Принципы ведения радиосвязи. Канал и линия радиосвязи

РАДИОСИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ.

1.Принципы организации радиосистем передачи.

Рассмотрим упрощенную структурную схему радиолинии.

Рис.1.

Передаваемое сообщение поступает в преобразователь(микрофон, телевизионную камеру, телеграфный аппарат или ключ),который преобразует его в электрический сигнал. Последний поступает на РПДУ, которое состоит из модулятора(М),синтезатора несущей частоты(СЧ) и усилителя модулированных колебаний(УМК).С помощью антенны(А) энергия радиочастотных колебаний передатчика излучается в тракт распространения радиоволн.

На приемном конце радиоволны наводят ЭДС в антенне. Радиоприёмное устройство (РПУ) с помощью селективных цепей (СЦ) отфильтровывает сигналы от помех. В детекторе (Д) происходит процесс, обратный модуляции -выделение из модулированных колебаний исходного электрического сигнала, который управлял радиопередатчиком. С помощью преобразователя (громкоговорителя, телеграфного аппарата, приемной телевизионной трубки) электрический сигнал связи преобразуется в сообщение, доставляемое абоненту.

Рассмотренная радиолиния обеспечивает одностороннюю передачу сообщения, что приемлемо только в службах оповещения. Одностороннюю радиосвязь представляет собой, в сущности, и радиовещание, хотя в этом случае прием ведется не в одном, а во множестве пунктов. Прием во многих пунктах ведется также при циркулярной передаче: распоряжения передаются многим исполнителям; сообщения передаются из пресс-центра редакциям многих газет и т.д.

Для организации двусторонней радиосвязи в каждом пункте надо иметь и передатчик и приемник. Если при этом передача и прием осуществляются на каждой радиостанции поочередно, то такая радиосвязь называется симплексной(рис.2,а).Двусторонняя радиосвязь, при которой связь между радиостанциями реализуется одновременно, называется дуплексной(рис.2,б).

При дуплексной радиосвязи передача в одном и другом направлениях ведется, как правило, на разных несущих частотах. Это делается для того, чтобы приемник принимал только сигналы от передатчика (ПРД) с противоположного пункта и не принимал сигналы собственного передатчика.

Для радиосвязи на большие расстояния применяют радиопередатчики мощностью десятки и сотни киловатт. Поэтому, хотя при дуплексной связи приемник настраивается не на ту частоту, на которую настроен свой передатчик, трудно обеспечить его нормальную работу вблизи от мощного ПРД. Исходя из этого приемник и передатчик приходится размещать на расстоянии в десятки километров друг от друга.

Симплексная связь используется, как правило, при наличии относительно небольших информационных потоков. Для объектов с большой нагрузкой характерна дуплексная связь.

Рис.2.Структурная схема радиосвязи: а) симплексная; б) дуплексная.

Если необходимо иметь радиосвязь с большим числом объектов, то организуется так называемая радиосеть (рис.3).

а)

Рис.3.Структурные схемы радиосети: а)сложный симплекс; б)сложный дуплекс.

Одна радиостанция, называемая главной (ГР), может передавать сообщения как для одного, так и для нескольких подчиненных объектов. Ее радист-оператор следит за порядком в радиосети и устанавливает очередность работы на передачу подчиненных радиостанций (ПР). Подчинённые радиостанции при соответствующем разрешении могут обмениваться информацией не только с главной радиостанцией (ГР), но и между собой. Этот вариант организации радиосети может быть построен на основе как сложного симплекса (рис.3,а), так и сложного дуплекса (рис.3,б). В первом случае возможно использование совмещенных приемопередатчиков и общей рабочей радиоволны (частоты). Во 2-ом случае главная радиостанция (ГР) ведет передачу на одной частоте, а принимает на нескольких(по числу подчиненных радиостанций).

По команде ГР может быть любая подчинённая радиостанция (ПР) выведена на радионаправление в особо важных случаях.

Несмотря на различие в частотах приема и передачи, здесь, как и при простом дуплексе, необходимо располагать приемник и передатчик на удалении друг от друга. Иначе из-за помех, создающихся радиопередающим устройством (РПДУ

Сформированный в передатчике высокочастотный сигнал посылается в радиолинию (высокочастотный кабель, волновод, область пространства, в которой распространяются радиоволны). С выхода линии связи сигнал поступает на приемное устройство системы связи, назначением которого является обратное преобразование высокочастотного сигнала в первичный низкочастотный. Основными функциями приемника помимо усиления и частотной селекции являются демодуляция, а для дискретных сообщений и декодирование принятого сигнала.

Таким образом, становятся определенными основные контуры структурной схемы системы радиосвязи связи общего типа, изображенной на рис. 2. Символом на рисунке обозначена «оценка» ожидаемого на выходе системы радиосвязи сообщения.

В соответствии с делением источников сообщений по характеру возможных состояний сигналы, отображающие эти состояния, можно отнести либо к дискретным по состояниям, либо к непрерывным (аналоговым). В общем случае сигнал связи, как физический процесс, задан в виде непрерывной функции времени. Вместе с тем, передачу как дискретных так и непрерывных по состоянию сигналов можно осуществлять как в виде непрерывных так и дискретных во времени функций. В последнем случае сигнал является отличным от нуля лишь в определенные интервалы времени. Рассмотренная классификация сигналов применима к низкочастотным (первичным), и высокочастотным (модулированным) сигналам. Наиболее существенной особенностью сигналов, используемых для передачи сообщений, является их случайный характер, отражающий случайный характер ожидаемого получателем сообщения. Характеристики сигналов, рассматриваемых как случайные функции времени, определяются их вероятностными распределениями. Конкретные реализации сигнала описываются детерминированными функциями самой различной формы.

В системах связи вводят более общее, чем линия связи, понятие канал (радиоканал ). Под каналом связи в системе понимают определенным образом выделенную часть технических средств. Например, каналом связи может быть названа некоторая последовательность функциональных блоков системы, в частности, линия связи. Часть системы связи, с выхода которой сигналы поступают на вход канала, является источником сигнала для данного канала.

По логике функционирования системы связи на любом этапе преобразования сообщений в сигналы и обратно необходимо стремиться к тому, чтобы обеспечивалось взаимно-однозначное соответствие сообщений и отображающих их сигналов. Однако даже при точном выполнении указанного требования при конструировании любой системы связи следует учитывать наличие посторонних мешающих воздействий, сигналов, называемых помехами связи. В большей или меньшей степени помехи могут возникать на любом этапе преобразования и передачи сигналов. Как правило, наибольшее влияние посторонние мешающие воздействия оказывают на полезные сигналы в процессе распространения по радиолинии. Поэтому при изображении структурных схем систем связи место воздействия помех условно локализуют именно в этом блоке схемы, как показано на рис. 2. Наличие помеховых сигналов непредсказуемой интенсивности и формы нарушает требование взаимно-однозначного соответствия сигналов в системе

Рисунок 2. Обобщенная структурная схема системы радиосвязи

связи. В целях обеспечения наибольшего соответствия принятых сообщений переданным в процессе разработки и конструирования системы возникает необходимость выбора целесообразной формы полезных сигналов, устройств модуляции и демодуляции, правил кодирования и декодирования, выбора структуры приемного устройства и т. д.

В отсутствие помех в системе структура приемного устройства определяется однозначно. Если представить совокупность операций кодирования и модуляции в передающем устройстве символом V (см. рис. 2), так что s = V(a) , то для получения «оценки» первичного сигнала на выходе системы связи необходимо лишь осуществить обратную операцию: . Можно полагать, что в случае воздействия помехового или шумового сигнала «слабой» по отношению к ожидаемому сигналу интенсивности, отличие оценки первичного сигнала в системе от его истинного значения будет незначительным. В свою очередь, преобразование практически неискаженного первичного сигнала в элементы сообщения, соответствующие состояниям источника, является технически решаемой задачей и принципиальных затруднений не вызывает (воспроизведение речевого сигнала осуществляется динамическим громкоговорителем, воспроизведение телевизионного изображения обеспечивает кинескоп и т. д.).

При приеме сигналов, искаженных помехами, структура приемного устройства в целом, блоков демодуляции и декодирования принятого сигнала, в частности, могут быть различными в зависимости от статистических характеристик интенсивных помех, их физических свойств и имеющихся у получателя сообщений предварительных сведений о вероятностных характеристиках ожидаемых и принимаемых сигналов.

В современных условиях проблема выбора структуры приемного устройства сигналов, искаженных интенсивными помехами, (синтез приемника), решается на базе хорошо развитой теории оптимального приема, исходя из определенных критериев оптимальности и использования всей доступной информации о статистике сигналов, поступающих на вход приемника. При этом может получиться, что правила оптимальной обработки принятого сигнала для фиксированного выходного сигнала передающего устройства оказываются существенно различными, зависимыми от свойств и статистических характеристик мешающего воздействия в радиолинии.

В особой помеховой обстановке оптимальное решающее правило приема может оказаться весьма сложным и трудно реализуемым на практике. В ряде случаев по результатам анализа качества функционирования оптимального приемника целесообразнее отказаться от точной реализации оптимального алгоритма и использовать в системе связи более просто реализуемое субоптимальное правило решения, обеспечивающее несколько более худшее, но допустимое качество функционирования системы радиопередачи.

ОСНОВЫ РАДИОСВЯЗИ, РАДИОВЕЩАНИЯ И ТЕЛЕВИДЕНИЯ

Литература:

1 "Информация и сети связи"

2 Романов В. В, Кубанов В. П "Системы и СЭС"

3 Добровольский Е. Е "Развитие и совершенствование радиосвязи,

радиовещания и телевидения"

4 Дубнев В. Д, Зеневич А. Ф и другие "Электросвязь. Введение в

специальность"

Лекция N 1 Основные положения, понятия и определения

Лекция N 2 Система РС (СРС )

Лекция N 3 НЕПРОДОЛЖИТЕЛЬНАЯ ПОМЕХА

Лекция N 4 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАДИОСИСТЕМЫ (ТРС)

Лекция N 5 СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ ОРГАНИЗАЦИИ РАДИОСВЯЗИ

Лекция N 6 ДИАПАЗОНЫ ЧАСТОТ

Лекция N 7

Лекция N 8

Лекция N 9

Лекция N 10 ТРОПОСФЕРНЫЕ РАДИОРЕЛЕЙНЫЕ ЛИНИИ(ТРРЛ)

Лекция N 11

Лекция N 12

Лекция N 13 РАДИОВЕЩАНИЕ (РВ)

Лекция N 14

Лекция N 15

Лекция N 16

Лекция N 1

Основные положения, понятия и определения

РАДИОСВЯЗЬ (РС) - передача сообщений в виде электрических сигналов без использования проводов.

РС бывает односторонняя и двухсторонняя. Односторонняя РС обеспечивает передачу сообщения в прямом, двухсторонняя в прямом и обратном направлениях.

РС бывает симплексная и дуплексная. Симплексная РС предусмат­ривает поочередный (только передача и только прием) обмен информа­цией, при этом переключается приемопередающая аппаратура и требу­ется 1 рабочая частота. Дуплексная РС предусматривает одновремен­ный двухсторонний (прием и передача) обмен информацией, без перек­лючения аппаратуры, но требуется 2 разных несущих частоты.

