể truyền tải các thông tin có tần số âm hoặc hình ảnh, chúng ta cần thực hiện các bước sau:
Biến đổi âm thanh hoặc hình ảnh thành các dao động điện từ có tần số thấp được gọi là các tín hiệu âm tần hoặc tín hiệu thị tần.
Áp dụng mạch biến điệu để “trộn” sóng âm tần với sóng mang. Việc này được gọi là biến điệu sóng điện từ. Sau đó, sóng mang đã giảm tần số sẽ được truyền từ đài phát đến máy thu.
Sóng điện từ cao tần đã được biến điệu sẽ được truyền qua anten phát và phát đi trong không gian. Trong quá trình này, sóng điện từ sẽ bị giảm tần số và trở thành các tín hiệu âm tần hoặc tín hiệu thị tần.
Tóm lại, sóng âm tần và sóng mang đều được sử dụng để truyền tải thông tin từ một nơi đến nơi khác. Để truyền tải âm thanh qua sóng âm tần, chúng ta cần sử dụng một bộ phận được gọi là Micro để biến đổi dao động của âm thành dao động điện có cùng tần số. Các sóng mang cần phải được biến điệu trước khi truyền tải thông tin. Việc biến điệu sóng mang có thể được thực hiện bằng cách biến đổi âm thanh hoặc hình ảnh thành các tín hiệu âm tần hoặc tín hiệu thị tần và áp dụng mạch biến điệu để trộn sóng âm tần với sóng mang.
Ngoài ra, các sóng không dây khác như sóng radio và sóng vô tuyến cũng được sử dụng để truyền tải thông tin. Các loại sóng này được sử dụng để truyền tải tin nhắn, tin tức, thông tin thời tiết và tín hiệu GPS. Tùy thuộc vào mục đích sử dụng, chúng ta có thể chọn loại sóng phù hợp để truyền tải thông tin một cách hiệu quả nhất.
1.4. Tách sóng:
Trong các hệ thống âm thanh hoặc truyền hình, sóng cao tần và sóng âm tần luôn hiện diện cùng nhau. Để thu được tín hiệu âm thanh hoặc tín hiệu truyền hình chất lượng cao, cần phải tách sóng. Tác dụng của mạch tách sóng là tách sóng âm tần (hoặc sóng tín hiệu) ra khỏi sóng cao tần để đưa ra loa (hoặc màn hình hiển thị). Mạch tách sóng giúp cho tín hiệu được truyền tải ở chất lượng tốt hơn, giảm thiểu nhiễu và giảm độ trễ trong quá trình truyền tải tín hiệu.
1.5. Khuếch đại:
Các mạch khuếch đại được sử dụng để tăng cường độ của sóng truyền đi và tăng cường độ của tín hiệu thu được. Điều này giúp cải thiện chất lượng âm thanh hoặc hình ảnh hiển thị. Trong các hệ thống âm thanh, mạch khuếch đại được sử dụng để tăng cường độ của tín hiệu âm thanh đến loa, giúp cho âm thanh được phát ra với mức độ lớn hơn và rõ ràng hơn. Trong truyền hình, mạch khuếch đại được sử dụng để tăng cường độ của tín hiệu thu được, giúp cải thiện chất lượng hình ảnh hiển thị.
Mỗi loại mạch khuếch đại có những đặc điểm riêng, và người dùng cần phải chọn mạch khuếch đại phù hợp với nhu cầu của họ. Ngoài ra, các mạch khuếch đại còn được thiết kế để đáp ứng các mục đích khác nhau, từ các hệ thống âm thanh gia đình đến các thiết bị phát sóng truyền hình. Để chọn được mạch khuếch đại phù hợp, người dùng cần phải tìm hiểu kỹ về các loại mạch khuếch đại và các tính năng của chúng, từ đó đưa ra quyết định đúng đắn cho hệ thống của mình.
