Передача и прием радиосигналов реферат

Обновлено: 05.07.2024

Хотя радио имеет долгую и интересную историю, на вопрос, кто его открыл, однозначного ответа нет. Например, принципы радиосвязи были практически продемонстрированы в 1893 году Николой Теслой, который представил работу беспроводного радио в Сент-Луисе, США. С другой стороны, изобретателем радио часто называют Гульельмо Маркони - человека, получившего первый патент на беспроводной телеграф (Англия, 1896 год). А уже 12 декабря 1901 года Маркони стал первым человеком, передавшим радиосигналы через Атлантический океан. Наконец, нельзя не вспомнить и нашего Александра Попова, представившего в Петербурге 7 мая 1895 года прибор, который обеспечивал генерацию направленных колебаний «атмосферного электричества« (по сути, являлся радиоприёмником).

Радиосигналы происходят в результате направленного перемещения радиоволн. Подобно волнам на пруду, радиоволна представляет собой серию повторяющихся пиков и впадин. Радиоволна генерируется передатчиком, а затем обнаруживается приёмником.

Основные разновидности радиосвязи и их применение

Высокочастотные колебания - составляющие любого радиосигнала, представляют собой направленное наложение двух колеблющихся в пространстве под углом 900 полей, магнитного и электрического. Энергия, которую вырабатывают эти поля, увеличиваются по мере повышения синхронности таких колебаний и помре увеличения площади, на которую распространяется действие этих полей. Соответственно, сила прохождения сигнала, при росте расстояния до его источника падает.

Для передачи радиосигнала применяются антенны. Конструкция любой антенны предусматривает концентрацию радиоволн, которые содержатся в луче, с увеличением степени такой концентрации КПД антенного устройства увеличивается. Конструктивные особенности передатчика и антенны определяют разновидности радиосвязи.

Радиорелейная связь

Функции радиорелейной линии заключаются в приёме и ретрансляции сигналов, которые принимаются либо от другой радиостанции, либо от провода, оптоволоконного, микроволнового, коаксиального кабеля или другого канала интегрированной наземной линии. Радиорелейная связь – важная, хотя уже и постепенно устаревающая технология системы радиосвязи.

Большинство станций радиорелейной связи представляют собой наземную систему связи типа "точка-точка". Типовой представитель - система связи с релейным микроволновым излучением или система спутниковой связи.

Расположение радиорелейных станций и диаграммы направленности антенн должны быть установлены так, чтобы обеспечивать минимальные помехи для наземных спутниковых станций. Аналоговые и цифровые схемы основной полосы частот радиорелейной связи аналогичны спутниковым системам, однако процесс обмена и передачи сигналов происходит в атмосфере. Радиорелейные линии могут быть частью соединения между земной станцией и центром коммутации сигнала.

Передача сигналов через спутник

Научные данные (например, снимки, сделанные спутником);
Текущее состояние систем спутника;
Данные о местонахождении спутника в космическом пространстве.

Спутниковая передача сигналов происходит по пути их распространения в прямой видимости от наземной станции к спутнику связи (восходящая линия связи) и обратно к земной станции (нисходящая линия связи). Спутник обычно размещается на геостационарной орбите, на высоте около 18…20 тыс. км над Землей, так что он кажется неподвижным из любой точки, откуда виден. Оттуда спутник действует как ретранслятор в небе. Наземная станция включает в себя антенны, здания и электронику, необходимые для передачи, приёма и последующей обработки сигналов.

Используемый частотный спектр аналогичен тому, который применяется для наземного микроволнового радио. Антенна наземной станции обычно является остронаправленной, в то время как спутниковая антенна имеет увеличенную ширину луча, чтобы покрывать большую часть земной поверхности и иметь возможность одновременно связываться со многими удаленными друг от друга земными станциями.

Сотовая связь

Сотовая связь - форма коммуникационной технологии, позволяющая использовать мобильные телефоны. Мобильный телефон является двунаправленным радиоприёмником, обеспечивающим одновременную передачу и прием сигналов. Сотовая связь основана на географическом разделении зоны покрытия связи на соты и внутри сот. Каждой ячейке выделяется определенное количество частот (или каналов), что позволяет большому количеству абонентов вести разговоры одновременно. Таким образом, покрытие сотовой связи происходит путём пространственного разделения на ячейки с базовыми станциями.