Канал РС - совокупность технических средств и среды распростра­нения радиоволн, обеспечивающих передачу сигналов от источника к получателю. Они делятся на непрерывные, если входные и выходные сообщения непрерывны, дискретные, если входные и выходные сообще­ния дискретны, и непрерывно-дискретные (дискретно-непрерывные), в зависимости от того какое из сообщений (входное или выходное) неп­рерывно или дискретно.

Линия РС - совокупность всех устройств и сред распространения радиоволн, обеспечивающих РС (одноканальную и многоканальную) в

3) Контроль за соблюдением требований регламента и принципов техни­ческого планирования, а также наложение административных санкций.

Лекция N 6

ДИАПАЗОНЫ ЧАСТОТ

1) ДИАПАЗОН 0,2-3 МГц

Морская подвижная служба (0,415-0,525 МГц).

0,5 МГц - SOS (save our souls (англ.) - спасите наши души).

1,6-2,85 МГц - морская и наземная подвижные службы.

1,715-1,8 МГц - радиолюбители.

Отдельные участки - СВ и ДВ радиовещания.

2) ДИАПАЗОН 3-30 МГц

а) Морская и воздушная подвижные радиослужбы (отдельные участки этого диапазона)

б) Радиовещание (7 дискретных частотных полос в диапазоне от 6 до 26 МГц)

в)Наземная подвижная служба (отдельные участки в полосе от 3 до 8 МГц)

г) Любительская служба. Имеет следующие полосы: 3,5-3,6 МГц, 7,0-7,1 МГц, 14,0-14,4 МГц, 21,0-24,45 МГц, 28,0-29,0 МГц

д) Службы стандартных частот (имеют 2 рабочих частоты: 13,56 МГц и 27,12 МГц)

Мероприятия по разгрузке этого диапазона

а) Перевод ряда фиксированных и подвижных служб в диапазоны более 100 МГц с использованием многоканальных радиосистем.

б) Замена двухполосных систем системами с одной боковой полосой.

в) Группирование, где это возможно и целесообразно, линий для ис­пользования одних и тех же частот по расписанию.

г) Повышение требований к аппаратуре для уменьшения занимаемой полосы частот.

3) ДИАПАЗОН 30-1000 МГц

а) Службы радиовещания и телевидения (примерно 85 каналов) на частотах от 41 до 916 МГц.

б) Наземная подвижная радиослужба (отдельные участки 30-500 МГц),

сотовые и транкинговые системы радиосвязи (800-900 МГц).

в) Воздушная подвижная радиослужба (118-136 МГц и 225-400 МГц).

г) Морская подвижная служба (около160 МГц), при чем частота 166,8МГц- Международная частота бедствия и вызова помощи - SOS.

д) Служба радиоастрономии (узкие участки диапазона вблизи частот 74; 80;150; 330; 405; 610 МГц).

е) Космическая радиослужба (два узких диапазона: 136-138 МГц, 400-402 МГц).

ж) Средства воздушной службы, воздушной радионавигации и вспомо­гательной службы метеорологии (75 МГц, 108-118 МГц, 329-335 МГц, МГц).

з) Радиолокационные системы. Имеют следующие диапазоны:

137-144 МГц, 216-225 МГц, 400-405 МГц, 890-942 МГц.

и) Службы стандартных частот и времени: 100 МГц, 150 МГц.

к) Аппаратура промышленного, научного и медицинского назначения. Используемые частоты: 40,68 МГц, 443,92 МГц, 890-940 МГц.

л) Любительские радиослужбы

50-54 МГц (малоиспользуемый диапазон)

144-148 МГц (связные передатчики)

420-450 МГц (не используется, так как сложно изготовить оборудо­вание)

Вывод: В общем диапазон 30-1000 МГц характеризуется неравномерной нагрузкой. Он очень перспективен. Основное его достоинство: его эффек­тивно использовать в крупных городах.

4) ДИАПАЗОН ВЫШЕ 1000 МГц (радиорелейные и спутниковые линии передачи).

Лекция N 7

СОСТАВ РАДИОСЕТЕЙ СИСТЕМ РАДИОСВЯЗИ

Радиосети состоят из технических средств и трактов распростране­ния радиоволн.

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЛИНИЙ РС

1) Источник информации

2) Кодирующее устройство

3) Модулятор

4) Усилитель

5) Избирательный усилитель

6) Демодулятор и декодер

7) Получатель информации

8) Генератор несущего сигнала (частоты)

9) Сообщение

10) Кодированный сигнал

11) Модулированный сигнал

12) Пространство радиоволны

13) Кодированный сигнал

14) Несущий сигнал (частоты)

15) Сообщение

В источнике информации создается сообщение. Источник с одной сто­роны может быть звуковым (в телефонной связи), оптическим (в фотогра­фии) или иметь иную физическую природу (в телеметрии). С другой сторо­ны источник может состоять из данных, записанных на перфоленту, маг­нитную ленту, дискету или CD.

Кодирующее устройство предназначено для преобразования входного сообщения в электрический (аналоговый или дискретный) сигнал, в соот­ветствии с правилами кодирования. При кодировании попутно осуществля­ется ряд вспомогательных операций:

1) Согласование характеристик сигнала с требованиями канала, для повышения помехоустойчивости сигнала.

2) Сжатие информации.

3) Снижение расхода энергии.

Генератор несущего сигнала (колебания) вырабатывает переносчик сигнала, основными параметрами которого являются амплитуда, частота, фаза, форма, плоскость поляризации.

В модуляторе осуществляется модуляция переносчика - изменение од­ного из его параметров по закону изменения кодированного сигнала. При изменении амплитуды имеет место амплитудная модуляция. Имеется также ряд других способов модуляции: импульсная, импульсно-кодовая, широт­но-импульсная, фазо-импульсная.

После модулятора модулированный сигнал усиливается и излучается в пространстве с помощью антенны.

В пункте приема радиосигнал обнаруживается с помощью приемной ан­тенны, выделяется и усиливается с помощью избирательных усилителей, декодируется декодирующими устройствами и преобразуется в сообщение получателю.

Канал связи характеризуется качественными показателями, которые зависят от способа обмена информацией, характеристик технических уст­ройств, свойств радиосигнала, воздействия внешней среды и решающим образом влияют на показатели системы в целом.

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ КАНАЛ РАДИОСВЯЗИ

1) Полоса пропускания частот

2) Время действия

3) Динамический диапазон уровня сигнала

4) Пропускная способность канала

ЗНАЧЕНИЯ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ

НЕКОТОРЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ И БИОЛОГИЧЕСКИХ

(в десятичных единицах информации)

Технические каналы

1) Телевизионные каналы миллионы - десятки миллионов

2) Телефон, фототелеграф,

радиотранслятор. тысячи - десятки тысяч

3) Телеграфные каналы. десятки - сотни тысяч

4) Оптоволоконные каналы. сотни миллионов

Биологические каналы

1) Органы зрения. миллионы

2) Органы слуха. тысячи

3) Органы осязания. десятки тысяч

4) Органы обоняния. единицы - десятки

5) Органы вкуса. единицы

6) Центральная нервная единицы

Лекция N 8

ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМ РС

Применение РТСОП:

Такого рода система, зарождавшаяся как ведомственная, развилась в территориальную систему общего пользования, обслуживающая весь комп­лекс крупного города. В настоящее время признано целесообразным осна­щать РТСОПами крупные города с населением больше 500 тысяч человек.

Особенности РТСОП:

1) Они являются диспетчерскими системами коллективного пользования.

2) На территории крупных городов тракт передачи содержит кроме ра­диоканала коммутируемый телефонный канал. Связь осуществляется как со стационарными так и с подвижными абонентами в диапазоне УКВ. При этом подвижных абонентов больше.

3) Мощность передатчика ЦС больше мощности передатчика АС и эффек­тивность ЦС больше эффективности АС.

4) Связь с подвижными абонентами и последних между собой осущест­вляется только через ЦС, причем условия, в которых находится подвижный абонент постоянно меняются. В странах СНГ, в настоящее время, осущест­вляется использование системы такого рода под названием "Алтай ".

Применение ВДРС:

Как в СНГ, так и в развитых зарубежных странах ВДРС составляют примерно 80 процентов всего парка радиостанций.

Особенности ВДРС:

1) Они являются локальными системами, находящимися в исключитель­ном пользовании конкретного ведомства, предприятия или фирмы.

2) Структура построения и организации системы и условия ее функци­онирования определяются спецификой отрасли и условиями работы предпри­ятий, которые они обслуживают.

3) Многообразие условий, их специфика, обширные зоны обслуживания.

4) ВДРС используют различные частотные диапазоны, условия работы в которых совершенно различны.

5) Для ВДРС разработана и широко используется большая номенклатура радиостанций.

6) В зоне действия ряда ВДРС преобладают индустриальные помехи од­ного определенного класса, например в энергосистемах - помехи линий электропередач; в железнодорожном транспорте - помехи контактной сети, силовых подстанций и электрического оборудования подвижного состава .

7) Для ВДРС не всегда, но необходимо обуславливать очень высокие показа­тели качества, что удешевляет системы ВДРС.

Применение ТРС. Особенности ТРС.

1) Небольшой радиус действия (от 100 метров до единиц километ­ров).

2) Локальный характер сети, не требующий взаимодействия с другими сетями связи.

3) Непосредственная близость к источникам помех.

4) Возможное наличие акустических помех, механических вибраций, агрессивной среды и т. д.

5) Широкий диапазон климатических условий.

6) Носимые узлы ТРС не должны создавать неудобств, а также дополни­тельной опасности персоналу, который ими пользуется.

7) Сети ТРС должны строится таким образом, чтобы не создавать друг другу взаимных помех, которые могли бы привести к ошибочным действиям оператора.

8) Аппаратура, предназначенная для ТРС может иметь малую мощность передатчиков, невысокую чувствительность приемников, а также невысоки­е другие электрические характеристики, но она должна иметь универ­сальное питание (как от сети, так и от батарей, аккумуляторов), долж­на снабжаться комплексом различных антенн; управление работой радиос­танции должно осуществляться без помощи рук.

Применение СПРВ. Особенности СПРВ.

1) Передача сигналов идет от передатчика ЦС к абонентским устройс­твам (в одном направлении).

2) Благодаря низкой интенсивности вызова и малому времени его пе­редачи (4 секунды) количество абонентов, которое можно подключить к одному каналу, практически не ограничено.

Применение РСПД И САРС. Особенности РСПД и САРС.

Они должны иметь высокие качественные показатели.

Лекция N 9

КЛАССИФИКАЦИЯ РАДИОРЕЛЕЙНЫХ ЛИНИЙ СВЯЗИ

В зависимости от места первичной сети ЕАСС радиорелейные линии (РРЛ) подразделяют на: местные, зоновые, магистральные и технологичес­кие.

1) Местные РРЛ соединяют две АТС в пределах большого города, рай­центр с селом или село с селом.

2) Зоновые РРЛ (внутриобластные) - линии средней емкости.

3) Магистральные РРЛ - соединяют между собой тракты и каналы пере­дачи различных зоновых сетей. Они являются линиями большой емкости (тысячи телефонных каналов) и используют до 8 высокочастотных радиост­волов.

