Máy bộ đàm được thiết kế có thể vừa gửi vừa nhận tín hiệu âm thanh, giúp mọi người có thể dễ dàng liên lạc “tức thời” với nhau. Vậy cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bộ đàm như thế nào? Cùng HHN TECH tìm hiểu qua bài viết sau đây.
1. Tìm hiểu về bộ đàm
Bộ đàm là thiết bị liên lạc vô tuyến 2 chiều, cho phép mọi người gửi và nhận tín hiệu âm thanh trong một phạm vi nhất định. Về cơ bản, bộ đàm hoạt động theo nguyên lý truyền và nhận đơn giản của sóng vô tuyến. Thiết bị này được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực quân sự, hàng không, xây dựng, nhà máy,…, nhằm đảm bảo liên lạc nhanh chóng và hiệu quả.
Máy bộ đàm ra đời vào khoảng đầu thế kỷ 20, trong Thế chiến II, khi quân đội Mỹ cần một thiết bị liên lạc di động cho binh lính trên chiến trường. Donald L. Hings là người đã phát minh ra bộ đàm đầu tiên, được gọi là “pack sets” vào năm 1940. Cùng thời điểm đó, một phiên bản khác cũng được một kỹ sư người Canada, Alfred J.Gross phát minh.
Xem thêm: Lịch sử phát triển của bộ đàm tại đây.
2. Cấu tạo của máy bộ đàm bao gồm những gì?
Cấu tạo một bộ đàm tiêu chuẩn bao gồm:
Anten
Anten là bộ phận quan trọng của bộ đàm, có khả năng gửi và nhận tín hiệu vô tuyến. Thiết bị này giúp chuyển đổi tín hiệu điện thành sóng vô tuyến và ngược lại.
Máy phát (Transmitter)
Máy phát có nhiệm vụ chuyển đổi giọng nói thành tín hiệu vô tuyến. Khi người dùng nhấn nút đàm thoại PTT (Push-to-Talk), máy phát sẽ kích hoạt và gửi tin hiệu âm thanh dưới dạng tín hiệu vô tuyến qua anten.
Watt là đơn vị đo tiêu chuẩn cho công suất đầu ra của máy phát. Công suất đầu ra là một trong những yếu tố quyết định phạm vi hoạt động (khoảng cách có thể truyền tín hiệu) và cường độ tín hiệu của bộ đàm.
Máy thu (Receiver)
Máy bộ đàm luôn ở chế độ thu tín hiệu cho đến khi người dùng nhấn nút đàm thoại PTT. Nếu chức năng Squelch không được kích hoạt để tắt tiếng loa, người dùng sẽ nghe thấy tiếng nhiễu liên tục. Chức năng chính của máy thu là tiếp nhận tín hiệu vô tuyến do các bộ đàm khác truyền đến.
Khi thu được tín hiệu, máy thu sẽ giải mã và chuyển đổi thành tín hiệu điện và được đưa vào loa để phát ra âm thanh. Độ nhạy của máy thu ảnh hưởng đáng kể đến độ rõ nét và chất lượng âm thanh nhận được.
Loa và Micro
Loa và micro trong bộ đàm có chức năng tương tự như các thiết bị âm thanh khác. Loa phát ra âm thanh từ tín hiệu điện đã được chuyển đổi. Micro thu âm giọng nói của người dùng và chuyển đổi thành tín hiệu điện.
Màn hình hiển thị và bộ điều khiển
Các nút điều khiển và núm xoay trên máy bộ đàm có thể được sử dụng để điều chỉnh cài đặt âm lượng, chọn kênh, nút đàm thoại Push-to-Talk (PTT) và điều hướng menu.
Hầu hết các bộ đàm 2 chiều hiện đại đều được trang bị màn hình LCD có đèn nền, hiển thị số kênh, thời lượng pin, cường độ tín hiệu và các trạng thái khác.
Pin và nguồn điện
Bộ đàm thường sử dụng pin sạc lithium-ion hoặc nickel-metal hydride, cung cấp nguồn cho thiết bị hoạt động liên tục trong nhiều giờ.
3. Nguyên lý hoạt động của bộ đàm
Thiết lập bộ đàm
Trước khi sử dụng bộ đàm 2 chiều để liên lạc với những người khác, người dùng sẽ phải thêm bước thiết lập cho bộ đàm. Quá trình này bao gồm việc chọn một kênh cho thiết bị. Kênh là các số được gán cho tần số.
Bộ đàm sử dụng dải tần số UHF (Ultra High Frequencies) từ 400 đến 512 MHz và dải tần số VHF (Very High Frequencies) từ 300 đến 3000 MHz (3 GHz). Các dải tần này được gọi là băng tần. Đối với tần số bộ đàm, người dùng sẽ phải làm thủ tục đăng ký xin cấp phép để tránh vi phạm và bị xử phạt hành chính.