Общим элементом всех технологий сотовой связи является использование определенных радиочастот, а также повторное использование частот. Это позволяет предоставлять услугу большому количеству абонентов при уменьшении количества каналов (ширины полосы). Можно создавать широкие сети связи за счет полной интеграции передовых возможностей мобильного телефона.

Как осуществляется радиосвязь

Радиосвязь работает путём передачи и приема электромагнитных волн. Для распространения и перехвата радиоволн используются передатчик и приёмник. Передатчик излучает электромагнитное поле наружу через антенну; затем приемник улавливает это поле и преобразует его в звуки/изображения.

Генерация и приём радиоволн

Радиоволна действует как носитель информационных сигналов; информация кодируется непосредственно на волне – в виде звуков (голос и музыка) и/или изображений (телевидение). Звуки и изображения преобразуются в электрические сигналы (микрофоном или видеокамерой), усиливаются и используются для формирования несущей волны. Усиленный сигнал подаётся на антенну, которая преобразует электрические сигналы в электромагнитные волны для излучения в космос.

Такие волны излучаются со скоростью света и передаются не только по линии прямой видимости, но и за счет отклонения от ионосферы. Приёмные антенны перехватывают часть этого излучения, возвращая ему форму электрические сигналы, после чего подают сигнал на приёмник.

Кодирование информации в радиоволне

На этом принципе основаны все системы беспроводной связи - от пульта дистанционного управления телевизором до контроля положения спутниковой антенны. Отметим, что в современном мире используются все более сложные технологии для кодирования электромагнитных сигналов, улучшения их качества, увеличения объема информации или обеспечения безопасности передачи. Для этого используются устройства Wi-Fi или Bluetooth.

Телеграфирование

Электрический телеграф в ХХ веке был распространённой формой цифровой передачи сигналов в основной полосе частот с использованием металлических носителей (открытый провод). Но, по сегодняшним меркам, скорость передачи информации при телеграфировании является низкой.

Радиотелефонная связь

Является дальнейшим развитием телеграфирования, и реализуется путём передачи речи по витым парам проводов. Из-за возможностей технических средств полоса пропускания речевых сигналов ограничена частотой 4 кГц, эта полоса сохраняется и до настоящего времени.

Сейчас практически все магистральные системы передачи используют цифровую передачу на основе оптического волокна. Однако передача данных в голосовой полосе, которая представляет собой передачу потока цифровых данных через канал, предназначенный для одного аналогового голосового канала, по-прежнему используется в сети доступа - той части сети, которая находится между помещением абонента и обслуживающим центральным офисом.

Голосовые модемы дополняются и вытесняются в сети доступа технологией цифровой абонентской линии, которая повышает скорость обмена информацией при одновременном снижении стоимости услуг. Кроме того, цифровые абонентские линии имеют постоянное подключение к данным.

Модуляция и детектирование

Виды радиосвязи зависят от типа модуляции сигнала. В радиоустройствах с амплитудной модуляцией (АМ) сила амплитуда сигнала изменяется в пределах от минимума до максимума производимых частот. В радио с частотной модуляцией сигнала (FM) изменяется скорость прохождения сигнала. Когда вы настраиваетесь на радио, номер набора показывает частоту в МГц, на которой транслируется сигнал.

FM-модуляция распространена в коммерческих, а АМ-модуляция – в производственных применениях.

Обратным модуляции процессом является детектирование, при котором из общего высокочастотного сигнала выделяется та его часть, которая содержит информационную составляющую. Первые радиоприёмники были именно детекторными.

Прикрепленные файлы: 1 файл

10-РАДИОВОЛНЫ. ПРИНЦИПЫ ПРИЕМА И ПЕРЕДАЧИ РАДИОСИГНАЛОВ.docx

РАДИОВОЛНЫ. ПРИНЦИПЫ ПРИЕМА И ПЕРЕДАЧИ РАДИОСИГНАЛОВ

Вот и подошел к концу наш ознакомительный начальный курс из 10 уроков. Я надеюсь, вы дошли до 10 урока, честно выполняя все те несложные задания и опыты, которые были предложены в практических работах. Этот последний урок будет полностью посвящен, колебательным процессам, изучению природы акустических и электромагнитных волн и соответственно основам приема и передачи электромагнитных волн (радиоприем - передача). Урок очень емкий, поэтому советую отнестись к усвоению информации очень ответственно, еще и потому что здесь раскрываются основные азы и аспекты, необходимые для дальнейшего развития и понимания процессов, происходящих в приемопередатчиках. Я думаю, что после этого урока вы сможете, смело собрать простейший приемник прямого усиления предложенный здесь, и ему подобные.

О колебаниях и волнах

Вокруг нас все время рождаются и затухают колебательные явления. Колеблется ветка, с которой слетела птица. Колеблются маятники часов, качели. Под действием ветра колеблются деревья, провода, подвешенные на столбах, колеблется вода в озерах и морях. Вот вы бросили на гладкую поверхность озера камень, и от него побежали волны. Что произошло? Частицы воды в месте удара камня вдавились, вытеснив соседние частицы, и на поверхности воды образовался кольцеобразный горб. Затем в месте падения камня, вода поднялась вверх, но уже выше прежнего уровня - за первым горбом появился второй, а между ними - впадина. Далее частицы воды продолжают перемещаться попеременно вверх и вниз - колеблются, увлекая за собой все больше и больше соседних частиц воды. Образуются волны, расходящиеся от места своего возникновения концентрическими кругами. Подчеркиваю: частицы воды только колеблются, но не движутся вместе с волнами. В этом нетрудно убедиться, бросив на колеблющуюся поверхность воды щепку. Если нет ветра или течения воды, щепка будет лишь опускаться и подниматься над уровнем воды, не перемещаясь вместе с волнами. Водяные волны могут быть большими, т.е. сильными или маленькими - слабыми. Сильными мы называем такие волны, которые имеют большой размах колебаний, как говорят, большие амплитуды колебаний. Слабые волны имеют малые горбы - небольшую амплитуду. Чем больше амплитуды возникших волн, тем большую энергию они несут в себе. Энергия волн, возникших от брошенного камня, относительно невелика, однако она может заставить колебаться камыш и траву, растущие в озере. Но мы знаем, какие большие разрушения берега могут производить морские волны, обладающие большими амплитудами и, следовательно, большой энергией. Эти разрушения осуществляются именно той энергией, которую волны непрерывно отдают берегу. Волны могут быть частыми или редкими. Чем меньше расстояние между гребнями бегущих волн, тем короче каждая взятая в отдельности волна. Чем больше расстояние между волнами, тем длиннее волна. Длиной волны на воде мы называем расстояние между двумя соседними бегущими гребнями или впадинами. По мере удаления волн от места возникновения их амплитуды постепенно уменьшаются, затухают, но длина волн остается неизменной. Волны на воде можно также создавать, например, погружая в воду палку и ритмично, в такт с колебаниями воды, опуская и поднимая ее. И в этом случае волны будут затухающими. Но существовать они будут лишь до тех пор, пока мы не прекратим возмущать поверхность воды. А как возникают колебания обычных качелей? Это вы хорошо знаете: их надо подтолкнуть, вот они и будут качаться из стороны в сторону. Чем сильнее толчок, тем больше амплитуды колебаний. Эти колебания будут затухать, если не поддерживать их дополнительными толчками. Такие и многие другие подобные механические колебания мы видим. В природе же больше невидимых колебаний, которые мы слышим, ощущаем в виде звука. Не всегда, например, можно заметить колебания струны музыкального инструмента, но мы слышим, как она звучит. При порывах ветра в трубе возникает звук. Его создают колебательные движения воздуха в трубе, которые мы не видим. Звучат камертон, стакан, ложка, тарелка, ученическое перо, лист бумаги - они тоже колеблются. Да, мы живем в мире звуков, потому что многие окружающие нас тела, колеблясь, звучат. Как возникают звуковые волны в воздухе? Воздух состоит из невидимых глазам частиц. При ветре они могут переноситься на большие расстояния. Но они, кроме того, могут и колебаться. Например, если в воздухе сделать резкое движение палкой, то мы почувствуем легкий порыв ветра и одновременно услышим слабый звук. Звук этот - результат колебаний частиц воздуха, возбужденных колебаниями палки. Проведем такой опыт. Оттяним струну, например, гитары, а потом отпустим ее. Струна начнет дрожать - колебаться около своего первоначального положения покоя. Достаточно сильные колебания струны заметны на глаз. Слабые колебания струны можно только почувствовать как легкое щекотание, если прикоснуться к ней пальцем. Пока струна колеблется, мы слышим звук. Как только струна успокоится, звук затихнет. Рождение звука здесь - результат сгущения и разрежения частиц воздуха. Колеблясь из стороны в сторону, струна теснит, как бы прессует перед собой частицы воздуха, образуя в некотором его объеме области повышенного давления, а сзади, наоборот, области пониженного давления. Это и есть звуковые волны. Распространяясь в воздухе со скоростью около 340 м/с, они несут в себе некоторый запас энергии. В тот момент, когда до ухода доходит область повышенного давления звуковой волны, она надавливает на барабанную перепонку, несколько прогибая ее внутрь. Когда же до уха доходит разреженная область звуковой волны, барабанная перепонка выгибается несколько наружу. Барабанная перепонка все время колеблется в такт с чередующимися областями повышенного и пониженного давления воздуха. Эти колебания передаются по слуховому нерву в мозг, и мы воспринимаем их как звук. Чем больше амплитуды звуковых волн, тем больше энергии несут они в себе, тем громче воспринимаемый нами звук. Звуковые волны, как и водяные или электрические колебания, изображают волнистой линией - синусоидой. Ее горбы соответствуют областям повышенного давления, а впадины - областям пониженного давления воздуха. Область повышенного давления и следующая за нею область пониженного давления образуют звуковую волну. Мы живем и в мире электромагнитных колебаний, излучаемых электрическими приборами и всеми проводами, в которых течет переменный ток, огромным числом антенн радиостанций, атмосферными электрическими разрядами, недрами Земли и бесконечным Космосом. Только с помощью приборов, созданных человеком, они могут быть обнаружены и зафиксированы.

