應(yīng)答器：框圖、工作原理、類型、代碼及其應(yīng)用
應(yīng)答器是在第二次世界大戰(zhàn)期間通過結(jié)合發(fā)射器和應(yīng)答器術(shù)語而發(fā)明的。這些設(shè)備在當(dāng)今的航空、衛(wèi)星通信以及醫(yī)療領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在衛(wèi)星上，轉(zhuǎn)發(fā)器是一種發(fā)射接收設(shè)備，用于在收到固定信號后傳輸信號。該設(shè)備處理放大并將各種頻率重新傳輸?shù)降厍蛏系牧硪粋€天線或位置或終端。衛(wèi)星上有不同的轉(zhuǎn)發(fā)器，每個轉(zhuǎn)發(fā)器都能夠支持最少或更多數(shù)量的通信信道。本文討論應(yīng)答器的概述、其類型、代碼及其應(yīng)用。
什么是應(yīng)答器？
自動接收并響應(yīng)傳入信號的控制設(shè)備稱為應(yīng)答器。應(yīng)答器是發(fā)射器和響應(yīng)器或接收器的組合，因此術(shù)語“應(yīng)答器”是通過組合發(fā)射器 (trans) 和響應(yīng)器 (ponder) 這兩個術(shù)語來獲得的。應(yīng)答器的功能是檢測、識別和定位物體，因此經(jīng)常出現(xiàn)在軍用飛機(jī)、民用等領(lǐng)域。
應(yīng)答器應(yīng)用廣泛，包括衛(wèi)星通信、航空、雷達(dá)系統(tǒng)和電信。
轉(zhuǎn)發(fā)器在衛(wèi)星內(nèi)執(zhí)行發(fā)射器和應(yīng)答器功能。在空間段子系統(tǒng)中，應(yīng)答器是最重要的子系統(tǒng)之一。應(yīng)答器頻率為；它從 SSR（二次監(jiān)視雷達(dá)）以 1030 MHz 頻率進(jìn)行詢問，并以 1090 MHz 頻率進(jìn)行響應(yīng)。
6/4 GHz 頻段轉(zhuǎn)發(fā)器框圖
衛(wèi)星中的轉(zhuǎn)發(fā)器是一組不同的元件，其作用類似于通信通道。單轉(zhuǎn)換 6/4 GHz 頻段轉(zhuǎn)發(fā)器框圖如下所示。下面討論應(yīng)答器內(nèi)每個元件的操作。
在上面的框圖中，當(dāng)信號從一端傳輸?shù)搅硪欢藭r，6GHz信號被轉(zhuǎn)換為4GHz。首先，從天線接收 6 GHz 信號，并將其提供給 LPF（低噪聲放大器），在其中執(zhí)行信號放大。此外，該放大信號通過本地振蕩器下變頻至 4 GHz，頻率為 2.225 GHz。
之后，中頻 (IF)帶通濾波器(BPF) 接收 4 GHz 的輸出信號并去除不需要的頻率信號。此外，濾波后的信號通過前置放大器進(jìn)行放大。之后，前置放大器的輸出送給HPA或高功率放大器。該放大器對所獲得的信號的相位和幅度差進(jìn)行調(diào)節(jié)。
因此，通過這種方式，應(yīng)答器中的不同單元會將信號從 6 GHz 下變頻到 4 GHz，并將高功率放大器輸出的放大信號提供給發(fā)射天線。因此，6/4 GHz 應(yīng)答器就是這樣工作的。
應(yīng)答器工作原理
應(yīng)答器使用無線電頻率并響應(yīng)無線監(jiān)控、控制設(shè)備信號和通信。一旦發(fā)送信號，應(yīng)答器就會通過簡單地返回識別的信號來做出反應(yīng)。響應(yīng)中的信息根據(jù)應(yīng)答器的類型而變化，盡管它可以包含識別代碼和位置。應(yīng)答器自動以固定頻率發(fā)回?zé)o線電信號。要同時發(fā)送和接收信號，應(yīng)將發(fā)送和接收信號設(shè)置在不同的頻率。
應(yīng)答器類型：
不同的通信系統(tǒng)中使用多種類型的轉(zhuǎn)發(fā)器。以下是一些常見的類型：
衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器
如前所述，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器接收來自地球站的信號，將其放大，然后將其重新傳輸回地球。這些轉(zhuǎn)發(fā)器用于衛(wèi)星通信系統(tǒng)，以促進(jìn)遠(yuǎn)距離通信。我們已經(jīng)看到了上面關(guān)于衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的內(nèi)容。
衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器執(zhí)行頻率轉(zhuǎn)換和接收輸入信號放大兩種功能。衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器有兩種類型，例如彎管式和再生式，下面討論。