4) Технологические РРЛ - служат для организации технологической связи при эксплуатации нефтегазопроводов и других линейных трасс. 100МГц-15ГГц - диапазон рабочих частот всех РРЛ.

3) Азия (кроме СНГ и Монголии), Австралия и Океания.

Различают направления передачи: "Земля - Спутник" и "Спутник - Земля" . Используют 4 диапазона частот для спутниковой связи :

Числитель обозначает направление "Земля - Спутник", а знаменатель

Наоборот. Широко применяются только первые три диапазона, а последний только в Японии.

Лекция N 11

ГЛОБАЛЬНАЯ СИСТЕМА СВЯЗИ INMARSAT

На настоящий день система INMARSAT включает в себя 8 спутников. В то время, когда часть этих спутников обеспечивает коммерческий радио­обмен, другая для гарантии непрерывности служит для гарантии предос­тавления коммерческой радиосвязи. Спутники находятся на геостационар­ной орбите.

Наземные станции действуют в качестве сопряжения между космическим сегментом и земными сетями, которые осуществляют передачу сообщений к неподвижным пользователям и обратно. ЗС также обеспечивают передачу сообщений, и кроме того, выполняют функцию по изменению формата со­общения. Сообщение, получаемое от ЗС из наземных сетей сначала запоми­наются, а затем преобразуются из их первоначального формата(телекс, данные и прочие) в удобную для системы INMARSAT форму. Сообщение, по­лучаемое от подвижного объекта, запоминается и переводится на формат передачи, который определяется отправителем. На процедуру накопления и передачи уходит обычно несколько минут, однако приоритетные сообщения типа аварийных обрабатываются в течении нескольких секунд.

Пользователи с подвижных объектов могут сами выбрать ЗС для обра­ботки их сообщений. При этом за каждое посланное сообщение отправитель платит ЗС, в свою очередь ЗС платит INMARSAT за использование косми­ческого сегмента.

Правительство каждого государства - члена INMARSAT назначает орга­низацию, которая становится участником INMARSAT и выполняет функции пайщика, участвует в принятии решений и в большинстве случаев обеспе­чивает услуги INMARSAT. Обычно это национальные организации дальней связи. Интересы Республики Казахстан в INMARSAT представляет фирма "Жарык". В настоящее время INMARSAT предлагает 3 подсистемы связи, из­вестные как А, М, С, работающие по принципу "каждый с каждым".

INMARSAT A: Представляет следующие возможности:

1) Телефония с прямым набором номера абонента;

2) Возможность группового вызова;

3) Передача и прием данных до 9,6 Кбит/сек;

4) Высокоскоростная передача данных и их прием: 56 или 54 Кбит/сек;

5) Передача и прием факсимильных сообщений до 9,6 Кбит/сек;

6) Телексная связь от 100 до 600 Бит/сек;

7) Передача группового факсосообщения (3 сообщения) - 9,6 Кбит/сек;

Эта система позволяет передавать видеосообщения (медленное видео); в системе используется параболическая антенна зонтичного или сборного типа.

Диаметр антенны - 1метр.

Вес всей станции - до 40 килограмм.

Тариф - 4-12 долларов за минуту связи.

INMARSAT M: Цифровая станция нового поколения, которая предос­тавляет следующие виды связи:

1) Телефония среднего качества;

2) Факсимильная связь - 2400 Бит/сек;

3) Передача данных - 2400 Бит/сек;

Рабочий диапазон частот: на передачу: МГц; на прием: МГц

Станция представляет собой моноблок, состоящий из плоской антенны (антенны-книжки) и приемопередатчика. Вес станции - 8,7 килограмма. Возможна установка как вне, так и внутри помещения. Станция выполняет­ся в трех вариантах: портативном, стационарном, морском.

INMARSAT C: Предлагает надежную двухстороннюю связь на уровне со­общений между фиксированными станциями дальней связи и подвижными объ­ектами. Эта система предоставляет ряд дополнительных услуг:

1) Посылка сообщений одновременно практически неограниченному числу заранее определенных терминалов;

2) Циркулярная передача информации по безопасности мореплавателей и для использования данных метеорологических, гидрографических органи­заций, а также организаций береговой охраны и центров координации по­иска спасательных работ; имеют дополнительные возможности по направле­нию сообщений объектам, находящимся в пределах особых географических районов. Некоторые модели поставляются со встроенными приемниками гло­бальной системы местоопределения, которая позволяет автоматически оп­ределить местоположение терминала с точностью до 30 метров. Тариф - 0,15 долларов за 256 Бит информации.

Лекция N 12

ВИДЫ МОДУЛЯЦИИ В СИСТЕМАХ РАДИОСВЯЗИ

Используется 3 вида модуляции:

1) амплитудная

2) угловая

3) импульсная

МОДУЛЯЦИЯ - это изменение одного из параметров сигнала по за­кону сообщения.

1) Амплитудная модуляция (АМ) применяется в диапазонах ДВ, СВ, КВ (от 500 кГц до 30 МГц). Бывает однополосная и двухполосная.

2) Угловая модуляция (УМ) подразделяется на частотную (ЧМ) и фа­зовую (ФМ) модуляции. ФМ - это изменение фазы несущего сигнала в зави­симости от амплитуды сообщения; ЧМ - это изменение частоты несущего сигнала в зависимости от амплитуды сообщения. ЧМ применяется в диапа­зоне выше 30 МГц. ФМ применяется реже, чем ЧМ, в связи со сложной схе­мой передающего тракта. ФМ используется для передачи групповых сообще­ний.

3) Импульсная модуляция (ИМ) бывает:

а) амплитудно-импульсной (АИМ)

б) частотно-импульсной (ЧИМ)

в) фазо-импульсной (ФИМ)

г) кодово-импульсной (КИМ)

в) широтно-импульсной (ШИМ)

ИМ применяется для передачи сигналов телефонии и телеграфии на частотах выше 10 МГц.

Вид модуляции влияет на:

1) Ширину полосы, занимаемой сигналом;

2) Качество передачи информации;

3) Количество передаваемой информации или скорость;

4) Разные мощности приемников и передатчиков системы;

Лекция N 13

РАДИОВЕЩАНИЕ (РВ)

РВ - это передача информационных сообщений (речи, музыки) пос­редством радиоканала с одной вещательной станции на множество индивидуальных приемных станций. РВ осуществляется, в настоящее время, на всех диапазонах длин волн до 120 МГц. Мощности радиопередающих уст­ройств для РВ очень большие:

ДВ, СВ - 100 кВт

КВ - 1 кВт - 50 кВт

УКВ - до 5 кВт

Мощности приемных устройств колеблются в очень широких пределах:

отВт (чувствительность приемника). Чем лучше чувстви­тельность на приемнике, тем меньшую мощность он может принять.

Радиоприемные устройства бывают двух классов:

1) Простые - приемники прямого усиления.

2) Сложные (супергетеродинные) - например "Олимпик"

Лекция N 14

МАГНИТНАЯ ЗАПИСЬ (МЗ) И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ

В основу магнитной записи положено свойство магнитной ленты на­магничиваться в магнитном поле и длительное время сохранять остаточное намагничивание. В процессе воспроизведения внешний магнитный поток ленты замыкается через сердечник воспроизводящей головки и индуцирует в ней ЭДС.

Таким образом при воспроизведении головка преобразует энергию движущегося магнитного поля ленты в электроэнергию. При уменьшении длины волны записи (увеличении частоты) до величины соизмеримой с ши­риной рабочего зазора головки ЭДС снижается до нуля. Записывающая го­ловка преобразует электрические колебания звуковой частоты в колебания магнитного поля, мимо которого протягивается магнитная лента. При воспроизведении звука лента с записью движется относительно зазора воспроизводящей головки, создавая в нем магнитное поле.

В головке магнитное поле изменяется в соответствии с намагничен­ностью ленты, а в обмотке головке создает ЭДС пропорционально частоте записанного сигнала. В результате по обмотке протекает ток, который усиливается до определенного уровня и в виде звуковых сигналов воспро­изводится громкоговорителем.

Для улучшения качества записи в магнитную головку вместе с током звукового сигнала подается ток высокой частоты (40-80 кГц), который называется током подмагничивания. Он служит для разрушения связей элементарных частиц. Обычно ток подмагничивания в несколько раз больше тока записываемого сигнала.

На качество записи влияет ширина зазора головки, качество ее гра­ней и скорость движения ленты. Чем меньше зазор записывающей головки, тем лучше получится запись в высоких частотах. Качество также улучша­ется при большой скорости движения ленты.

Лекция N 15

ХАРАКТЕРИСТИКИ БЫТОВЫХ МАГНИТОФОНОВ

Магнитофоны подразделяются на бытовые и профессиональные. Быто­вые, в свою очередь, подразделяются на: стационарные, бытовые, минимагнитофоны, плейеры, катушечные, кассетные, монофонические, стереофонические, квадрофонические.

Качество магнитофона определяется его основными параметрами: ме­ханическими, электрическими, акустическими и эксплуатационными.

Механические параметры определяются конструкцией магнитофона и качеством лентопротяжного механизма. К механическим параметрам отно­сятся: скорость движения ленты, изменения ее во время записи и воспро­изведения, неравномерность движения ленты, скорость перемотки ленты.

Скорость движения ленты характеризуется длиной ленты, проходящей мимо головки в единицу времени. Скорость движения ленты в магнитофонах имеет свои стандарты (см/сек): 38,1; 19,05; 9,53; 4,76; 2,38.

Скорости 19,05 (см/сек) и 9,53 (см/сек) относятся к бытовым кату­шечным магнитофонам, а скорость 4,76 (см/сек) к кассетным магнитофонам.

Изменение скорости движения ленты может произойти в следствии из­менения натяжения в приемном и подающем узлах, а также при изменении

скорости подающего двигателя.

Колебания скорости движения ленты (неравномерность) обусловлены биением вращающихся деталей механизмов и упругих продольных колебаний ленты.

Непериодические колебания ленты вызваны переменным трением в под­шипниках, фрикционных узлах, а также заеданием ленты в узлах магнитофона.

Колебание скорости ленты характеризуется детонацией. Наиболее ощутима на слух детонация с частотой 2-6 Гц, которая воспринимается как плавание звука.

Электрические параметры: входная чувствительность, частотная ха­рактеристика, относительный уровень стирания, напряжение питания и потребляемая мощность.

Входная чувствительность характеризуется величиной напряжения, которое необходимо подать на вход магнитофона для получения номинального уровня записи на магнитной ленте.

Динамический диапазон - это отношение максимального и минимально­го уровней сигнала на выходе магнитофона (измеряется в децибелах). Он ограничивается сверху максимальным уровнем сигнала, при котором линей­ные искажения не превышают заданной величины, а снизу ограничивается уровнем шумов.

Относительный уровень шумов определяется величиной напряжения на выходе магнитофона при отсутствии сигнала к напряжению на том же выхо­де при воспроизведении паузы в записи.

Шумы состоят из:

1) Шумов ленты;

2) Шумов канала воспроизведения;

3) Помех усилителя записи;

Наибольшее влияние оказывают шумы ленты, вызванные неоднород­ностью структуры рабочего магнитного поля. Шумы ленты увеличиваются, если ток подмагничивания меньше относительного или номинального и его форма несимметрична.

