Таблица I.l

Примечание. Длина волиы \ связана с периодом колебания Т или с частотой f - 1/Т соот -ношением %-сТ-сЦ, где = 3-10 м/с-скорость распростраиеиия электромагнитных воли в вакууме .

Связь на мириаметровых и километровых волнах, применявшаяся на первом этапе развития радиотелеграфии, имеет два больших недостатка:

необходимость большой мош,ности передатчика из-за сильного поглощения поверхностной волны при ее распространении над земной поверхностью;

невозможность передачи сигналов, ширина спектра которых соизмерима с несущей частотой.

Гектометровые волны получили широкое применение в радиовещании. Основным преимуществом связи на этих волнах является устойчивость приема, недостатком - трудность обеспечения большой дальности действия. Поэтому на таких волнах осуществляется преимущественно местное радиовещание в зоне с радиусом в несколько сотен километров. Лишь небольшое число сверхмощных гектометровых радиостанций обслуживает большие районы. В СССР, имеющем огромную территорию, существуют наиболее мощные в мире радиовещательные станции этого диапазона.

Главные преимущества декаметровых водн - возможность обеспечения большой дальности действия при относительно малой мощности передатчика и возможность осуществления направленного излучения. Основным недостатком связи на этих волнах является колебание уровня принимаемого сигнала (замирание), часто сопровождающееся сильными искажениями передачи при сложной структуре сигнала, состоящего из большого числа компонентов с различными частотами. Условия распространения неодинаковы для различных составляющих спектра сигнала. Это явление, называемое избирательным замиранием, приводит к временным выпадениям из спектра сигнала отдельных составляющих или, наоборот, к увеличению их амплитуд. Таким образом, в точке приема нарушается правильное соотношение между отдельными спектральными компонентами сигнала, в результате чего искажаются его тембр и чистота. Так как явление избирательного замирания проявляется тем сильнее, чем шире спектр сигнала, то на декаметровых волнах осуществлять передачу таких сложных сигналов, как, например, телевизионные, практически невозможно.

Большой экспериментальный материал по распространению декаметровых волн позволил установить оптимальные длины волн для различных часов суток и времени года, что открыло путь широкому развитию коротковолнового радиовещания. В настоящее время декаметровые волны широко применяются также в радиотелеграфии на магистральных линиях связи, в морской и авиационной радионавигации.

в результате освоения диапазонов радиоволн 10 м-0,1 мм появились новые области радиовещания, в частности телевизионные. Для диапазона метровых волн характерно удачное сочетание следующих двух факторов. Применение очень высокой частоты излучения позволяет соответственно расширить полосу частот передаваемого сообщения, так как условия передачи и усиления сигналов в радиоаппаратуре определяются в основном относительной шириной спектра сигнала. Особенности же распространения метровых волн (в пределах прямой видимости) почти полностью исключают искажения сигнала из-за интерференции волн, распространяющихся по разным путям.

Из приведенного краткого обзора видно, что развитие радиотехники характеризуется непрерывным расширением используемых диапазонов волн.

Из курса физики известно, что эффективное излучение электромагнитной энергии можно осуществить лишь при условии, что геометрические размеры излучающей системы соизмеримы с длиной волны. Поэтому передача сообщений в диапазоне мириаметровых волн затруднена. Напротив, для диапазона световых волн можно создать малогабаритные излучатели с чрезвычайно высокой направленностью и огромной концентрацией энергии в луче. Например, луч, посланный с Земли, образует на поверхности Луны пятно диаметром всего лишь в несколько сотен метров. Однако использование световых волн для передачи сообщений связано с трудностями реализации модуляции, приема, а также с влиянием погодных условий и т. д.

1.2. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СИГНАЛОВ В РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

В процессе передачи и приема сообщений сигналы подвергаются различным преобразованиям. Некоторые из этих преобразований являются типовыми, обязательными для большинства радиотехнических систем независимо от их назначения, а также от характера передаваемых сообщений. Перечислим эти фундам ентальные процессы и попутно отметим их основные черты применительно к обобщенной схеме радиотехнического канала, представленной на рис. 1.1.