彎管型應(yīng)答器也稱為傳統(tǒng)應(yīng)答器或中繼器。該應(yīng)答器獲取微波頻率信號，然后將輸入信號頻率改變?yōu)樯漕l頻率，然后放大信號。
再生轉(zhuǎn)發(fā)器也稱為處理轉(zhuǎn)發(fā)器，它執(zhí)行彎管轉(zhuǎn)發(fā)器的功能，如頻率轉(zhuǎn)換和放大，還執(zhí)行射頻載波解調(diào)到基帶、信號和調(diào)制再生。這些應(yīng)答器僅適用于數(shù)字信號。這些應(yīng)答器具有許多優(yōu)點，例如信噪比提高，并且在實施過程中具有更大的靈活性。
航空應(yīng)答機(jī)
航空應(yīng)答器在飛機(jī)上用于空中交通管制和識別目的。它們接收來自地面雷達(dá)系統(tǒng)的信號并發(fā)送響應(yīng)，其中包括有關(guān)飛機(jī)身份、高度和其他相關(guān)數(shù)據(jù)的信息。這有助于在飛行過程中跟蹤和監(jiān)控飛機(jī)?？罩薪煌ü苤茊T發(fā)送詢問器信號并通過飛機(jī)獲取識別信息。這使得控制塔能夠跟蹤附近空域內(nèi)的飛機(jī)，并提供其他信息來幫助飛行員與另一架飛機(jī)保持足夠的距離。
雷達(dá)應(yīng)答器
雷達(dá)應(yīng)答器是用于增強(qiáng)飛機(jī)在雷達(dá)系統(tǒng)上的可見度的設(shè)備。它們從地面雷達(dá)系統(tǒng)或另一架飛機(jī)接收雷達(dá)信號，并立即將響應(yīng)信號傳輸回源。這使得雷達(dá)系統(tǒng)能夠更準(zhǔn)確地檢測和定位飛機(jī)。
雷達(dá)應(yīng)答器主要設(shè)計用于SAR（搜索和救援）行動。該應(yīng)答器主要通過X波段雷達(dá)為任何附近的船只和飛機(jī)提供位置。這些也適用于救生筏和救生艇。
廣播自動相關(guān)監(jiān)視 (ADS-B) 應(yīng)答器
ADS-B 應(yīng)答器在航空領(lǐng)域用于監(jiān)視和跟蹤目的。它們接收 GPS 信號，并將有關(guān)飛機(jī)的位置、高度、速度和其他數(shù)據(jù)的信息傳輸?shù)降孛娼邮掌骱推渌鋫?ADS-B 系統(tǒng)的飛機(jī)。這有助于增強(qiáng)態(tài)勢感知和空中交通管理。
電信轉(zhuǎn)發(fā)器
電信轉(zhuǎn)發(fā)器用于各種通信系統(tǒng)，例如光纖網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星通信。它們接收傳入信號，放大信號，然后將其重新傳輸?shù)侥康牡?。這些轉(zhuǎn)發(fā)器用于擴(kuò)展通信信號的范圍并提高通信信號的質(zhì)量。
光纖轉(zhuǎn)發(fā)器
光纖轉(zhuǎn)發(fā)器是用于使用光纖發(fā)送和接收光信號的元件。它通常以其數(shù)據(jù)速度和信號可以移動的最遠(yuǎn)距離為特征。光纖轉(zhuǎn)發(fā)器的主要功能是；光電信號轉(zhuǎn)換、監(jiān)測與控制、串行化與反串行化。
光纖轉(zhuǎn)發(fā)器用于 WDM 網(wǎng)絡(luò)。
它用于從多模轉(zhuǎn)換為單模。
每個光轉(zhuǎn)發(fā)器都包含一個冗余光纖路徑選項，用于額外保護(hù)
一些光轉(zhuǎn)發(fā)器有效地擴(kuò)展光信號以覆蓋優(yōu)選距離。
光轉(zhuǎn)發(fā)器用于在商業(yè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)執(zhí)行波長轉(zhuǎn)換。
RFID 應(yīng)答器
RFID中使用的應(yīng)答器被稱為RFID應(yīng)答器。這些也稱為標(biāo)簽，提供存在于芯片存儲器內(nèi)的唯一且特定的識別號。與簡單的 ID 號相比，智能卡應(yīng)答器具有額外的內(nèi)存，可以存儲大量數(shù)據(jù)。該存儲器的容量經(jīng)常用于不同的支付、時間/位置訪問認(rèn)證以及存儲重要數(shù)據(jù)或需要安全的其他應(yīng)用。
根據(jù)閱讀器主動和被動的通信技術(shù)，這些應(yīng)答器分為兩類。有源應(yīng)答器包括一個電源，用于增強(qiáng)應(yīng)答器和閱讀器之間的傳輸信號。這些主要用于識別托盤和火車車廂，允許讀取數(shù)米遠(yuǎn)的距離。無源應(yīng)答器用于讀取幾厘米到 15 米的距離。與有源應(yīng)答器相比，這些應(yīng)答器具有許多優(yōu)點，例如價格更低、壽命更長等。
太陽通行證轉(zhuǎn)發(fā)器