Шумы канала записи состоят из шумов усилителя записи.

Шумы канала воспроизведения складываются из шумов усилителя, воспроизводящей головки и источников питания.

Частотные искажения (ЧИ) при воспроизведении обычно вызываются неодинаковым уровнем намагничивания ленты на различных частотах. При записи элементарные диполи (магнетики) ориентируются навстречу друг другу, стремясь к тому, чтобы их длина была равна половине длины запи­сываемой волны.

ЧИ вызывают также перекос рабочих зазоров головок, что приводит к завалу высоких частот (ухудшению звучания). Аналогично действует неп­лотное прилегание ленты к головкам. На величину ЧИ влияет и ток подмагничивания.

Лекция N 16

ФОРМИРОВАНИЕ ТЕЛЕВИЗИОННОГО СИГНАЛА

Сигналы изображения и звукового сопровождения передаются на двух различных частотах, расположенных рядом. Интервал между несущей часто­той звука и изображения составляет 6,5 МГц. Ширина полосы, которую за­нимают обе частоты составляет 8 МГц. Совокупность всех строк на экране составляет 1 кадр. Также как и строки кадры с течением времени следуют один за другим. Чем больше строк в одном кадре и чем больше кадров в 1 секунде, тем четче будет изображение.

Число строк в одном кадре - 625

Частота кадров - 25 Гц

Частота строк - 15625 Гц

ЧЕРЕЗСТРОЧНАЯ РАЗВЕРТКА

Если передавать телевизионный сигнал с частотой кадров 50 Гц при 625 строках, то потребуется полоса частот 12,5 МГц. Если уменьшить число кадров до 25, то это приведет к появлению заметного мелькания изображения

В черезстрочной развертке кадр делится пополам по 312,5 строк в каждом полукадре. Строки укладываются между собой. Все нечетные строки относятся к первому полукадру, а все четные ко второму.

ПОЛНЫЙ ТЕЛЕВИЗИОННЫЙ СИГНАЛ

Кроме сигналов изображения и синхросигналов полный телевизионный сигнал содержит гасящие импульсы, предназначенные для гашения луча ки­нескопа во время обратного хода. Гасящий импульс имеет уровень, соот­ветствующий уровню черного изображения. Чтобы синхроимпульсы не созда­вали помех, их уровень установлен еще ниже уровня гасящих импульсов.

Синхросигнал - сигнал, передаваемый для синхронизации работы раз­личных телевизоров (блока развертки).

Аналогичную структуру имеет и кадровый гасящий импульс. С целью уменьшения влияния помех, телевизионные передачи ведутся негативным сигналом. Чем больше по напряжению амплитуда сигнала, тем меньше яр­кость изображения.

Таким образом, сильные импульсные помехи создают на экране темные точки, которые менее заметны для глаз, чем светлые.

АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ

Для передачи на расстояние без проводов речи, музыки, изображения используется переменное напряжение высокой частоты (свыше 100 кГц), излучаемое в пространстве антенной радиопередатчика. Чтобы осуществить

радиотелефонную передачу сигнала, амплитуда высокой частоты передатчика или его частота должна меняться по закону низкой (звуковой) частоты.

Амплитудная модуляция характеризуется коэффициентом глубины мо­дуляции (m), который выражает отношение приращения амплитуды высокой частоты (dUm) к ее среднему значению (Um):

m= dUm/Um * 100%

В процессе радиопередачи он может меняться от 0 до 80 процентов

Более увеличивать нецелесообразно, так как могут появляться нелиней­ные искажения сигнала низкой частоты.

Если модуляцию высокой частоты произвести сигналом одной ка­кой-либо низкой частоты (Fн), то промодулированный сигнал будет представлять совокупность трех частот: несущей, верхней боковой и нижней боковой. Если же модуляцию произвести целым спектром частот, то полу­чится спектр высоких частот с верхней и нижней боковыми полосами. Поэтому один вещательный радиопередатчик занимает в высокочастотном диа­пазоне полосу шириной не менее 10 кГц.

К преимуществу амплитудной модуляции можно отнести относительно узкую полосу частот, занимаемую радиопередатчиком в высокочастотном

диапазоне, к недостаткам - слабую помехозащищенность.

ЧАСТОТНАЯ МОДУЛЯЦИЯ

При частотной модуляции высокая частота генератора отклоняется от своего среднего значения по закону низкой частоты, а амплитуда остает­ся постоянной. Отклонение высокой частоты называется девиацией и зави­сит от амплитуды сигнала низкой частоты. Чем больше амплитуда низкой частоты, тем большую величину отклоняется от своего среднего значения высокая частота. Частота генератора увеличивается при положительной и уменьшается при отрицательной амплитуде низкой частоты. В вещательных передатчиках обычно величина девиации не превышает 150 кГц в одну сто­рону. Таким образом, полоса занимаемых частот в высокочастотном диапа­зоне составляет примерно 300 кГц. Поэтому частотная модуляция применя­ется при вещании в ультракоротковолновом диапазоне.

К преимуществам частотномодулированного сигнала можно отнести его помехозащищенность, к недостаткам - широкую полосу, занимаемую в диа­пазоне высокой частоты.

ИМПУЛЬСНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

Кратковременное отклонение напряжение от некоторого постоянного значения называется импульсным. Оно имеет различную форму и полярность и сходно с синусоидальным напряжением.

Длительность импульса (tи) - это промежуток времени, взятый на уровне 0,5 амплитуды - наибольшего значения напряжения импульса (Um) данной формы. За период повторения импульсов принимают время (Т) между началом двух соседних однополярных импульсов. Частота повторения им­пульсов связана с периодом соотношением: f=1/Т. Оно измеряется в таких же единицах, что и синусоидальный ток.

Путем сложения некоторого количества синусоидальных колебаний оп­ределенной частоты (амплитуды и фазы) можно получить импульсное напря­жение любой формы, в том числе и прямоугольной.

Чем большее количество нечетных гармоник будет склады­ваться, тем точнее их сумма приближается по форме к прямоугольному им­пульсу. Из этого можно сделать вывод, что схема, предназначенная для

усиления прямоугольных импульсов, должна равномерно усиливать все час­тоты, оказывающие существенное влияние на формирование импульса. Если

схема без искажения пропускает все основные гармоники спектра сложных колебаний, то форма импульса также не исказится.

РАДИОПРИЕМНИКИ

Технические параметры радиоприемников

Любой радиоприемник должен удовлетворять определенным требованиям, которые позволяют использовать его по назначению. Бытовые вещательные радиоприемники характеризуют следующие основные технические параметры: выходная мощность, чувствительность, диапазон частот, нелинейные и частотные искажения.

Выходная мощность - это мощность, которую радиоприемник отдает в нагрузку или громкоговорителю при соответствующей величине сигнала на входе радиоприемника.

Чувствительность - это способность обеспечить номинальную выход­ную мощность при малой величине сигнала на входе.

Избирательность - это способность радиоприемника выделять из мно­гих сигналов, отличающихся по частоте, сигнал принимаемой радиостан­ции.

Диапазон частот - это участок спектра радиочастот, ограниченный верхней и нижней частотами, в пределах которого обеспечивается прием сигналов.

Нелинейные и частотные искажения определяют качество воспроизве­дения сигнала и зависят в основном от усилительных каскадов радиопри­емника.

БЛОК-СХЕМА СУПЕРГЕТЕРОДИННОГО РАДИОПРИЕМНИКА

1) Входные цепи

2) Усилитель высокой частоты

3) Преобразователь

4) Усилитель промежуточной частоты

5) Детектор

6) Усилитель низкой частоты

7) Громкоговоритель

8) Гетеродин

С антенны сигнал поступает на входные контуры и усилитель высокой частоты, которые предназначены для выделения полезного сигнала и уси­ления его до необходимой величины, откуда он подается на преобразова­тель, куда подается и сигнал с гетеродина , представляющего собой гене­ратор синусоидальных колебаний. Частота гетеродина выше частоты вход­ного сигнала на 465 кГц.

С преобразователя сигнал подается на усилитель промежуточной час­тоты, который обычно состоит из нескольких каскадов полосовых усилите­лей. Усиленный до необходимой величины сигнал с УПЧ поступает на де­тектор, который отделяет низкую (звуковую) частоту от промежуточной частоты. С детектора сигнал поступает на усилитель низкой частоты и усиливается до необходимой мощности, после чего подается на громкого­воритель.

ВХОДНЫЕ ЦЕПИ РАДИОПРИЕМНИКА

К входным цепям радиоприемника относится система контуров, соеди­няющая антенну со входом первого каскада. Входные цепи должны создать на входе первого каскада наибольшее напряжение полезного сигнала и от­фильтровать напряжение всех остальных частот. Антенны могут иметь меж­ду собой индуктивную, емкостную или индуктивно-емкостную связь. Чтобы получить равномерный коэффициент передачи сигнала по всему диапазону, целесообразно применять индуктивно-емкостную связь контура с антенной.

Весь спектр высоких частот в радиоприемнике разбивается на диапа­зоны, каждый из которых имеет свой контур. При переключении диапазонов один определенный контур подключается ко входу первого каскада радиоп­риемника. К нему подключается также конденсатор переменной емкости для плавной настройки на соответствующую частоту. Разбивка на диапазоны делается потому, что конструктивно невозможно выполнить настройку од­ним контуром на весь спектр радиочастот.

Иногда бывает необходимость увеличить плавность настройки прием­ника на коротких волнах. Для этого коротковолновый диапазон делят на несколько поддиапазонов. Но переменная емкость имеет определенную мак­симальную величину, поэтому на коротких волнах, где емкость контура принимает малые величины, возникают определенные трудности применения ее в контуре. С целью искусственного уменьшения емкости контура на КВ - диапазоне конденсаторы включают последовательно.

ПРИЕМ ЦВЕТНЫХ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ ПЕРЕДАЧ

При разработке техники цветного телевидения необходимо было ре­шить вопрос о возможности совмещения его с черно-белым телевидением. Конкретное решение заключалось в возможности приема черно-белых пере­дач в цветном изображении цветными телевизорами, а также в возможности

приема цветных передач в черно-белом изображении черно-белыми телевизо­рами. Трудности решения этой задачи заключались в том, что необходимо было дополнительно передавать сигналы цветовой информации без расшире­ния полосы частот телевизионного канала. Это наложило свой отпечаток на схемные решения цветного телевизионного приемника.

Цветные телевизионные приемники имеют ряд существенных отличий от телевизионных приемников черно-белого изображения. Для воспроизведения цветных телевизионных передач необходим специальный кинескоп цветного изображения. В схему обычного черно-белого телевизионного приемника необходимо ввести специальный блок выделения сигнала цветовой информа­ции и различные вспомогательные схемы.

ОСОБЕННОСТИ ВОСПРИЯТИЯ ЦВЕТНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ

Свет представляет собой электромагнитные колебания с длиной волн 0,5-0,7 мкм, воспринимаемые глазом в виде различных цветов от фиолето­вого до красного. С помощью призмы белый цвет можно разложить и полу­чить соответствующий спектр цветов, плавно переходящих друг в друга. Затем эти цвета можно снова сложить и получить белый цвет.