1.6. Sơ đồ khối của một máy phát thanh và máy thu thanh vô tuyến đơn giản:
|
|
|
| (1): Micrô: Tạo ra dao động điện từ âm tần bằng cách sử dụng các linh kiện điện tử như trở, tụ, cuộn cảm. (2): Mạch phát sóng điện từ cao tần: Tạo ra sóng điện từ có tần số cao (từ vài MHz đến vài GHz), phục vụ cho việc truyền tín hiệu trong các thiết bị điện tử như điện thoại, máy tính, truyền hình… (3): Mạch biến điệu: Là mạch kết hợp giữa dao động điện từ âm tần và dao động điện từ cao tần, với mục đích biến đổi tín hiệu để phù hợp cho việc truyền tải thông tin. (4): Mạch khuyếch đại: Sử dụng các linh kiện điện tử như transistor, IC để tăng cường và khuyếch đại tín hiệu điện từ cao tần đã được biến đổi từ mạch biến điệu. (5): Ăng-ten phát: Là thiết bị tạo ra điện từ trường cao tần, giúp lan truyền tín hiệu không dây trong không gian. Các sóng điện từ được phát ra từ ăng-ten này có thể được thu bằng các thiết bị thu tín hiệu như điện thoại, máy tính… để truyền tải thông tin. | (1): Anten thu: Là thiết bị thu sóng điện từ có tần số cao và biến đổi chúng. (2): Mạch khuyếch đại dao động điện từ cao tần: Là mạch tăng cường tín hiệu dao động điện từ cao tần được truyền tới từ anten. (3): Mạch tách sóng: Là mạch tách tín hiệu dao động điện từ âm tần ra khỏi tín hiệu dao động điện từ cao tần. (4): Mạch khuyếch đại dao động điện từ âm tần: Là mạch tăng cường tín hiệu dao động điện từ âm tần được truyền từ mạch tách sóng. (5): Loa: Là thiết bị biến đổi tín hiệu dao động điện sang tín hiệu âm thanh để phát ra. Thêm vào đó, các thiết bị này thường được sử dụng trong các hệ thống truyền thông và âm thanh, như trong các bộ thu phát radio hay trong các hệ thống âm thanh gia đình. Các mạch khuyếch đại dao động điện từ và mạch tách sóng cũng được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử khác như máy tính, điện thoại di động và các thiết bị điện tử gia đình khác. |
2. Sự truyền sóng vô tuyến trong khí quyển:
Sóng vô tuyến là các sóng điện từ được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau và có tác dụng rất quan trọng đối với cuộc sống của chúng ta. Điển hình là việc sử dụng sóng vô tuyến trong viễn thông, để truyền tải thông tin giữa các thiết bị và người dùng. Nhờ vào sóng vô tuyến, chúng ta có thể liên lạc với người thân, bạn bè, đồng nghiệp một cách dễ dàng và nhanh chóng hơn bao giờ hết.
Ngoài ra, sóng vô tuyến còn được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực định vị và điều hướng. Với các hệ thống GPS, chúng ta có thể xác định được vị trí của mình trên bản đồ và điều hướng đến vị trí mong muốn một cách dễ dàng. Sóng vô tuyến còn được sử dụng trong các hệ thống dẫn đường khác, giúp người dùng dễ dàng tìm đường đi và tránh được những tuyến đường kẹt xe.
Các tần số khác nhau của sóng vô tuyến có đặc tính truyền lan khác nhau trong khí quyển Trái Đất. Ví dụ, sóng cực ngắn, sóng ngắn, sóng trung và sóng dài được chia thành các loại theo bước sóng. Tuy nhiên, với sự phát triển của khoa học và công nghệ, các ứng dụng của sóng vô tuyến sẽ tiếp tục được nghiên cứu và phát triển, mang lại những tiện ích và lợi ích to lớn cho con người. Chúng ta có thể sử dụng sóng vô tuyến để truyền tải dữ liệu, âm thanh, hình ảnh và video một cách nhanh chóng và hiệu quả, giúp cho chúng ta có thể làm việc, học tập và giải trí một cách dễ dàng và thuận tiện hơn.
| Sóng cực ngắn | Sóng ngắn | Sóng trung | Sóng dài |
| λ = vài cm – 10m | λ = 10m – 100m | λ = 100m – 1000m | λ = 1km – vài chục km |
Tầng điện li là một lớp khí quyển bị ion hóa mạnh bởi ánh sáng Mặt Trời và nằm trong khoảng độ cao từ 80 km đến 800 km. Điều này ảnh hưởng đáng kể đến sự truyền sóng vô tuyến điện. Trong tầng này, các phân tử không khí hấp thụ rất mạnh các sóng dài, sóng trung và sóng cực ngắn, trong khi ít hấp thụ các vùng sóng ngắn. Điều này làm cho các sóng ngắn phản xạ tốt trên tầng điện li và mặt đất.
Với các sóng dài, chúng có năng lượng thấp và bị các vật trên mặt đất hấp thụ mạnh. Tuy nhiên, nước lại hấp thụ ít, do đó sóng dài và cực dài thường được sử dụng trong thông tin liên lạc dưới nước, chẳng hạn như liên lạc giữa các tàu ngầm. Tuy nhiên, chúng bị yếu đi rất nhanh khi đi xa khỏi nguồn phát. Vì vậy, nguồn phát phải có công suất lớn.
Các sóng trung có thể phản xạ tốt ở tầng điện li và được sử dụng trong vô tuyến truyền thanh, thường được sử dụng chỉ trong phạm vi một quốc gia. Ban ngày, chúng bị hấp thụ mạnh, do đó không thể truyền đi xa. Nhưng về ban đêm, sóng ít bị hấp thụ, do đó chúng có thể truyền đi xa hơn. Tuy nhiên, ta chỉ có thể bắt được các đài ở gần vào ban ngày, trong khi về ban đêm sẽ bắt được các đài ở xa hơn.
Sóng ngắn có năng lượng lớn và bị phản xạ nhiều lần giữa tầng điện ly và mặt đất. Do đó, một đài phát sóng ngắn có công suất lớn có thể truyền sóng tới mọi điểm trên Trái Đất. Sóng ngắn thường được sử dụng trong liên lạc vô tuyến hàng hải và hàng không, các đài phát thanh, và nhiều ứng dụng khác.
