ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และโทรคมนาคมเครื่องส่งสัญญาณวิทยุหรือเครื่องส่งสัญญาณ (มักย่อเป็นXMTRหรือTXในเอกสารทางเทคนิค) เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ผลิตคลื่นวิทยุด้วยเสาอากาศเพื่อจุดประสงค์ในการส่งสัญญาณไปยังเครื่องรับวิทยุเครื่องส่งสัญญาณนั้นจะสร้างกระแสไฟฟ้าสลับความถี่วิทยุ ซึ่งนำไปใช้กับเสาอากาศเมื่อถูกกระตุ้นด้วยกระแสไฟฟ้าสลับนี้ เสาอากาศจะแผ่คลื่นวิทยุ
เครื่องส่งสัญญาณเป็นส่วนประกอบที่จำเป็นของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดที่สื่อสารด้วยวิทยุเช่น สถานี ออกอากาศวิทยุ (เสียง) และโทรทัศน์ โทรศัพท์มือถือ วิทยุสื่อสาร แบบวอล์กกี้ทอล์กกี้ เครือข่ายคอมพิวเตอร์ไร้สายอุปกรณ์ที่รองรับบลูทูธเครื่องเปิดประตูโรงรถวิทยุสองทางในเครื่องบิน เรือ ยานอวกาศ ชุด เรดาร์และสัญญาณนำทาง คำว่าเครื่องส่งสัญญาณมักจำกัดเฉพาะอุปกรณ์ที่สร้างคลื่นวิทยุเพื่อ วัตถุประสงค์ ในการสื่อสารหรือการระบุตำแหน่งด้วยวิทยุเช่น เครื่องส่งสัญญาณ เรดาร์และการนำทาง เครื่องกำเนิดคลื่นวิทยุเพื่อวัตถุประสงค์ในการทำความร้อนหรือเพื่อวัตถุประสงค์ทางอุตสาหกรรม เช่นเตาไมโครเวฟหรือ อุปกรณ์ ไดอะเทอร์มี มักไม่เรียกว่าเครื่องส่งสัญญาณ แม้ว่ามักจะมีวงจรที่คล้ายกันก็ตาม
คำศัพท์นี้มักใช้กันทั่วไปเพื่ออ้างถึงเครื่องส่งสัญญาณออกอากาศ โดยเฉพาะ เครื่องส่งสัญญาณที่ใช้ในการออกอากาศเช่นเครื่องส่งสัญญาณวิทยุ FMหรือเครื่องส่งสัญญาณโทรทัศน์โดยทั่วไปการใช้งานนี้จะรวมถึงเครื่องส่งสัญญาณโดยตรง เสาอากาศ และมักจะรวมถึงอาคารที่ติดตั้งเสาอากาศด้วย
เครื่องส่งสัญญาณอาจเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่แยกจากกัน หรือวงจรไฟฟ้าภายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่น เครื่องส่งสัญญาณและเครื่องรับที่รวมเป็นหน่วยเดียวเรียกว่าเครื่องรับส่งสัญญาณ เครื่องส่งสัญญาณส่วนใหญ่มีจุดประสงค์เพื่อการสื่อสารข้อมูลทางวิทยุในระยะไกล ข้อมูลจะถูกส่งไปยังเครื่องส่งสัญญาณในรูปแบบของสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ที่เรียกว่าสัญญาณมอดูเลชั่น เช่น สัญญาณเสียงจากไมโครโฟน สัญญาณวิดีโอ (ทีวี) จากกล้องวิดีโอ หรือในอุปกรณ์เครือข่ายไร้สายสัญญาณดิจิทัลจากคอมพิวเตอร์ เครื่องส่งสัญญาณจะสร้าง สัญญาณ ความถี่วิทยุซึ่งเมื่อนำไปใช้กับเสาอากาศจะสร้างคลื่นวิทยุที่เรียกว่าสัญญาณพาหะ เครื่องส่ง สัญญาณจะรวมสัญญาณพาหะเข้ากับสัญญาณมอดูเลชั่น ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าการมอดูเลชั่นข้อมูลสามารถเพิ่มลงในสัญญาณพาหะได้หลายวิธีในเครื่องส่งสัญญาณประเภทต่างๆ ในเครื่องส่งสัญญาณมอดูเลชั่นแอมพลิจูด (AM) ข้อมูลจะถูกเพิ่มลงในสัญญาณวิทยุโดยการเปลี่ยนแปลง แอมพลิจูด ใน เครื่องส่งสัญญาณ มอดูเลชั่นความถี่ (FM) ข้อมูลจะถูกเพิ่มโดยการเปลี่ยนแปลงความถี่ของสัญญาณวิทยุเล็กน้อย การมอดูเลชั่ นประเภทอื่นๆ มากมายยังถูกนำมาใช้ด้วย
สัญญาณวิทยุจากเครื่องส่งสัญญาณจะถูกส่งไปยังเสาอากาศซึ่งจะแผ่พลังงานออกมาเป็นคลื่นวิทยุ เสาอากาศอาจอยู่ภายในตัวเครื่องหรือติดอยู่ภายนอกเครื่องส่งสัญญาณ เช่น ในอุปกรณ์พกพา เช่น โทรศัพท์มือถือ วิทยุสื่อสาร และเครื่องเปิดประตูโรงรถในเครื่องส่งสัญญาณที่มีกำลังส่งสูงกว่า เสาอากาศอาจอยู่บนอาคารหรือบนเสาแยกต่างหาก และเชื่อมต่อกับเครื่องส่งสัญญาณด้วยสายป้อนสัญญาณ ซึ่งก็คือสายส่ง
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะแผ่รังสีจากประจุไฟฟ้าเมื่อถูกเร่งความเร็ว[1] [2] คลื่นวิทยุคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของความถี่วิทยุถูกสร้างขึ้นโดยกระแสไฟฟ้า ที่เปลี่ยนแปลงตามเวลา ซึ่งประกอบด้วยอิเล็กตรอนที่ไหลผ่านตัวนำโลหะที่เรียกว่าเสาอากาศซึ่งกำลังเปลี่ยนความเร็วและเร่งความเร็ว[3] [2] กระแสไฟฟ้าสลับ ที่ไหลไปมาในเสาอากาศจะสร้างสนามแม่เหล็ก ที่แกว่ง ไปมารอบๆ ตัวนำ แรงดันไฟฟ้าสลับจะประจุปลายของตัวนำสลับกันเป็นบวกและลบ ทำให้เกิดสนามไฟฟ้า แกว่ง ไปมารอบๆ ตัวนำ หากความถี่ของการแกว่งสูงพอ ใน ช่วง ความถี่วิทยุที่สูงกว่าประมาณ 20 kHz สนามไฟฟ้าและแม่เหล็กที่แกว่งไปมาจะแผ่รังสีออกจากเสาอากาศไปในอวกาศเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คลื่นวิทยุ
เครื่องส่งสัญญาณวิทยุเป็นวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่แปลงพลังงานไฟฟ้าจากแหล่งพลังงาน แบตเตอรี่ หรือไฟหลัก เป็นกระแสไฟฟ้าสลับความถี่วิทยุเพื่อส่งไปยังเสาอากาศ และเสาอากาศจะแผ่พลังงานจากกระแสไฟฟ้าดังกล่าวเป็นคลื่นวิทยุ[4] เครื่องส่งสัญญาณยังเข้ารหัสข้อมูล เช่น สัญญาณ เสียงหรือวิดีโอเป็นกระแสไฟฟ้าความถี่วิทยุที่คลื่นวิทยุจะพาไป เมื่อคลื่นกระทบเสาอากาศของเครื่องรับวิทยุคลื่นจะกระตุ้นกระแสไฟฟ้าความถี่วิทยุที่คล้ายกัน (แต่มีกำลังน้อยกว่า) ในคลื่นนั้น เครื่องรับวิทยุจะดึงข้อมูลจากคลื่นที่รับได้