Опытным путем установлено, что чувствительность глаза неодинакова к лучам света с различной длиной волны и что глаз обладает наибольшей чувствительностью к зеленому цвету с длиной волны около 0,555 мкм.

Практически любой цвет можно получить путем смещения трех основ­ных: красного R, зеленого G, синего B. Чтобы получить белый цвет, не­обходимо три основных цвета сложить в следующей пропорции: У=0,59G+0,3R+0,11B. Опытным путем установлено, что зрение человека не различает цвета мелких деталей, а фиксирует их по яркостному различию. При этом синие детали теряют свою окраску раньше, чем красные, а крас­ные - раньше, чем зеленые. Когда же размеры деталей всех цветов достаточно малы, они все воспринимаются как серые.

Учитывая эту особенность человеческого зрения, можно уменьшить объем информации о цветности мелких деталей без ухудшения качества изображения. Но при таком условии обязательно должна передаваться пол­ная информация о яркости мелких деталей. Поэтому система цветного те­левидения - это передача черно-белого изображения, средние и крупные детали которого имеют цветовую окраску.

СИСТЕМА ЦВЕТНОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ СЕКАМ

Для совмещения цветовой и черно-белой информации в телевизионных передачах сигнал изображения претерпевает ряд существенных изменений. В начале для получения яркостной информации сигналы цветовой информации необходимо сложить в следующей пропорции: Еу= 0,59Eg + 0,3Er + 0,11Eb.

Для повышения качества цветных передач целесообразно передавать цветоразностные сигналы. Эти операции осуществляет формирователь сиг­налов. Цветоразностные сигналы не несут информации о яркости и мини­мально мешают воспроизведению черно-белого изображения:

Еr-y=0,75Еr-0,59Eg-0,11Еb; Eb-y=0,89Eb-0,3Er-0,59Eg.

Так как яркостный сигнал представляет собой сумму трех цветовых сигналов, то, имея в наличии два цветовых сигнала и сигнал яркости, всегда можно получить третий цветовой сигнал путем вычитания двух цве­товых сигналов из яркостного. Это дает возможность исключить передачу сигнала зеленого цвета. Для еще большего уплотнения информации полосы частот цветовых сигналов, цветоразностные сигналы красного и синего цветов в системе СЕКАМ передаются поочередно. Во время передачи четных строк передаются красные цветоразностные сигналы, нечетных - синие.

БЛОК-СХЕМА ФОРМИРОВАНИЯ ЦВЕТНОГО ТЕЛЕВИЗИОННОГО СИГНАЛА

1) Объектив

2) Формирователь сигналов (Er - y; Eb-y; Ey)

3) ЧМ-генератор поднесущей

4) Суммирующее устройство

Прежде чем промодулировать цветовую поднесущую частоту, сигналы цветовой информации претерпевают ряд существенных изменений. После электронного коммутатора они поступают в цепь низкочастотных предискажений. В результате воздействия этой цепи на участках резких перепадов уровня сигнала возникают выбросы (пики напряжений), амплитуда которых достигает утроенного значения входного напряжения сигнала. Сохранить эти перепады невозможно из-за ограниченных пределов девиации частоты при частотной модуляции поднесущей. Поэтому эти пики срезаются ограни­чителем на уровнях, соответствующих предельной девиации.

Ограничение пиков приводит к потере части цветовой информации, но зато повышает помехоустойчивость цветового сигнала. Наиболее заметнее просматривается потеря цветовой информации из-за ограничения пиков при передаче вертикальных цветовых полос. По этой причине границы между цветовыми переходами синей и красной, желтой и голубой полосами полу­чаются нечеткими. Это объясняется тем, что именно в этих местах пики получаются наибольшими и ограничиваются сильней.

Поднесущая частота цветности модулируется сигналами цветовой ин­формации по частоте. Она должна быть уложена в спектр яркостного сиг­нала 6,0 МГц, не расширяя его и создавая минимум помех черно-белому изображению. Для обеспечения наилучшей совместимости в качестве подне­сущей частоты наиболее подходит частота 4,5 МГц. При частотной модуля­ции полоса частот цветовой информации будет составлять 1,5 МГц. Конк­ретно для цветовой информации синего цвета используется поднесущая частота 4,250 МГц, а для цветовой информации красного цвета - 4,406 МГц. В соответствии с этими частотами выбраны следующие девиации час­тот: fb+500 кГц, fb-350 кГц - для синего цвета, fr+350 кГц, fr-500 кГц

Для красного цвета.

Промодулированный по частоте сигнал цветовой поднесущей пропуска­ется через фильтр высокочастотных предискажений. Цепь предискажений уменьшает уровень цветовых поднесущих, в результате чего уменьшается помеха в сигнале черно-белого изображения от цветовых поднесущих. В цепи высокочастотных предискажений цветовая поднесущая подвергается амплитудной модуляции в силу того, что ее коэффициент передачи различен

для различных частот. В таком виде поднесущая частота цветоразностных

сигналов складывается с яркостным сигналом в суммирующем устройстве.

На осциллограммах можно увидеть сигнал цветных полос двух смежных строк: Ur-y, Ub-y. Средние составляющие поднесущих частот сигналов цветности соответствуют уровням сигналов яркости каждой полосы. На задних площадках строчных гасящих импульсов размещаются пакеты подне­сущих частот. Размах этих сигналов для строки Ur-y больше, чем для строки Ub-y, и выбран с таким расчетом, чтобы обеспечить правильность

работы дискриминаторов декодирующего устройства в телевизионном прием­нике.

Так как сигнал цветности передается поочередно через строку, для опознавания этих строк в телевизионном приемнике передаются сигна­лы цветовой синхронизации. Эти сигналы передаются во время гасящих им­пульсов после кадрового синхронизирующего и выравнивающих импульсов в течении девяти строк с 7 по 15 строку и с 320 по 328 строку. Они представляют собой пакеты поднесущей частоты цветности, промодулиро­ванные по частоте, импульсы положительной полярности для красного и отрицательной для синего цвета. Оглавление

Для оценки систем радиосвязи используют ТТХ, представляющие совокупность числовых показателей, определяющих основные свойства системы и её возможности по передаче информации с заданными свойствами в заданное время при определенных условиях.

ТТХ можно разделить на 3 группы:

оперативно-тактические характеристики;

технические характеристики;

конструктивно-эксплуатационные характеристики.

Эти характеристики определяются схемным исполнением аппаратуры системы связи.

Тракты формирования и обработки сигналов по своему техническому исполнению идентичны трактам аппаратуры проводной связи.

Специфика характеристик системы радиосвязи определяется используемым каналом радиосвязи. Рассмотрим его более подробно.

Канал радиосвязи или радиоканал образуется совокупностью технических средств и среды распространения радиоволн и представляет собой тот путь, по которому обеспечивается передача радиосигнала (модулирующего ВЧ сигналы) на расстояние.

Совокупность технических устройств и среды распространения сигнала, образующая сигнал связи, основной частью которого является канал радиосвязи, называется линией радиосвязи .

Линия радиосвязи может быть одноканальной и многоканальной.

Свойства канала радиосвязи (особенности).

1. Канал радиосвязи может обладать очень большим затуханием, достигающим 140 ÷ 160 дб. Мощность сигнала на входе приемной части канала часто измеряется величинами 10 – 10 ÷ 10 – 14 Вт., т.е. очень мала.

Для надежной работы оконечной аппаратуры требуется мощность единицы Ватт и более.

Это значит, приемная аппаратура должна иметь КУ не менее 10 10 ÷ 10 14 по мощности или 10 5 ÷ 10 7 пол напряжению.

2. Затухание канала радиосвязи является переменным в широких пределах. Это создает трудности в обеспечении постоянного уровня выходного сигнала, затрудняется дуплексная связь, возможно самовозбуждение канала, большие трудности для связи с подвижными объектами, в горах, в городах.

3. Затухание канала является переменным в силу изменчивости параметров земной атмосферы. Это наиболее заметно в диапазоне КВ при отражении от ионосферы, что обусловлено флуктуациями ионосферы.

4. Неизбежность взаимных помех радиостанций, приводящих к потере части информации:

естественные помехи;

промышленные помехи;

намеренные помехи.

Необходимость решения проблемы совместимости электромагнитных полей.

5. Радиоканал вносит искажения в передаваемый сигнал за счет ограничения его спектра частот.

Необходимость максимального ограничения спектра вызывается:

недостаточной емкостью частотного диапазона;

стремлением уменьшить вероятность попадания посторонних помех в полосу радиоканала.

6. Эффект Допплера.

f = f o + F д F д ~

Итак : радиоканал характеризуется широким диапазоном быстрых и медленных изменений затухания и действием большого количества помех от внешних источников.

Технические характеристики каналов радиосвязи

Полоса частот, пропускаемая радиоканалом

Характеристика нелинейных искажений.

1. Полоса частот

Для разделения радиоканалов необходимо ограничить полосу частот, отводимую каждому радиоканалу. Эта полоса определяется шириной спектра передаваемого радиосигнала и учитывает возможную частотную нестабильность аппаратуры.

Эффективная ширина спектра – это полоса частот, до которой можно ограничить спектр данного вида сигнала без превышения норм на допустимые искажения.

Ширина полосы частот радиоканала задается приемо-передающей аппаратурой и фильтрами.

Свойства распространения RV оказывают влияние на выбор ширины полосы пропускания (например, скорость распространения при связи с самолетом – полоса должна быть больше из-за эффекта Допплера).

Такие свойства радиоканала, как многолучевость распространения RV и их рассеивание в ионосфере, ограничивают возможность передачи шпс сигналов из-за искажения радиоимпульсов, выраженного в увеличении их длительности.

2. АЧХ

Эта характеристика отражает степень влияния радиоканала на амплитудные соотношения составляющих спектра радиосигнала.

В аппаратурной части радиоканала наибольшие искажения возникают на краях полосы пропускаемых частот, т.к. избирательные системы сигнальных трактов не имеют прямоугольную характеристику.

Приходится расширять полосу пропускания, что приводит к потере помехоустойчивости или её снижению.

АЧХ может изменяться в широких пределах за счет селективных замираний при распространении радиоволн через йоносферу. Существуют методы борьбы с этим.

3. ФЧХ

ФЧХ представляет собой зависимость фазового сдвига составляющих спектра радиосигнала от частоты. Искажения сигнала отсутствуют, когда эта зависимость линейна.

При ограниченной полосе пропускания частот достичь линейности ФЧХ невозможно – она принципиально нелинейна на краях полосы пропускания избирательной системы.

Зависимость качества радиосвязи от нелинейности ФЧХ определяется видом сигнала.

Менее чувствительны - тлф сигналы.

Более чувствительны - дискретные сигналы.

4. Характеристика нелинейных искажений

Это амплитудная характеристика - зависимость амплитуды сигнала на выходе радиоканала от амплитуды на входе.

Нелинейность АX может быть вызвана аппаратурой радиоканала или средой распространения.

Нелинейные искажения ведут к преобразованию спектрального состава радиосигнала. Усложняется проблема ЭМС.

Допустимые нелинейные искажения нормируются.