Преобразование исходного сообщения в электрический сигнал и кодирование. При передаче речи и музыки такое преобразование осуществляется с помощью микрофона, при передаче изображений (телевидение) - с помощью передающих трубок (например, суперортикона). При передаче письменного сообщения (р адиотелеграфия) сначала осуществляют кодирование, заключающееся в том , что каждая буква текста заменяется комбинацией

Передатчик

Источник сообщений

/7рео6разователь в электрический сигнал

Кодирующее устройство

Модулятор

Передающая

антенна . ------1

Гэнератор несущей частоты

Регистрирующее устройство

Декодирующее устройстбо

Детектор

Линейный частотно-издира-тельный усилитель

-\---

Приемник

Приемная антенна

Рис. 1.1. Радиотехнический канал связи

стандартных символов (например, точек, тире и пауз в коде Морзе), которые *затем преобразуют в стандартные электрические сигналы (например, импульсы разной длительности или разной полярности).

Следует отметить, что схема на рис. 1.1 соответствует введению информации «в начале» канала связи, т. е. непосредственно в передатчике. Несколько иначе обстоит дело, например, в радиолокационном канале, где информация о цели (дальность, высота, скорость и т. д.) получается в результате приема радиоволны, отраженной от цели.

Генерация высокочастотных колебаний. Высокочастотный генератор является источником колебаний несущей частоты. В зависимости от назначения радиоканала связи мощность колебаний изменяется от тысячных долей до миллионов ватт. Естественно, что конструктивные формы и размеры этих генераторов различны - от простейшего малогабаритного элемента до грандиозного технического сооружения.

Основными характеристиками высокочастотного генератора являются частота и диапазонность (возможность быстрой перестройки с одной рабочей частоты на другую), мощность и КПД. Особенно важное значение для радиотехники имеет стабильность частоты колебаний. Условия распространения радиоволн и широкий спектр частот диктуют применение очень высоких несущих частот. Условия же обработки сигналов на фоне помех и необходимость ослабления взаимных помех между различными радиоканалами заставляют добиваться максимально возможного уменьшения абсолютных изменений частоты. Это приводит к чрезвычайно жестким требованиям к относительной стабильности частоты.

Управление колебаниями (модуляция). Процесс модуляции заключается в изменении одного или несколь~ких параметров высокочастотного колебания по закону передаваемого сообщения. Частоты модулирующего сигнала, как правило, малы по сравнению с несущей частотой генератора. Для осуществления модуляции используются различные приемы, обычно основанные на изменении потенциала электродов электронных приборов, входящих в радиопередающее устройство. Основная характеристика процесса модуляции - степень соответствия между изменением параметра высокочастотного колебания и модулирующим сигналом.

Усиление слабых сигналов в приемнике. Антенна приемника улавливает ничтожную долю энергии, излучаемой антенной передатчика. В зависимости от расстояния между передающей и приемной станциями, от степени направленности излучения антенн и условий распространения радиоволн мощность на входе приемника 10"" - 10~* Вт. На выходе же приемника для надежной регистрации сигнала требуется мощность порядка единиц ватт и более. Отсюда следует, что усиление в приемнике должно достигать 10- 10* по мощности или 10*-10 по напряжению.

В современных приемниках уверенная регистрация сигнала обеспечивается при напряжениях на входе порядка 1 мкВ. Решение этой сложной задачи оказывается возможным благодаря достижениям современной электроники. Большую роль играют также специальные методы построения схем приемников, обеспечивающие большое усиление при сохранении устойчивости работы приемника.

Проблема усиления в приемнике неотделима от проблемы выделения сигнала на фоне помех. Поэтому одним из основных параметров приемника является избирательность, под которой подразумевается способность выделять полезные сигналы из совокупности сигнала и посторонних воздействий (помех), отличающихся от сигнала частотой. Частотная избирательность осуществляется с помощью резонансных колебательных цепей.

Выделение сообщения из высокочастотного колебания (детектирование и декодирование). Детектирование является процессом, обратным модуля-