Ngoài ra, người dùng cần đảm bảo đang sử dụng cùng một kênh với những người mà họ muốn liên lạc. Trong trường hợp nếu muốn sử dụng mã bảo mật để đảm bảo tính riêng tư, người dùng cần đặt cùng một mã bảo mật với đầu bên kia.
Cách thức truyền và nhận tín hiệu
Dưới đây là các bước trong quy trình truyền và nhận tín hiệu của bộ đàm 2 chiều:
Bước 1: Bắt đầu đàm thoại
Để bắt đầu đàm thoại, người dùng nhấn nút PTT và nói vào micro. Giọng nói của người dùng sẽ tạo ra các sóng âm truyền qua không khí. Micro đóng vai trò là bộ chuyển đổi (transducer) sẽ thu sóng âm và chuyển đổi các sóng này thành tín hiệu điện. Tín hiệu điện này chính là tín hiệu âm thanh và quá trình chuyển đổi được gọi là chuyển đổi năng lượng (transduction).
Có nhiều loại micro khác nhau, bao gồm micro điện động (dynamic), micro tụ điện (condenser) và micro ngưng tụ Electret. Tuy nhiên, hầu hết các bộ đàm đều sử dụng micro ngưng tụ electret vì loại micro này có kích thước nhỏ gọn, độ bền cao và tạo ra tín hiệu âm thanh rõ ràng với ít tạp âm nền.
Bước 2: Điều chế tín hiệu
Sau khi micrô chuyển đổi sóng âm thành tín hiệu âm thanh, bộ đàm sẽ kết hợp tín hiệu này với sóng mang. Quá trình này cho phép bộ đàm truyền tín hiệu qua sóng vô tuyến. Thông thường, sóng mang có tần số cao hơn âm thanh.
Điều chế (Modulation) là quá trình thay đổi các đặc tính của sóng mang theo tín hiệu âm thanh. Quá trình điều chế này giúp mã hóa thông tin (tức là thông điệp gốc được gửi) trong tín hiệu âm thanh.
Bộ đàm Analog sử dụng điều chế tần số (FM – Frequency Modulation) hoặc điều chế biên độ (AM – Amplitude Modulation) để chuyển đổi tín hiệu. FM thay đổi tần số của sóng mang theo thông điệp được gửi đi, trong khi biên độ vẫn không đổi. AM thay đổi biên độ của sóng mang theo thông điệp gửi đi, trong khi tần số vẫn không đổi. Hầu hết bộ đàm Analog sử dụng điều chế FM vì mang lại chất lượng âm thanh tốt hơn và ít bị nhiễu hơn.
Bộ đàm Digital sử dụng các kỹ thuật điều chế như điều chế PSK (Phase Shift Keying) hoặc điều chế biên độ vuông góc (QAM – Quadrature Amplitude Modulation) để mã hóa tín hiệu âm thanh. Thông thường, các kỹ thuật điều chế này chuyển đổi tín hiệu âm thanh thành tín hiệu số, bao gồm các chuỗi bit (0 và 1). Các phương pháp điều chế tín hiệu số (Digital modulation) giúp giảm đáng kể nguy cơ nhiễu so với bộ đàm Analog.
Bước 3: Truyền tín hiệu
Sau khi điều chế mã hóa tín hiệu âm thanh, anten của bộ đàm sẽ tiếp nhận tín hiệu này. Tiếp theo, anten chuyển đổi tín hiệu điện (âm thanh) thành sóng điện từ. Quá trình chuyển đổi này cho phép tín hiệu âm thanh truyền qua không khí dưới dạng sóng vô tuyến. Sóng vô tuyến thường được truyền qua tần số đã chọn.
Để đạt hiệu quả tối đa, người dùng phải lựa chọn anten có chiều dài và thiết kế phù hợp với tần số bộ đàm. Việc lựa chọn anten phù hợp sẽ giúp tận dụng tối đa công suất truyền để phát tín hiệu vô tuyến hiệu quả. Điều này giúp tín hiệu mạnh hơn và phạm vi liên lạc được mở rộng.
Bước 4: Lan truyền tín hiệu
Đây là cách sóng vô tuyến di chuyển. Sau khi anten tạo ra sóng vô tuyến, sóng này sẽ lan ra không gian. Quá trình này thường diễn ra với tốc độ ánh sáng. Các phương pháp lan truyền sóng bao gồm: truyền sát mặt đất (groundwave), sóng phản xạ từ tầng điện ly (skywave) và sóng truyền trong không gian tự do.
Tín hiệu bộ đàm thường truyền qua sóng không gian tự do, còn gọi là truyền theo đường thẳng. Điều này có nghĩa là sóng vô tuyến truyền trực tiếp từ anten phát đến anten thu.