Степень нелинейных искажений, вызываемых замираниями, зависит от вида сигнала: AM сигнал искажается сильнее, чем ОМ.

Информационные характеристики радиоканала связи:

1.Объем канала

2. Пропускная способность

3. Помехоустойчивость Р о - это вероятность искажения единичного символа - для дискретного р/канала.

В мирное время - 10 – 3

В военное время - 10 – 2

4. Скрытность радиоканала

пространственная;

энергетическая;

частотная;

временная;

организационная;

поляризационная;

структурно-кодовая.

1. Основы радиосвязи. Основы радиосвязи и телевидения

1. Основы радиосвязи

Целью изучения данной темы является ознакомление с общими принципами организации радиосвязи, изучение структурных схем систем радиосвязи, основных функциональных узлов радиопередатчиков и радиоприемных устройств, знакомство с основными техническими показателями приемопередающих устройств.

1.1. Общие принципы организации радиосвязи

Может возникнуть вопрос, нельзя ли для того чтобы передать с помощью радиоволн человеческую речь или музыку, звуковые колебания превратить в электрические, а последние с помощью антенны преобразовать в электромагнитные волны, чтобы затем в приемном пункте электромагнитные волны снова превратить в звуковые?

Звуковые колебания, воспринимаемые человеческим слухом, лежат обычно в полосе частот от 20 до 20 000 Гц, т.е. такие колебания создадут волны длиной от 15 000 до 15км. Антенны же могут эффективно излучать электромагнитные колебания только тогда, когда их размеры соизмеримы с длиной волны.

Однако сами по себе колебания высокой частоты информацию не несут. Посылать их по линии связи бесполезно. Так же бесполезно, как посылать телеграмму с адресом, но без текста: она дойдет сравнительно быстро, но ее получатель сведений не получит.

Таким образом, в нашем распоряжении есть сообщение, содержащее информацию, но не способное дойти до получателя. Есть и высокочастотное колебание, которое найдет своего получателя, но не принесет ему информацию. Как соединить вместе необходимые качества сообщения и безынформативного колебания?

Единственный способ - попытаться наложить на высокочастотное колебание отпечаток сообщения, т.е. использовать высокочастотное колебание лишь в роли переносчика сообщения, содержащего информацию. С этой целью нужно изменять один или несколько признаков (параметров) несущего колебания в соответствии с изменениями сообщения. Тогда мы получим высокочастотное колебание с меняющимися во времени параметрами по закону передаваемого сообщения. Рассмотренный процесс называется модуляцией.

Рисунок 1.1. Структурная схема радиолинии

На рисунке 1.1 приведена упрощенная структурная схема радиолинии. Передаваемое сообщение поступает на преобразователь (микрофон, телевизионную камеру или телеграфный аппарат), который преобразует его в электрический сигнал. Последний поступает на радиопередающее устройство, состоящее из модулятора (М), синтезатора несущей частоты (СЧ) и усилителя модулированных колебаний (УМК). С помощью модулятора один из параметров высокочастотного колебания изменяется по закону передаваемого сообщения. С помощью антенны (А) энергия радиочастотных колебаний передатчика излучается в тракт распространения радиоволн.

На приемном конце радиоволны наводят ЭДС в антенне. Радио-приемное устройство с помощью селективных (избирательных) цепей (СЦ) отфильтровывает сигналы от помех и других радиостанций. В детекторе (Д) происходит процесс, обратный модуляции, – выделение из модулированных колебаний исходного электрического сигнала, который управлял радиопередатчиком. С помощью преобразователя (громкоговорителя, телеграфного аппарата, приемной телевизионной трубки) электрический сигнал связи преобразуется в сообщение, доставляемое абоненту.

Рассмотренная радиолиния обеспечивает одностороннюю передачу сообщения, что приемлемо только в службах оповещения. Одностороннюю радиосвязь представляет собой, в сущности, и радиовещание, хотя в этом случае прием ведется не в одном, а во множестве пунктов. Прием во многих пунктах ведется также при циркулярной передаче: распоряжения передаются многим исполнителям; сообщения передаются из пресс-центра редакциям газет и т.д.

Для организации двусторонней радиосвязи в каждом пункте надо иметь и передатчик и приемник. Если при этом передача и прием на каждой радиостанции осуществляются поочередно, то такая радиосвязь называется симплексной (рисунок 1.2, а ). Двусторонняя радиосвязь, при которой связь между радиостанциями реализуется одновременно, называется дуплексной (см. рис. 1.2, б ).

При дуплексной радиосвязи передача в одном и другом направлениях ведется, как правило, на разных несущих частотах. Это делается для того, чтобы приемник принимал сигналы только от передатчика с противоположного пункта и не принимал сигналов собственного передатчика.

Для радиосвязи на большие расстояния применяют радиопередатчики мощностью в десятки и сотни киловатт. Поэтому, хотя при дуплексной связи приемник настраивается не на ту частоту, на которую настроен свой передатчик, трудно обеспечить его нормальную работу вблизи мощного передатчика. Исходя из этого приемник и передатчик приходится размещать на расстоянии в десятки километров друг от друга.

Симплексная связь используется, как правило, при наличии относительно небольших информационных потоков. Для объектов с большой нагрузкой характерна дуплексная связь.

Если необходимо иметь радиосвязь с большим числом объектов, то организуется так называемая радиосеть (рисунок 1.3). Одна радиостанция, называемая главной (ГР), может передавать сообщения как для одного, так и для нескольких подчиненных объектов. Ее радист-оператор следит за порядком в радиосети и устанавливает очередность работы на передачу подчиненных станций (ПР). Последние при соответствующем разрешении могут обмениваться информацией не только с ГР, но и между собой. Этот вариант организации радиосети может быть построен на основе как сложного симплекса (рисунок 1.3, а), так и сложного дуплекса (рисунок 1.3, б). В первом случае возможно использование совмещенных приемопередатчиков и общей рабочей радиоволны (частоты). Во втором случае ГР ведет передачу на одной частоте, а принимает на нескольких (по числу подчиненных радиостанций). Несмотря на различие в частотах приема и передачи, здесь, как и при простом дуплексе, необходимо располагатьприемник и передатчик на удалении друг от друга. Иначе из-за помех, создаваемых передающим устройством, одновременный прием сообщений может стать невозможным.

Рисунок 1.3. Структурные схемы радиосетей:

а – сложный симплекс; б – сложный дуплекс.

Центры крупных промышленных районов соединяются линиями радиосвязи со многими пунктами. В этих условиях передатчики и передающие антенны располагают на радиостанции, которую называют передающим радиоцентром. Приемники и приемные антенны располагают на приемном радиоцентре.

Процессы в электроэнергетических сооружениях, на электрифициро-ванных железных дорогах, в электрических установках и бытовых электроприборах, множество которых имеется в городах, связаны с излучением электромагнитных волн. Поскольку эти излучения могут быть помехами радиоприему, приемный радиоцентр обычно помещается в стороне от населенных пунктов и железных дорог. Для соединения источников сообщения с радиопередатчиками и радиоприемниками и контроля качества радиосвязи в городах оборудуют радиобюро.

1.2. Радиопередающие устройства

Основные функциональные узлы радиопередатчика. Схема и конструкция радиопередатчика зависят от различных факторов: назначения, диапазона рабочих волн, мощности и т.д. Тем не менее можно выделить некоторые типичные блоки, которые с теми или иными вариациями имеются в большинстве передатчиков.

Структура передатчика (рисунок 1.4) определяется его основными общими функциями, к которым относятся:

• получение высокочастотных колебаний требуемой частоты и мощности;

• модуляция высокочастотных колебаний передаваемым сигналом;

• фильтрация гармоник и прочих колебаний, частоты которых выходят за пределы необходимой полосы излучения и могут создать помехи другим радиостанциям;

• излучение колебаний через антенну.

Рисунок 1.4. Функциональная схема радиопередатчика.

Остановимся более подробно на требованиях к отдельным функциональным узлам радиопередатчика.

Генератор высокой частоты, часто называемый задающим или опорным генератором, служит для получения высокочастотных колебаний, частота которых соответствует высоким требованиям к точности и стабильности частоты радиопередатчиков.

Синтезатор преобразует частоту колебаний опорного генератора, которая обычно постоянна, в любую другую частоту, которая в данное время необходима для радиосвязи или вещания. Стабильность частоты при этом преобразовании не должна существенно ухудшаться. В отдельных случаях синтезатор частоты не нужен, например если генератор непосредственно создает колебания нужной частоты. Однако с синтезатором легче обеспечить требуемую высокую точность и стабильность частоты, так как он, во-первых, работает на более низкой частоте, на которой легче обеспечить требуемую стабильность; во-вторых, он работает на фиксированной частоте. Кроме того, современные синтезаторы приспособлены для дистанционного или автоматического управления синтезируемой частотой, что облегчает общую автоматизацию передатчика.

Промежуточный усилитель высокой частоты, следующий за синтезатором, необходим по следующим причинам:

• благодаря промежуточному усилителю с достаточно большим коэффициентом усиления от опорного генератора и синтезатора не требуется значительной мощности;

• применение промежуточного усилителя между синтезатором и мощным усилителем ослабляет влияние на генератор и синтезатор возможных регулировок в мощных каскадах передатчика и в антенне.

Усилитель мощности (его называют генератором с внешним возбуждением ) увеличивает мощность радиосигнала до уровня, определяемого требованиями системы радиосвязи. Главным требованием к усилителю мощности является обеспечение им высоких экономических показателей, в частности коэффициента полезного действия.

Выходная цепь служит для передачи усиленных колебаний в антенну, для фильтрации высокочастотных колебаний и для согласования выхода мощного оконечного усилителя с антенной, т.е. для обеспечения условий максимальной передачи мощности.

Модулятор служит для модуляции несущих высокочастотных колебаний передатчика передаваемым сигналом. Для этого модулятор воздействует в зависимости от особенностей передатчика и вида модуляции (амплитудная, частотная, однополосная и др.) на один или несколько блоков из числа обведенных пунктиром на рисунке 1.4. Например, частотная модуляция может получаться в синтезаторе частоты либо (реже) в генераторе высокой частоты; амплитудная модуляция получается воздействием на мощный и промежуточный усилители.

Устройство электропитания обеспечивает подведение ко всем блокам токов и напряжений, необходимых для нормальной работы входящих в их состав транзисторов, ламп и прочих электронных элементов, а также систем автоматического управления, устройств защиты от аварийных режимов и прочих вспомогательных цепей и устройств. Система электропитания содержит выпрямители, электромашинные генераторы с двигателями внутреннего сгорания, аккумуляторы, инверторы (преобразователи) низкого постоянного напряжения в более высокое или обратно, трансформаторы, коммутационную аппаратуру, резервные источники питания и устройства для автоматического перехода с основного источника на резервный в случае неисправностей и т.п.

На рисунке 1.4 не показаны многочисленные объекты вспомога-тельного оборудования, входящие в состав передатчика (особенно мощного), например средства автоматического и дистанционного управления; контрольно-измерительные приборы, устройства дистанционного контроля и сигнализации; устройства защиты и блокировки, выключающие цепи высокого напряжения при аварийных режимах или опасности для обслуживающего персонала и др.