เครื่องส่งสัญญาณวิทยุที่ใช้งานได้จริงประกอบด้วยชิ้นส่วนต่างๆ ดังต่อไปนี้:
ในเครื่องส่งสัญญาณความถี่สูงใน ช่วง UHFและไมโครเวฟ ออสซิลเลเตอร์แบบทำงานอิสระจะไม่เสถียรที่ความถี่เอาต์พุต การออกแบบรุ่นเก่าใช้ออสซิลเลเตอร์ที่ความถี่ต่ำกว่า ซึ่งคูณด้วยตัวคูณความถี่เพื่อให้ได้สัญญาณที่ความถี่ที่ต้องการ การออกแบบสมัยใหม่มักใช้ออสซิลเลเตอร์ที่ความถี่การทำงานซึ่งได้รับการทำให้เสถียรโดยการล็อกเฟสไปยังความถี่อ้างอิงที่ความถี่ต่ำกว่าซึ่งมีเสถียรภาพมาก โดยปกติจะเป็นออสซิลเลเตอร์แบบคริสตัล
เครื่องส่งสัญญาณวิทยุสองเครื่องในพื้นที่เดียวกันที่พยายามส่งสัญญาณในความถี่เดียวกันจะรบกวนซึ่งกันและกัน ทำให้รับสัญญาณได้ไม่ชัด จึงไม่สามารถรับสัญญาณได้อย่างชัดเจนการรบกวนการส่งสัญญาณวิทยุไม่เพียงแต่จะก่อให้เกิดต้นทุนทางเศรษฐกิจสูงเท่านั้น แต่ยังเป็นอันตรายถึงชีวิตได้อีกด้วย (เช่น ในกรณีที่เกิดการรบกวนการสื่อสารฉุกเฉินหรือการควบคุมการจราจรทางอากาศ )
ด้วยเหตุนี้ ในประเทศส่วนใหญ่ การใช้เครื่องส่งสัญญาณจึงถูกควบคุมอย่างเข้มงวดโดยกฎหมาย เครื่องส่งสัญญาณจะต้องได้รับใบอนุญาตจากรัฐบาลภายใต้ใบอนุญาตประเภทต่างๆ ขึ้นอยู่กับการใช้งาน เช่นการออกอากาศวิทยุทางทะเลวิทยุทางอากาศ วิทยุสมัครเล่นและ ถูกจำกัดให้ใช้ความถี่และระดับพลังงานบางระดับ สหภาพโทรคมนาคมระหว่างประเทศ (ITU) มีหน้าที่ จัดสรรแบนด์ ความถี่ในสเปกตรัมวิทยุให้กับผู้ใช้ประเภทต่างๆ ในบางประเภท เครื่องส่งสัญญาณแต่ละเครื่องจะได้รับสัญญาณเรียกขาน เฉพาะ ซึ่งประกอบด้วยสตริงของตัวอักษรและตัวเลข ซึ่งต้องใช้เป็นตัวบ่งชี้ในการส่งสัญญาณ ผู้ควบคุมเครื่องส่งสัญญาณโดยปกติจะต้องมีใบอนุญาตจากรัฐบาล เช่นใบอนุญาตผู้ควบคุมวิทยุโทรศัพท์ทั่วไปซึ่งจะได้รับจากการทดสอบที่แสดงให้เห็นถึงความรู้ทางเทคนิคและกฎหมายที่เพียงพอเกี่ยวกับการใช้งานวิทยุอย่างปลอดภัย
ข้อยกเว้นของข้อบังคับข้างต้นอนุญาตให้ใช้เครื่องส่งสัญญาณระยะสั้นกำลังต่ำโดยไม่ได้รับอนุญาตในผลิตภัณฑ์สำหรับผู้บริโภค เช่นโทรศัพท์มือถือโทรศัพท์ไร้สายไมโครโฟนไร้สายวิทยุสื่อสารอุปกรณ์Wi-FiและBluetoothเครื่องเปิดประตูโรงรถและเครื่องเฝ้าติดตามเด็กในสหรัฐอเมริกา อุปกรณ์เหล่านี้อยู่ภายใต้ส่วนที่ 15ของ ข้อบังคับของ คณะกรรมการการสื่อสารกลาง (FCC) แม้ว่าจะสามารถใช้งานได้โดยไม่ต้องมีใบอนุญาต แต่โดยทั่วไปแล้ว อุปกรณ์เหล่านี้จะต้องได้รับการอนุมัติประเภทก่อนจำหน่าย