Sóng cực ngắn không bị tầng điện li hấp thụ hay phản xạ, nó xuyên qua tầng điện li và đi vào vũ trụ. Do đó, sóng cực ngắn thường được sử dụng trong việc điều khiển bằng vô tuyến, trong vô tuyến truyền hình, trong thông tin vũ trụ, và nhiều ứng dụng khác.
Điều đáng lưu ý là vô tuyến truyền hình sử dụng các sóng cực ngắn và không thể truyền xa trên mặt đất. Chúng không bị tầng điện li hấp thụ hay phản xạ, nó xuyên qua tầng điện li. Muốn truyền hình đi xa, người ta phải đặt các đài tiếp sóng trung gian, hoặc dùng vệ tinh nhân tạo để thu rồi phát trở về Trái Đất.
Ngoài ra, các sóng vô tuyến điện còn được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau. Chẳng hạn, trong viễn thông, sóng vô tuyến điện được sử dụng để truyền tín hiệu giữa các điểm trên một khu vực nhất định. Trong y tế, sóng vô tuyến điện có thể được sử dụng để truyền tín hiệu giữa các thiết bị y tế và các phòng khám. Bên cạnh đó, sóng vô tuyến điện còn được sử dụng trong các hoạt động giải trí như trò chơi điện tử và radio trực tuyến.
Như vậy, các sóng vô tuyến điện là một phần quan trọng của cuộc sống hiện đại và được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau để truyền tải thông tin và tín hiệu. Tuy nhiên, việc sử dụng sóng vô tuyến điện cũng đòi hỏi sự cẩn trọng và kiểm soát, bởi vì chúng có thể ảnh hưởng đến sức khỏe con người và các thiết bị điện tử khác nếu không được sử dụng đúng cách.
3. Liên lạc vô tuyến:
Việc thu tín hiệu vô tuyến là một trong những việc cần thiết trong việc truyền thông và liên lạc hiện đại. Để thu được tín hiệu vô tuyến, người dùng cần sử dụng một anten vô tuyến. Tuy nhiên, anten sẽ nhận được hàng ngàn tín hiệu vô tuyến tại một thời điểm, làm cho việc tách lọc các tín hiệu cần thiết trở nên khó khăn. Do đó, một bộ dò sóng vô tuyến là cần thiết để điều chỉnh tới một tần số cụ thể (hay dải tần số).
Qua quá trình điều chỉnh tần số, anten sẽ nhận được tất cả các tín hiệu vô tuyến trong vùng phủ sóng của nó. Vì vậy, để tách lọc các tín hiệu cần thiết, người dùng phải sử dụng một khung cộng hưởng (hay còn gọi là khung tách sóng) để lọc và tách lọc các tín hiệu cần thiết, đồng thời loại bỏ các tín hiệu không mong muốn. Khung cộng hưởng là một mạch với tụ điện và cuộn cảm.
Khung cộng hưởng được thiết kế để cộng hưởng với một tần số cụ thể (hay băng tần), do đó khuếch đại sóng sin ở tần số vô tuyến cần thu, trong khi bỏ qua các sóng sin khác. Thông thường, hoặc điện cảm hoặc tụ điện sẽ được điều chỉnh, cho phép người dùng thay đổi tần số muốn thu.
Tuy nhiên, việc sử dụng anten vô tuyến vẫn còn nhiều hạn chế. Anten vô tuyến chỉ có thể thu được tín hiệu trong vùng phủ sóng của nó, và tín hiệu này có thể bị nhiễu hoặc suy giảm nếu cách xa anten quá xa. Ngoài ra, tín hiệu thu được cũng có thể bị nhiễu do các tín hiệu khác trong vùng phủ sóng.
Vì vậy, để đảm bảo được chất lượng và độ ổn định của tín hiệu vô tuyến, người dùng cần chọn một anten phù hợp và sử dụng các thiết bị hỗ trợ như bộ khuếch đại tín hiệu. Điều này sẽ giúp đảm bảo cho việc thu và truyền tín hiệu vô tuyến được thực hiện một cách hiệu quả nhất.
4. Bài tập tham khảo:
Ví dụ 1: Mạch chọn sóng của máy thu vô tuyến gồm cuộn cảm có L = 1mH và tụ có C = 10pF. Biết tốc độ sóng điện từ 3.108 m/s. Máy thu trên có thể thu được sóng điện từ có bước sóng bao nhiêu?
A. 188,4 m
B. 235,2 m
C. 1635,8m
D. 761,5m
Lời giải:
Đáp án A.
Ví dụ 2: Trong mạch chọn sóng, khi mắc tụ điện có điện dung C1 với cuộn cảm L thì mạch thu được bước sóng, λ1 = 90m. Khi mắc tụ có điện dung C2 với cuộn cảm L thì mạch thu được bước song λ2 = 120m. Khi mắc C1 nối tiếp C2 rồi mắc vào cuộn cảm L thì mạch thu được bước sóng là
A. 100 m
B. 150 m
C. 210 m
D. 72 m
Lời giải:
Áp dụng công thức bước sóng khi ghép 2 tụ điện nối tiếp:
Đáp án D