它是一種便攜式轉(zhuǎn)發(fā)器，在接受 E-ZPass 的不同國家/地區(qū)使用。該應(yīng)答器通過單一收費賬戶實現(xiàn)不間斷行駛，為駕駛員提供自動支付通行費的便利。這種類型的應(yīng)答器通過射頻與設(shè)備和收費站讀卡器進(jìn)行通信。每當(dāng)您的汽車經(jīng)過配備 SunPass 的車道時，收費站費用就會從您的預(yù)付費帳戶中以電子方式扣除。
控制空中交通的應(yīng)答器類型：
應(yīng)答器分為三種類型：應(yīng)答器 A、應(yīng)答器 C 和應(yīng)答器 S。
應(yīng)答器 A 用于將代碼傳輸回空中交通管制。
應(yīng)答器 C 用于向空中交通管制傳輸代碼、高度或飛行高度層信息。
應(yīng)答器 S 用于傳輸代碼和高度信息，同時向其他應(yīng)答器報告和獲取數(shù)據(jù)。
所有這些應(yīng)答器都應(yīng)能夠生成包含 1 到 7 個數(shù)字的 4 位代碼，即 4,096 個可實現(xiàn)的代碼。
應(yīng)答器代碼
應(yīng)答器代碼通常是由飛機(jī)應(yīng)答器發(fā)送的 4 位數(shù)字，用于回復(fù)二次監(jiān)視雷達(dá)詢問信號，以幫助空中交通管制員通過交通隔離?？罩薪煌ü苤茊T會分配一個單獨的應(yīng)答器代碼（稱為尖叫代碼），用于僅識別 FIR（飛行信息區(qū)域）內(nèi)的飛機(jī)。
緊急情況下使用的應(yīng)答器代碼：
在緊急情況下，飛行員必須發(fā)送以下適合其位置的應(yīng)答器代碼：
模式 3A 代碼 7700 用于緊急情況。
模式 3A 代碼 7600 用于通訊故障 –
模式 3A 代碼 7500 用于非法干擾 –
應(yīng)答器要求
不同類別的空域包括不同的應(yīng)答器要求。
在 A、B 和 C 類空域，所有飛機(jī)都應(yīng)配備 C 模式應(yīng)答器。
D 類空域不需要應(yīng)答器，因為在此類空域中，飛行員只需要雙向無線電通信。
E 類空域中的應(yīng)答器要求將根據(jù)飛機(jī)的高度而有所不同：
平均海平面以下 10,000 英尺不需要應(yīng)答器，除非飛機(jī)位于 B 級機(jī)場 30 海里范圍內(nèi)。
平均海平面以上或 10,000 英尺處需要具有高度報告能力的應(yīng)答器。
收發(fā)器與應(yīng)答器
收發(fā)器和應(yīng)答器之間的區(qū)別包括以下內(nèi)容。
收發(fā)器是用于發(fā)送和接收信號的設(shè)備。應(yīng)答器是一種接收無線電信號并自動發(fā)送不同信號的設(shè)備。
收發(fā)器通過串行接口與主機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行電氣連接。應(yīng)答器使用并行接口。
收發(fā)器消耗更少的功率。應(yīng)答器消耗更多電量。
收發(fā)器頻率范圍為 4.9 – 5.9 GHz。應(yīng)答器頻率范圍為 1030 至 1090 MHz。
收發(fā)器的例子有：nRF、BLE 模塊、Lora 等。應(yīng)答器的例子是：RFID標(biāo)簽、433MHz發(fā)射器等。
優(yōu)點
應(yīng)答器的優(yōu)點包括以下幾點。
它改進(jìn)了功能。
它提供安全性。
使用和處理都很簡單。
它更安全。
它提高了汽車運輸商和駕駛員的效率和生產(chǎn)力。
它減少了柴油的使用和二氧化碳的排放。
它通過保存記錄和自動報告來減少汽車運營商和政府的文書工作。
針對高風(fēng)險運營商，提高執(zhí)法效率。
它通過在不同州和 FMCSA（聯(lián)邦汽車運輸安全管理局）之間共享商用車數(shù)據(jù)來提高完整性、準(zhǔn)確性和憑證驗證。
它允許汽車運輸商從執(zhí)法和管理機(jī)構(gòu)快速獲取數(shù)據(jù)。
它提高了信噪比，并且在實施中具有更大的靈活性。
應(yīng)用領(lǐng)域
下面討論轉(zhuǎn)發(fā)器的應(yīng)用。
應(yīng)答器用于衛(wèi)星、民用和軍用飛機(jī)。
這些技術(shù)用于不同的技術(shù)，如聲納、車鑰匙、飛機(jī)識別、光通信、電子收費系統(tǒng)、通信衛(wèi)星、信用卡磁性標(biāo)簽、單圈計時等等。
它用作飛機(jī)航空電子系統(tǒng)的一部分，以提供高度信息。
在一顆衛(wèi)星中，有多個轉(zhuǎn)發(fā)器，每個轉(zhuǎn)發(fā)器都支持一個以上的通信信道。
這些用于先進(jìn)車輛傳輸和接收信號
它用于接收音頻和視頻信號。
聲納應(yīng)答器用于根據(jù)水下位置的標(biāo)記來測量距離。
這些可以作為汽車鑰匙頭部內(nèi)的小芯片使用。
這些用于防空，以識別敵人和物體。
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