Период, частота, амплитуда колебаний

Рис. 1. Чем больше частота колебаний струны, тем короче звуковые волны и выше тон звука.

струна, создающая высокий, тон звука. Разобраться в этом вопросе вам поможет (рис. 1). В электро - и радиотехнике используют переменные токи частотой от нескольких герц до тысяч гигагерц. Антенны широковещательных радиостанций, например, питаются токами частотой примерно от 150 кГц до 100 МГц. Эти быстропеременные колебания, называемые колебаниями радиочастоты, и являются тем средством, с помощью которого осуществляется передача звуков на большие расстояния без проводов. Весь огромный диапазон переменных токов принято подразделять на несколько участков - поддиапазонов. Токи частотой от 20 Гц до 20 кГц, соответствующие колебаниям, воспринимаемым нами как звуки разной тональности, называют токами (или колебаниями), звуковой частоты, а токи частотой выше - 20 кГц - токами ультразвуковой частоты. Токи частотой от 100 кГц до 30 МГц называют токами высокой частоты, а токи частотой выше 30 МГц - токами ультравысокой и сверхвысокой частоты. Запомните эти границы и названия поддиапазонов частот переменных токов.

Что такое радиоволны?

Радиовещание. Радиовещательные диапазоны волн

Если сложное техническое оснащение радиовещательной станции изобразить упрощенно в виде условных знаков и прямоугольников, то получится ее структурная схема в таком виде, как показано на рис. 2. Здесь пять основных приборов и устройств: студийный микрофон, усилитель звуковой частоты (3Ч), генератор колебаний радиочастоты (РЧ), усилитель мощности колебаний радиочастоты и антенна, излучающая электромагнитную энергию радиоволн. Пока студийный микрофон не включен, в антенне станции течет ток высокой (несущей), но строго постоянной частоты и амплитуды (см. левые части графиков на рис. 3). Антенна при этом излучает радиоволны неизменной длины и мощности. Но вот в студии включили микрофон, и люди, находящиеся за десятки, сотни и тысячи километров от радиостанции, услышали знакомый голос диктора.

Рис. 2 Структурная схема радиовещательной станции.

Рис. 3 При действии звука на микрофон ток высокой частоты в антенне передатчика изменяется по амплитуде.

Рис. 4 Распространение радиоволн.