Tín hiệu truyền theo đường thẳng không có nghĩa là 2 người dùng phải ở trong tầm nhìn để có thể liên lạc với nhau. Đó chỉ đơn giản là sóng truyền theo một đường thẳng từ máy phát đến máy thu.
Trong môi trường lý tưởng, những sóng này không gặp phải chướng ngại vật và tiếp tục di chuyển theo đường thẳng. Tuy nhiên, trên thực tế, sóng vô tuyến có thể gặp phải các vật cản như cây cối, tòa nhà và thậm chí là bị ảnh hưởng bởi thời tiết. Những yếu tố này có thể làm suy giảm tín hiệu và giảm phạm vi liên lạc.
Bước 5: Thu/Nhận tín hiệu
Sóng vô tuyến lúc này sẽ đến máy thu. Bất cứ ai điều chỉnh theo tần số của người dùng đều sẽ nhận được tín hiệu âm thanh của họ. Khi tín hiệu được gửi đi, anten thu sẽ bắt sóng vô tuyến và chuyển đổi các sóng này trở lại thành tín hiệu điện.
Tương tự như quá trình truyền, anten thu cũng phải được điều chỉnh phù hợp với tần số hoạt động của bộ đàm để đạt chất lượng âm thanh tốt nhất. Sau khi thu được sóng vô tuyến, anten sẽ chuyển đổi sóng đó thành tín hiệu điện và gửi đi để giải điều chế hay tách sóng.
Bước 6: Lọc và khuếch đại tín hiệu
Trong quá trình truyền tín hiệu, tín hiệu âm thanh thường bị lẫn với nhiễu và tạp âm không mong muốn, ảnh hưởng đến độ rõ của âm thanh. Vì vậy bộ đàm phải lọc các yếu tố này. Máy thu có thể sử dụng kỹ thuật xử lý tín hiệu tương tự (Analog) hoặc tín hiệu số (Digital) để lọc tín hiệu điện.
Các kỹ thuật lọc phổ biến bao gồm bộ lọc thông dải (bandpass filter) và thuật toán giảm nhiễu thích ứng. Cả hai kỹ thuật này đều giúp loại bỏ các tần số không cần thiết, bao gồm cả nhiễu.
Sau khi quá trình lọc kết thúc, tín hiệu âm thanh sẽ được đưa đến bộ khuếch đại. Bộ khuếch đại có nhiệm vụ tăng biên độ của tín hiệu, giúp quá trình giải điều chế trở nên dễ dàng hơn.
Bước 7: Giải điều chế (Demodulation)
Giải điều chế là quá trình đảo ngược quá trình điều chế mà máy phát sử dụng để mã hóa tín hiệu âm thanh. Kỹ thuật giải điều chế sẽ phụ thuộc vào phương pháp điều chế được sử dụng.
Chẳng hạn, tín hiệu được mã hóa bằng điều chế tần số (FM) sẽ được giải điều chế bằng phương pháp giải điều chế FM, chẳng hạn như F3E. Máy thu phát hiện sự thay đổi trong tần số của sóng mang, sau đó chuyển đổi tín hiệu đó trở lại thành các biến đổi biên độ, biểu diễn tín hiệu âm thanh gốc.
Bước 8: Đầu ra âm thanh
Bộ đàm sẽ gửi tín hiệu đã khuếch đại đến loa. Sau đó, loa sẽ chuyển tín hiệu điện trở lại thành sóng âm mà người dùng có thể nghe được. Giống như micro, loa cũng là một bộ chuyển đổi.
Loa chuyển đổi tín hiệu điện thành sóng âm thông qua một quá trình gọi là chuyển đổi điện âm. Nói cách khác, loa thực hiện quá trình ngược lại so với micro.
Loa cũng có nhiều loại khác nhau, bao gồm loa dynamic, loa tĩnh điện và loa áp điện. Tuy nhiên, hầu hết các bộ đàm đều sử dụng loa dynamic vì thiết kế nhỏ gọn, bền và có thể phát ra âm thanh rõ ràng, to. Ngoài ra, loa dynamic cũng tương thích hoàn hảo với micro electret mà HHN TECH đã đề cập trước đó.
Để trả lời người liên lạc ở đầu bên kia qua bộ đàm, người dùng chỉ cần nhấn nút PTT. Sau đó, toàn bộ quá trình sẽ bắt đầu lại. Sau khi nói xong người dùng nhớ thả nút PTT để người bên kia có thể trả lời.
Trên đây HHN TECH vừa chia sẻ cho bạn một số thông tin về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bộ đàm. Ngoài ra, bạn đọc có thể tham khảo thêm một số bài viết đã có để tìm hiểu thêm về dải tần số sử dụng của bộ đàm nhé!