เครื่องส่งสัญญาณวิทยุแบบดั้งเดิมเครื่องแรก (เรียกว่าเครื่องส่งสัญญาณสปาร์คแก๊ป ) ถูกสร้างขึ้นโดยไฮน์ริช เฮิรตซ์ นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน ในปี 1887 ในระหว่างที่เขาเป็นผู้บุกเบิกการค้นคว้าเกี่ยวกับคลื่นวิทยุ เครื่องนี้สร้างคลื่นวิทยุด้วยประกาย ไฟฟ้าแรงสูง ระหว่างตัวนำสองตัว เริ่มตั้งแต่ปี 1895 กูกลิเอลโม มาร์โคนีได้พัฒนาระบบสื่อสารวิทยุที่ใช้งานได้จริงเครื่องแรกโดยใช้เครื่องส่งสัญญาณเหล่านี้ และเริ่มมีการใช้วิทยุในเชิงพาณิชย์ประมาณปี 1900 เครื่องส่งสัญญาณสปาร์คไม่สามารถส่งสัญญาณเสียงได้ แต่ส่งข้อมูลโดยใช้วิทยุโทรเลข แทน โดย ผู้ควบคุมจะแตะแป้นโทรเลขเพื่อเปิดและปิดเครื่องส่งสัญญาณเพื่อสร้างพัลส์คลื่นวิทยุที่สะกดเป็นข้อความเป็นรหัสโทรเลข ซึ่งโดยปกติ จะเป็น รหัสมอร์สที่เครื่องรับ พัลส์เหล่านี้บางครั้งจะถูกบันทึกโดยตรงบนเทปกระดาษ แต่การรับสัญญาณแบบได้ยินที่พบเห็นได้ทั่วไปกว่า พัลส์จะได้ยินเป็นเสียงบี๊บในหูฟังของเครื่องรับ ซึ่งจะถูกแปลกลับเป็นข้อความโดยผู้ควบคุมที่รู้รหัสมอร์ส เครื่องส่งสัญญาณประกายไฟเหล่านี้ถูกนำมาใช้ในช่วงสามทศวรรษแรกของวิทยุ (1887–1917) ซึ่งเรียกว่ายุคโทรเลขไร้สายหรือยุค "ประกายไฟ" เนื่องจากเครื่องส่งสัญญาณประกายไฟสร้างคลื่นที่ถูกทำให้ลดทอนลง จึงมี "สัญญาณรบกวน" ทางไฟฟ้า พลังงานของเครื่องส่งสัญญาณกระจายไปทั่วย่านความถี่ กว้าง ทำให้เกิดสัญญาณรบกวนทางวิทยุซึ่งรบกวนเครื่องส่งสัญญาณอื่นๆ การปล่อยคลื่นที่ถูกทำให้ลดทอนถูกห้ามตามกฎหมายระหว่างประเทศในปี 1934
เทคโนโลยีเครื่องส่งสัญญาณสองชนิดที่มีอายุสั้นที่แข่งขันกันเริ่มถูกนำมาใช้หลังจากเปลี่ยนศตวรรษ ได้แก่เครื่องส่งสัญญาณคลื่นต่อเนื่อง เครื่องแรก ได้แก่ ตัวแปลงอาร์ก ( Poulsen arc ) ในปี 1904 และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า Alexandersonราวปี 1910 ซึ่งถูกนำมาใช้จนถึงปี 1920