Основной характеристикой магнитного поля является его напряженность Н, представляющая собой отношение магнитной индукции В к магнитной проницаемости m среды, в которой существует поле. Индукцией магнитного поля называется сила, действующая со стороны поля на единичный положительный электрический заряд, движущийся с единичной скоростью перпендикулярно к магнитным силовым линиям. Величина m показывает, во сколько раз индукция магнитного поля в данной среде отличается от индукции поля в вакууме.

Величины Е и Н являются векторными, т.е. величинами, которые характеризуются не только числовыми значениями, но и направлением. Векторы Е и Н перпендикулярны друг другу и направлению распространения волны. Ориентировка в пространстве вектора Е определяет поляризацию радиоволны. Различают линейную, круговую и эллиптическую поляризации.

Радиоволна называется линейно поляризованной, если вектор электрического поля Е в каждой точке вдоль линии распространения лежит в одной плоскости, называемой плоскость поляризацией. В зависимости от расположения плоскости поляризации различают вертикальную и горизонтальную поляризацию. При круговой поляризации конец вектора электрического поля с течением времени описывает окружность, а при эллиптической – эллипс.

На рис.1.1 изображены графики изменения в пространстве напряженностей электрического и магнитного полей электромагнитной волны, распространяющейся в направлении ОХ, и имеющей вертикальную линейную поляризацию.

Рис.1.1 Структура электромагнитной волны

В любой точке пространства напряженность электрического (и магнитного) поля изменяется во времени по синусоидальному закону:

где E(t) – значение напряженности электрического поля в момент t;

E_m – амплитуда напряженности электрического поля;

w – круговая частота колебания;

y₀ – начальная фаза колебания, т. е. значение фазы при t = 0.

В дальнейшем значение начальной фазы высокочастотного колебания y₀ принимается равным нулю. Для синусоидального или так называемого гармонического колебания справедливы следующие соотношения:

где f – частота колебаний, выражаемая числом колебаний в секунду;

Т – период колебаний, т. е. наименьший интервал времени, в течение которого проходит полный цикл изменения косинусоидальной величины;

l – длина волны колебаний, т.е. путь, проходимый волной за время Т;

v – скорость распространения электромагнитной волны, принимаемая в вакууме равной скорости света с = 300 000 км/с.

В среде с диэлектрической e и магнитной m проницаемостями скорость распространения волн .

Законы распространения радиоволн

Распространяющиеся электромагнитные волны характеризуются фронтом волны, который представляет собой поверхность, в каждой точке которой фаза распространяющейся волны имеет одно и то же значение. Обычно считают, что волны являются сферическими или плоскими, т.е. их фронт представляет собой либо сферу, либо плоскость. Все электромагнитные волны подчиняются общим законам.

Явление дифракции

Дифракцией называется способность радиоволн огибать выпуклость земного шара неровности земли и другие препятствия (рис.1.3).

Чем больше длина волны по сравнению с размерами препятствия, тем сильнее выражена дифракционная способность радиоволн. Радиоволны, распространяющиеся вокруг земного шара и огибающие его вследствие явления дифракции, получили название земных или поверхностных радиоволн.

Явление рефракции

Если радиоволна распространяется в среде с непрерывно меняющейся диэлектрической проницаемостью e, то вследствие изменения скорости распространения радиоволны происходит искривление ее траектории. Причем кривизна траектории определяется степенью неоднородности среды.

Явление интерференции

При взаимодействии в некоторой точке пространства двух радиоволн, созданных одним источником, но прошедших различные пути. Эти волны будут иметь в точке приема различные фазы. При сложении таких радиоволн может произойти их взаимное усиление или ослабление.

По способу распространения радиоволны подразделяются на три группы: прямые, поверхностные и пространственные (рис.1.4). Прямыми называются волны, распространяющиеся между источником излучения и приемником по прямой (лин. 1 на рис.1.4). Поверхностными называются волны, которые распространяются вдоль поверхности Земли и частично огибают ее (лин. 2). Пространственными называются волны, распространяющиеся путем последовательного отражения от ионосферы и поверхности Земли (лин. 3).

Диапазоны радиоволн

Применяемые в радиотехнике волны с учетом особенностей их распространения и способов генерирования принято делить на отдельные диапазоны. Принятое в настоящее время деление радиоволн на диапазоны приведено в табл.1.