Радиопередатчики диапазонов километровых, гектометровых и декаметровых волн обычно размещаются группами на специальных предприятиях – передающих радиостанциях. При большом числе передатчиков радиостанции называются радиоцентрами. Радиовещательные передатчики метровых и дециметровых волн, кaк правило, размещаются вместе с передатчиками телевизионного вещания. Предприятия связи, на которых установлены эти передатчики, называются радиотелевизионными передающими станциями (центрами).

Технические показатели радиопередатчиков. К основным показателям радиопередатчика относятся: диапазон волн, мощность, коэффициент полезного действия, вид и качество передаваемых сигналов.

В соответствии с классификацией волн различают передатчики километровых, гектометровых, декаметровых и других волн. С этим различием связаны соответствующие особенности конструкций, так как в разных диапазонах различны конструкции колебательных контуров и типов усилительных элементов. Передатчик может работать на одной или нескольких выделенных для него фиксированных волнах, либо он может настраиваться на любую длину волны в непрерывном диапазоне волн.

Мощность передатчика обычно определяется как максимальная мощность высокочастотных колебаний, поступающая в антенну при отсутствии модуляции, при непрерывном излучении. Однако этой характеристики недостаточно для оценки мощности радиопередатчика. Дело в том, что в технике радиосвязи часто приходится иметь дело с сигналами, напряжение которых изменяется в очень широких пределах и в сравнительно короткие промежутки времени может принимать значения, в несколько раз превосходящие средний уровень. Характерным примером подобного режима может служить радиолокационный передатчик, излучающий импульсы длительностью около 1 мксек, разделенные интервалами около 1 мсек, т.е. в 1000 раз большей длительности. Если бы при проектировании передатчика расчет велся на то, что в моменты этих выбросов мощность излучения соответствовала бы номинальной мощности, то фактическая средняя мощность излучения была бы во много раз меньше. Передатчик был бы использован значительно слабее своих возможностей, а при необходимости обеспечить большую дальность радиосвязи потребовалось бы применить передатчик значительно большей мощности.

В системах радиовещания промежутки времени, в которые амплитуда колебаний достигает максимальных значений, занимают обычно большую часть общего времени работы передатчика (например, 10-20%), длительность их доходит до десятков миллисекунд, но и в этом случае описанное временное форсирование передатчика возможно, хотя и в меньших пределах.

В соответствии с изложенным мощность передатчика, помимо цифры максимальной мощности, при непрерывной работе характеризуют значениями пиковой мощности, которая может быть обеспечена в течение ограниченных промежутков времени. Например, если средняя мощность передатчика при непрерывной работе 100 кВт, то она может доходить до 200 кВт, если длительность импульсов не превышает интервалов между ними.

Важнейшими показателями радиопередатчика являются стабильность излучаемой им частоты и уровень побочных излучений. Дело в том, что если строго соблюдается присвоенная данному передатчику частота сигнала, то настроенный на эту частоту приемник начинает принимать передаваемые сигналы тотчас после включения, не требуя подстроек; это способствует удобству эксплуатации и высокой надежности радиосвязи, а также облегчает автоматизацию оборудования. Кроме того, частотные диапазоны, используемые для радиосвязи и вещания, переуплотнены сигналами одновременно работающих радиостанций, поэтому если частота передатчика отличается от разрешенного значения, то она может приблизиться к частоте другого передатчика, что вызовет помехи приему его сигналов.

По существующим международным нормам отклонение от номинала частоты передатчика для радиосвязи на гектометровых волнах не должно превышать 0,005%; для радиовещательных передатчиков отклонение частоты в этом диапазоне не должно превышать 10 Гц. На декаметровых волнах допустимая нестабильность частоты для передатчиков мощностью более 0,5 кВт равна 15·10 - 6 , что соответствует в диапазоне от 4 до 30 МГц абсолютному отключению частоты от 60 до 450 Гц. Некоторые системы радиосвязи по своему принципу требуют, чтобы стабильность частоты была значительно лучше, чем предусматривается указанными нормами.

Гармоническими излучениями (гармониками) передатчика называются излучения на частотах, в целое число раз превышающих частоту передаваемого радиосигнала.

Известно, что при действии в нелинейной цепи, например двух ЭДС с частотами f 1 и f 2 спектр тока содержит, помимо составляющих с этими частотами и их гармоник, также составляющие с частотами вида mf 1 ± nf 2 , где т и п –целые числа. Это явление и лежит в основе взаимной модуляции; оно обусловлено наличием в передатчике элементов, обладающих нелинейными характеристиками, главным образом транзисторов или электронных ламп.

Интенсивность побочных излучений характеризуется мощностью соответствующих колебаний в антенне передатчика. Например, по действующим международным нормам радиопередатчики на частотах до 30 МГц должны иметь мощность побочных излучений не менее чем в 10000 раз (на 40 дБ) ниже мощности основного излучения и не более 50 мВт.

Показатели, определяющие качество передачи вещательного сигнала (электроакустические показатели), в принципе не отличаются от аналогичных параметров электрического канала вещания, что естественно, поскольку передатчик является частью канала – трактом вторичного распределения.

Некоторое отличие заключается лишь в том, что эти показатели нормируются и измеряются относительно уровня сигнала, соответствующего определенному коэффициенту модуляции сигналом частотой 1000 Гц. Для допустимого отклонения амплитудно-частотной характеристики этот коэффициент равен 50%.

Коэффициент гармоник определяется при коэффициенте модуляции 50, 90, а также 10%, что обусловлено наличием в модуляторе передатчика специфических искажений вида двустороннего ограничения, заметных при большом коэффициенте модуляции, вида центральной отсечки, заметных при малом коэффициенте модуляции. Защищенность от интегральной помехи и от псофометрического шума измеряется относительно уровня модулирующего сигнала, соответствующего 100% модуляции. Эксплуатационный персонал часто употребляет термин уровень шумов, который оценивается в децибелах относительно уровня модулирующего сигнала с частотой 1000 Гц, соответствующего коэффициенту модуляции 100%. Численно он равен величине запрещенности от интегральной помехи, взятой со знаком "минус".

1.3. Радиоприемные устройства

Назначение и классификация радиоприемных устройств. Радиоприемные устройства используют для радиосвязи, звукового и телевизионного вещания, радионавигации, радиолокации, paдио-, телеуправления и т.д. Радиоприемное устройство должно содержать все необходимые узлы для осуществления следующих процессов:

• выделения из всей совокупности электрических колебаний, создаваемых в антенне внешними электромагнитными полями, сигнала от нужного радиопередатчика;

• усиления высокочастотного сигнала;

• детектирования, т.е. преобразования высокочастотного модулированного сигнала в ток, изменяющийся по закону модуляции;

• усиления продетектированного сигнала.

Дальнейшее преобразование сигнала зависит от конкретных особенностей применения радиоприемника. Если, например, приемник предназначен для одноканальной радиотелефонной связи либо звукового или телевизионного вещания, то принятый сигнал после усиления превращается в звук и изображение при помощи телефона, громкоговорителя и приемной телевизионной трубки.

Если приемник предназначен для многоканальной радиосвязи, то продетектированный и усиленный сигнал подводится к оконечному устройству, в котором происходит разделение сигналов по отдельным каналам и, если требуется, дополнительная их обработка.

Применяемые в настоящее время радиоприемники делятся на профессиональные и бытовые. Первые предназначаются для использования на линиях радиосвязи и для решения различных навигационных, телеметрических и других специальных задач. Вторые служат для приема программ звукового и телевизионного вещания.

Радиоприемные устройства можно классифицировать:

• по роду работы (радиотелефонные, радиотелеграфные, телевизионные, радионавигационные, радиолокационные и др.);

• по виду модуляции (с амплитудной модуляцией (AM), частотной модуляцией (ЧМ), однополосной амплитудной модуляцией (ОБП) и т.д.);

• по диапазону волн принимаемых сигналов (километровые, гектометровые, декаметровые и т.д.);

• по месту установки (стационарные, переносные, самолетные, автомобильные и др.);

• по схеме электропитания (от сети постоянного и переменного токов).

Основные показатели радиоприемников. Показатели радиоприемников определяются их назначением. Для радиоприемников разных типов они могут быть различными.

Чувствительность характеризует способность приемника принимать слабые сигналы. Она обычно оценивается наименьшим значением ЭДС или мощностью радиосигнала в антенне, при которой возможен устойчивый прием с нормальным воспроизведением сигнала без недопустимого искажения его помехами.

Чувствительность приемников в зависимости от их назначения может колебаться в широких пределах. Так, чувствительность радиовещательных приемников находится в пределах 50-300 мкВ в зависимости от класса качества. Чувствительность радиолокационных приемников имеет значения порядка 10 -12 - 10 -15 Вт. Для приемников с ферритовой антенной используется понятие чувствительности по напряженности поля. Она имеет значение от 0,3 до 5 мВ/м.

Высокая чувствительность может быть практически реализована лишь в том случае, если уровень внешних помех или собственных шумов на выходе приемника в несколько раз ниже уровня сигнала. Поэтому приемники разных видов необходимо характеризовать не только их чувствительностью, но и так называемой реальной чувствительностью, под которой понимается минимальная ЭДС в антенне, при которой обеспечивается не только нормальная мощность на выходе, но получается определенное превышение уровня сигнала над уровнем внешних помех или собственных шумов.

Избирательностью (селективностью) радиоприемного устройства называется его способность выделять из различных сигналов, отличающихся по частоте, сигнал принимаемой станции. В соответствии с этим избирательность приемника оценивается как относительное ослабление сигналов посторонних радиостанций, работающих на различных волнах, по отношению к сигналам принимаемого передатчика, на волну которого этот приемник настроен. Избирательность осуществляется главным образом входящими в состав приемника колебательными контурами и фильтрами.

Понятие избирательности поясняет рисунок 1.5, на котором показан спектр частот трех радиостанций, из которых две крайние мы рассматриваем как помехи. Из рисунка 1.5 видно, что если фильтры приемника обладают прямоугольной частотной характеристикой, соседние (мешающие) радиостанции не создадут на его выходе никакого сигнала (рисунок 1.5 б). Если же частотная характеристика фильтра далека от идеальной, то на его выходе кроме полез ного сигнала будет прослушиваться помеха (рисунок 1.5 в).

Естественно, что наибольшие трудности представляет ослабление помех от ближайших по частоте посторонних сигналов, т.е. сигналов соседнего частотного канала. Поэтому для оценки качества приемника всегда определяется его селективность в отношении помех соседнего канала.

В первом приближении количественную оценку избирательности можно производить по резонансной характеристике приемника, изображающей зависимость коэффициента усиления от частоты колебаний в антенне. Благодаря применению колебательных контуров и фильтров резонансная характеристика при настройке приемника на какую-либо частоту сигнала имеет вид, подобный рисунку 1.6. Избирательность в отношении помехи на частоте f c определяется вэтом случае как

Где К 0 – коэффициент усиления на частоте настройки; К п – коэффициент усиления на частоте f п.