เทคโนโลยีในยุคแรกทั้งหมดเหล่านี้ถูกแทนที่ด้วย เครื่องส่งสัญญาณ หลอดสุญญากาศในช่วงปี ค.ศ. 1920 ซึ่งใช้เครื่องกำเนิดสัญญาณแบบป้อนกลับที่ประดิษฐ์ขึ้นโดยEdwin ArmstrongและAlexander Meissnerราวปี ค.ศ. 1912 โดยอาศัยหลอดสุญญากาศAudion ( ไตรโอด ) ที่ประดิษฐ์ขึ้นโดย Lee De Forestในปี ค.ศ. 1906 เครื่องส่งสัญญาณหลอดสุญญากาศมีราคาไม่แพงและผลิตคลื่นต่อเนื่องและสามารถมอดูเลตเพื่อส่งสัญญาณเสียงได้อย่างง่ายดายโดยใช้การมอดูเลต แอมพลิจูด (AM) ทำให้การออกอากาศวิทยุ AM เป็นไปได้ ซึ่งเริ่มขึ้นในราวปี ค.ศ. 1920 การส่งสัญญาณ มอดูเลตความถี่ ในทางปฏิบัติ (FM) ได้รับการประดิษฐ์ขึ้นโดยEdwin Armstrongในปี ค.ศ. 1933 ซึ่งแสดงให้เห็นว่าการส่งสัญญาณนี้มีความเสี่ยงต่อสัญญาณรบกวนและสัญญาณรบกวนน้อยกว่า AM สถานีวิทยุ FM แห่งแรกได้รับอนุญาตในปี ค.ศ. 1937 สถานีวิทยุได้ดำเนินการส่งสัญญาณโทรทัศน์ แบบทดลองตั้งแต่ช่วงปลายทศวรรษปี ค.ศ. 1920 แต่ การออกอากาศโทรทัศน์ ในทางปฏิบัติ ไม่ได้เริ่มต้นจนกระทั่งช่วงปลายทศวรรษปี ค.ศ. 1930 การพัฒนาเรดาร์ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองเป็นแรงผลักดันให้เกิดวิวัฒนาการของเครื่องส่งสัญญาณความถี่สูงใน ช่วง UHFและไมโครเวฟโดยใช้เครื่องมือแอ็คทีฟใหม่ ๆ เช่นแมกนีตรอนไคลสตรอนและหลอดคลื่นเคลื่อนที่
การประดิษฐ์ทรานซิสเตอร์ทำให้มีการพัฒนาเครื่องส่งสัญญาณพกพาขนาดเล็ก เช่นไมโครโฟนไร้สายเครื่องเปิดประตูโรงรถและวิทยุสื่อสาร ในช่วงทศวรรษ 1960 การพัฒนาวงจรรวม (IC) ในช่วงทศวรรษ 1970 ทำให้ปัจจุบันอุปกรณ์ไร้สายเช่นโทรศัพท์มือถือและ เครือข่าย Wi-Fi แพร่หลายมากขึ้น โดยเครื่องส่งสัญญาณและเครื่องรับสัญญาณดิจิทัลแบบรวม ( โมเด็มไร้สาย ) ในอุปกรณ์พกพาจะทำงานโดยอัตโนมัติเบื้องหลังเพื่อแลกเปลี่ยนข้อมูลกับเครือข่ายไร้สาย
ความจำเป็นในการรักษาแบนด์วิดท์ในสเปกตรัมวิทยุ ที่มีความหนาแน่นเพิ่มมากขึ้น เป็นแรงผลักดันการพัฒนาเครื่องส่งสัญญาณประเภทใหม่ เช่นสเปกตรัมกระจายระบบวิทยุแบบทรังค์และวิทยุแบบรับรู้แนวโน้มที่เกี่ยวข้องคือการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องจากวิธีการส่งสัญญาณวิทยุแบบแอนะ ล็อก ไปเป็นดิจิทัลการมอดูเลตแบบดิจิทัลสามารถมีประสิทธิภาพของสเปกตรัม ที่สูง กว่าการมอดูเลตแบบแอนะล็อกนั่นคือ มักจะส่งข้อมูล ( อัตราข้อมูล ) ได้มากกว่าแบบแอนะล็อกในแบนด์วิดท์ ที่กำหนด โดยใช้ ขั้นตอน การบีบอัดข้อมูลข้อดีอื่นๆ ของการส่งสัญญาณแบบดิจิทัล ได้แก่ภูมิคุ้มกันสัญญาณรบกวน ที่เพิ่มขึ้น ความยืดหยุ่นและพลังการประมวลผลที่มากขึ้นของวงจรรวมการประมวลผลสัญญาณ ดิจิทัล