Диапазон радиоволн	Длина волны	Частота
Длинные волны (ДВ) Средние волны (СВ) Короткие волны (КВ) Ультракороткие волны (УКВ) а) метровые б) дециметровые в) сантиметровые г) миллиметровые	Свыше 3000 м 3000 – 200 м 200 – 10 м 10 – 1 м 1 м – 10 см 10 – 1 см Короче 1 см	Менее 100 кГц 1,5 МГц – 100 кГц 30 – 1,5 МГц 300 – 30 МГц 3000 – 300 МГц 30000 – 3000 МГц свыше 30000 МГц

Рупорная антенна

Используется чаще всего в качестве приемной антенны с широкой диаграммой направленности в сантиметровом диапазоне волн, а также в качестве облучателя параболических антенн.

Рупорная антенна представляет собой волновод, у которого плавно расширяются стенки (рис.1.12). В результате этого плавно изменяется волновое сопротивление волновода. Иными словами, рупорная антенна служит трансформатором сопротивлений и согласует волновые сопротивления волновода и открытого пространства. При таком согласовании улучшаются условия работы СВЧ генераторов вследствие уменьшения отражений в волноводе.

Ширина диаграммы направленности рупорной антенны зависит от величины раскрыва и от длины волны. Эта зависимость имеет тот же характер, что и у параболической антенны .

Однако получение больших раскрывов у рупорных антенн затруднено, вследствие того, что угол раскрыва a (рис.1.12) не может превышать 15 – 20°. В противном случае свойства рупора как трансформатора сопротивлений ухудшаются. В результате габариты рупора получаются значительными, что неприемлемо для авиационных условий.

Рис.1.12. Рупорная антенна

Другие типы антенн

Кроме перечисленных типов антенн, авиационная радиотехника использует ряд других типов. Среди них можно назвать спиральные антенны, диэлектрические, линзовые, щелевые, антенны поверхностных волн и т.д. Эти антенны обладают некоторыми преимуществами по сравнению с другими типами антенн, которые используются в специальной аппаратуре. Например, спиральные антенны могут принимать электромагнитные волны при любой поляризации волны. Линзовые антенны позволяют получить узкие диаграммы при уменьшенных габаритах. Антенны поверхностных волн и щелевые имеют конструкцию, позволяющую легко монтировать их на корпусе воздушных судов, не вызывая увеличения сопротивления встречному потоку воздуха.

Радиосигналы

Спектры сигналов

Важной характеристикой каждого сигнала является его спектр, определяющий распределение амплитуды сигнала по частотам. Математически спектр сигнала описывается спектральной плотностью, которая представляет собой преобразование Фурье от временной функции сигнала:

Таким образом, если известно выражение сигнала как функции времени, то можно определить его спектр. Наиболее простым является спектр гармонического колебания u(t) = U₀ cosw₀t, представляющий собой одну составляющую на частоте w₀ (рис.1.17,а). Для определения частотных составляющих спектра амплитудно-модулированного сигнала u_АМ(t) = U₀ (1+ m cosΩt) cosw₀t достаточно произвести простые преобразования.

u_АМ(t) = U₀ (1+ m cosΩt) cosw₀t = U₀ cosw₀t + U₀ m cosΩt cosw₀t.

Так как , то можно записать

Как можно видеть, данный сигнал образован тремя слагаемыми с разными частотами: колебаниями на несущей частоте w₀ и двумя боковыми составляющими с частотами w₀+Ω и w₀–Ω. Таким образом, спектр этого сигнала состоит из трех составляющих – центральной (несущей) с амплитудой U₀, и двух боковых с амплитудами mU₀/2 (рис.1.17,б).

Рис. 1.17. Спектры колебаний: а) простого гармонического; б) амплитудно-модулированного при модуляции одним тоном

Разность частот крайних составляющих спектра называется шириной спектра Δw_сп. Ширина рассматриваемого спектра равна удвоенному значению частоты модуляции (Δw_сп =2Ω).