Селективность удобно определять также в децибелах:

Так как передаваемое сообщение имеет определенную полосу частот, другой не менее важной функцией приемника является прием сигнала высокой частоты со всеми его боковыми частотами, т.е. одновременный прием определенной полосы частот. При этом необходимо, чтобы соотношения между амплитудами составляющих спектра сигнала оставались без изменений. Последнее можно обеспечить лишь при постоянной чувствительности приемника в определенной полосе частот. Поэтому понятно, что идеальная амплитудная частотная характеристика (АЧХ) приемника должна быть прямоугольной. При такой форме приемник одинаково принимает спектр боковых частот полезного сигнала, т.е. полоса пропускания такого устройства однозначно определяется как 2 f . Одновременно приемник с такой АЧХ обладал бы идеальной избирательностью, поскольку не пропускал бы сигналов мешающих станций и помех, частоты которых отличаются на f .

Частотная характеристика реального приемника отличается от прямоугольной. Полосой пропускания в данном случае называют область частот, в пределах которой ослабление спектра принимаемых колебаний не превышает заданного значения. Считается, что искажения будут не заметны на слух, если неравномерность АЧХ в пределах полосы пропускания не превышает 3 дБ. Это соответствует уровню . Именно на этом уровне отсчитывается полоса пропускания. Частотные свойства контура могут быть заданы его добротностью .

Качество воспроизведения принятого сигнала зависит от различного рода искажений сигнала в отдельных каскадах приемника. К этим искажениям относятся частотные, фазовые и нелинейные. На качество принятого сигнала будут влиять также различного рода помехи: атмосферные, промышленные, помехи от соседних по частоте передатчиков, а в диапазонах УКВ - собственные шумы приемника.

Структурные схемы радиоприемников. В настоящее время находят применение приемники прямого усиления, регенеративные, суперрегенеративные, супергетеродинные с одинарным и двойным преобразованиями частоты. Рассмотрим более подробно структурные схемы приемника прямого усиления и супергетеродинного. Ha рисунке 1.7 представлена структурная схема приемника прямого усиления.

Входная цепь (ВЦ) выделяет полезный сигнал из всей совокупности колебаний, наводимых в антенне от различных радиопередатчиков и других источников электромагнитных колебаний, ослабляет мешающие сигналы. Усилитель радиочастоты (УРЧ) усиливает поступающие из входной цепи полезные сигналы и обеспечивает дальнейшее ослабление сигналов мешающих станций. Детектор (Д) преобразует модулированные колебания радиочастоты в колебания, соответствующие передаваемому сообщению: звуковому, телеграфному и др. Усилитель низкой частоты (УНЧ) усиливает продетектированный сигнал по напряжению и мощности до величины, достаточной для приведения в действие оконечного устройства (громкоговорителя, реле, приемной телевизионной трубки и др.). Оконечное устройство (ОУ) преобразует электрические сигналы в исходную информацию (звуковую, световую, буквенную и др.).

Приемник прямого усиления не может обеспечить хорошую избирательность и высокую чувствительность, особенно в ди апазонах коротких и ультракоротких волн. Это объясняется тем, что по мере повышения частоты возрастает полоса пропускания резонансной цепи. Так, полоса пропускания одиночного контура 2f и его добротность Q связаны соотношением , где f с – частота принимаемого сигнала.

На высоких частотах полоса пропускания контура возрастает и кроме полезного сигнала контур будет пропускать помеху.

Заметим, что сделать селективную цепь приемника прямого усиления с прямоугольной или даже близкой к ней характеристикой практически невозможно, так как этот контур должен быть перестраиваемым. Фильтры, обеспечивающие прямоугольные характеристики. - это многоконтурные системы, перестраивать которые одной ручкой настройки невозможно. В связи с этим приемник прямого усиления обладает плохой избирательностью.

От указанных недостатков свободен супергетеродинный приемник (рисунок 1.8). Его отличительной особенностью является использование в нем преобразователя частоты, состоящего из смесителя (С) и гетеродина (Г). На выходе преобразователя мы получаем промежуточную частоту, усиливаемую в дальнейшем усилителем промежуточной частоты (УПЧ).

Преобразователем частоты называется устройство, предназначенное для переноса спектра сигнала из одной области частот в другую без изменения амплитудных и фазовых соотношений между компонентами спектра. Поскольку при таком переносе форма спектра сигнала не меняется, то не будет меняться и закон модуляции сигнала. Изменяется только значение несущей частоты сигнала f с, которая становится равной некоторой преобразованной частоте f пр.

К преобразователю частоты кроме напряжения сигнала с частотой f с, подводится напряжение гетеродина (маломощного автогенератора) с частотой f г. При взаимодействии этих напряжений в преобразователе частоты возникаю составляющие различных комбинационных частот, из которых используется только одна. Обычно используется составляющая f пр = f г – f с.

На практике значение f пр обычно меньше частоты несущей сигнала f с, но больше частоты модулирующего сигнала F c .

Поскольку преобразованная частота f пр занимает промежуточное значение между f с и F с, то она называется промежуточной частотой.

Название супергетеродин составное (супер+гетеродин), в котором слово гетеродин указывает на характерный для супергетеродинных приемников каскад-гетеродин. Этот каскад является неотъемлемой частью преобразователя частоты. Приставка супер означает, что в супергетеродинных приемниках преобразованная частота f пр расположена в области частот выше (сверх) частоты модуляции F c .

Преобразование несущей частоты радиосигнала в промежуточную приводит к улучшению фильтрации соседних каналов радиосвязи. Например, пусть в антенне действует ЭДС сигналов с несущими частотами f 1 = 20 МГц (полезный сигнал) и f 2 = 20,2 МГц. Относительная разность частот между станциями . Контур в радиочастотном диапазонеимеет добротность 20-50, т.е. относительную полосу пропускания 5-2%. В рассматриваемом примере станция f 2 отличается от избранной всего на 1% и поэтому будет создавать заметную помеху. Если произвести преобразование несущей частоты f 1 , то при частоте сигнала гетеродина f г = 20,5 МГц получаются две промежуточные частоты f пр1 = 20,5 - 20 = 0,5 МГц и f пр2 = 20,5 – 20,2 = 0,3 МГц, относительная разность между которыми . Как видно, относительная разность увеличиласьот 1 до 40%. В этих условиях станция, работающая на частоте f 2 , не будет помехой для фильтров преобразователя частоты, настроенных на частоту f пр =0,5 МГц, даже если их добротность соизмерима с добротностью контуров УРЧ.

В супергетеродинных приемниках основное усиление и изби-рательность осуществляются после преобразования частоты в усилителе промежуточной частоты (УПЧ). Важным достоинством супергетеродинного приемника является то, что в процессе его перестройки на другую станцию промежуточная частота f пр не меняется. Достигается это за счет того, что при перестройке приемника на другую частоту сигнала f с одновременно изменяется частотагетеродина f г таким образом, чтобы разность f г – f с = f пр осталась неизменной.

Следовательно, при перестройке супергетеродинного приемника достаточно изменить резонансные частоты входной цепи, УРЧ и гетеродина. Перестраивать УПЧ при этом не требуется. Поскольку УПЧ не перестраивается, то его характеристики не меняются. При этом частотная характеристика контуров УПЧ может быть получена достаточно близкой к прямоугольной, так как в нем могут быть использованы фильтры любой степени сложности. Именно по этой причине супергетеродинные приемники обеспечивают высокую избирательность.

Недостатком супергетеродинных приемников является наличие в них побочных каналов приема, главным из которых является зеркальный.

Зеркальный канал имеет несущую частоту f зерк, отличающуюся от частоты полезного сигнала f с на удвоенную промежуточную частоту f зерк = f с + f пр (рисунок 1.9).

Частоты f с и f зерк расположены зеркально симметрично относительно частоты гетеродина f г. Разность между f зерк и f г равна промежуточной частоте, как и в случае полезного сигнала. Поэтому если на преобразователь частоты поступают сигналы станций f с и f зерк, то на его выходе обе станции дадут напряжение промежуточной частоты. Если сигнал частоты f с является полезным, то сигнал частоты f зерк, попавший на преобразователь, является помехой. Очевидно, что ослабление помехи по зеркальному каналу должно происходить до преобразователя частоты. Для улучшения избирательности по зеркальному каналу промежуточная частота должна быть высокой. Тогда несущие частоты f с и f зерк значительно различаются. При этом коэффициент передачи входной цепи (она тоже обладает резонансными свойствами) на частоте f зерк существенно меньше, чем на частоте f с, и сигнал зеркальной станции будет значительно подавлен входной цепью. При наличии в приемнике УРЧ зеркальная помеха дополнительно подавляется за счет избиpaтeльныx свойств УРЧ.

Однако при высокой промежуточной частоте уменьшается коэффициент устойчивого усиления УПЧ и расширяется его полоса пропускания, что приводит к снижению чувствительности приемника и его избирательности по соседнему каналу. Как видно, требование к величине промежуточной частоты довольно противоречиво.

Другим побочным канатом является канал, частота которого равна промежуточной. Сигнал такой частоты, поступающий на вход преобразователя, без каких-либо изменений попадает па УПЧ. Для его устранения радиовещательные станции не должны работать на промежуточной частоте, а случайные помехи с частотами, близкими к промежуточной, должны быть подавлены соответствующими фильтрами на входе приемника.

В бытовых радиовещательных приемниках несущая частота составляет 465 кГц, т.е. она расположена в окне между границами радиовещательных диапазонов ДВ и СВ - 285,5-525 кГц.

В приемниках, работающих на магистральных линиях радиосвязи, требуются более высокие чувствительность и избирательность как по соседнему, так и по зеркальному каналам. Это невозможно выполнить при выборе одной промежуточной частоты, поэтому в таких приемниках применяют двойное преобразование частоты. При двойном преобразовании частоты первую промежуточную частоту выбирают достаточной высокой (порядка 1 МГц), за счет чего обеспечивается высокая избирательность по зеркальному каналу. Вторая промежуточная частота выбирается достаточно низкой (порядка 100 кГц), что позволяет получить высокий коэффициент устойчивого усиления в каскадах УПЧ и таким образом повысить чувствительность приемника при высокой избирательности по соседнему каналу.

Вопросы для самоконтроля

1.1. Понятие принципа работы системы радиосвязи.

1.2. Назовите основные структурные схемы организации радиосвязи.

1.3. Перечислите основные функциональные узлы радиопередатчика.

1.4. Назовите основные технические показатели радиопередатчиков.

1.5. Приведите классификацию радиоприемных устройств.

1.6. Назовите основные показатели радиоприемных устройств.

1.7. Приведите структурную схему радиоприемника прямого усиления.

1.8. Объясните особенности работы супергетеродинного радиоприемника.

1.9. Из каких соображений выбирается значение промежуточной частоты в супергетеродинном радиоприемнике?

Список рекомендуемой литературы

1. Изюмов Н.М., Линзе Д.П. Основы радиотехники. – М.: Радио и связь, 1983. – 376 с.

2. Катунин Г.П., Мамчев Г.В., Попантонопуло В.Н., Шувалов В.П. Телекоммуникационные системы и сети. Том II. – Новосибирск: Цэрис, 2000. – 624 с.

3. Машкова Т.Т., Степанов С.Н. Основы радиотехники. – М.: Радио и связь, 1992. – 232 с.

4. Радиоприемные устройства / Под ред. Н.Н.Фомина. – М.: Радио и связь, 1996. – 512 с.