Управляющий (модулирующий) сигнал может иметь более сложный вид, чем рассмотренный выше. Человеческая речь, например, представляет собой случайный сигнал, заключенный в определенной полосе частот [Ω_min Ω_max]. Спектр высокочастотного амплитудно-модулированного сигнала в данном случае будет включать несущую и боковые составляющие с шириной
DW = Ω_max – Ω_min каждая и случайной амплитудой (рис.1.18). Ширина спектра такого сигнала равна 2Ω_max.

Рис. 1.18. Спектр амплитудно-модулированного колебания
при модуляции голосом

Спектр частотно-модулированного и фазомодулированного сигналов теоретически бесконечно широк. При модуляции по синусоидальному закону с частотой W спектр включает несущую частоту w₀ и бесконечно большое число боковых составляющих, частоты которых равны w₀±nW, а n принимает все целые значения от единицы до бесконечности. Однако при увеличении n амплитуды составляющих спектра быстро уменьшаются. Если считать, что ширина спектра ЧМ или ФМ сигнала ограничивается диапазоном частот, в пределах которого амплитуды составляющих спектра уменьшаются до 0,01 от амплитуды несущей, то ширину спектра (рис.1.19) можно принять равной удвоенному значению девиации частоты:

Рис. 1.19. Спектр фазо- или частотно-модулированного радиосигнала
при модуляции одним тоном

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

Изобретение радиосвязи – одно из самых выдающихся достижений человеческой мысли и научно-технического прогресса. Потребность в совершенствовании средств связи, в частности установлении связи без проводов, особенно остро проявилась в конце XIX в., когда началось широкое внедрение электрической энергии в промышленность, сельское хозяйство, связь, на транспорте (в первую очередь морском) и т. д.

Первые радиоприемные устройства, пригодные для практического применения, были построены и продемонстрированы в 1895г. русским физиком и электротехником А.С.Поповым, а также запатентованы итальянским изобретателем и предпринимателем Г.Маркони (1897г.). Научной основой для создания этих устройств, положивших начало радиотехнике, послужили фундаментальные и прикладные физические исследования в области теории возбуждения, излучения и улавливания электромагнитных волн, проведенные во второй половине ХIХ века Дж. Максвеллом, Г. Герцем, Э. Бранли, О. Лоджем, Н. Тесла и другими учеными.

До Попова никому не удалось автоматически восстановить чувствительность когерера (от лат. - “когеренция” - “сцепление”). Но как автоматизировать работу когерера, чтобы приходящая электромагнитная волна сама восстанавливала его чувствительность? Эта мысль не давала покоя Попову, и в начале 1895 г. ему удалось блестяще осуществить свою мечту.

Еще в начале 1895 г. Попов обнаружил действие прибора на расстоянии нескольких метров. Присоединив к когереру провод, он убедился в значительном увеличении дальности приема — она достигала 60 м. Так появилась первая приемная антенна, сыгравшая важную роль в развитии радиосвязи.

Во второй половине ХIХ века в качестве индикатора электромагнитных волн использовался когерер. На рубеже ХIХ – ХХ веков повышение чувствительности и избирательности РПрУ за счет замены когерера детектором, применения резонансных контуров и слухового приема, совершенствования антенн позволило реализовать весьма эффективные по тем временам военные и гражданские системы радиосвязи на суше и на море, а также провести ряд экспериментов по другим применениям радио (метеорология, определение местоположения объектов, отражающих радиоволны и др.).

Качественно новый полувековой этап развития техники РПру, как и всей радиотехники, начался с применения электронных ламп – диода (1904г), использовавшегося преимущественно в качестве детектора, и особенно триода (1907г), применение которого для усиления мощности принятых сигналов обеспечило многократное повышение чувствительности ламповых приемников по сравнению с детекторными. Предложенный в 1913 г. принцип регенеративного приема позволил еще более увеличить чувствительность и избирательность РПрУ прямого усиления. Уже в годы первой мировой войны приемники, в которых триоды использовались для усиления, детектирования и преобразования сигналов, обеспечивали устойчивую радиосвязь на расстояниях свыше тысячи километров.

В 1918 г. был разработан обладающий значительными преимуществами супергетеродинный метод приема, однако его широкое внедрение стало реальным только с появлением 1926-1930 гг. экранированных ламп – тетродов, пентодов и других многосеточных усилительно-преобразовательных ламп. С начала 30-х годов этот метод приема является основным во всем радиодиапазоне волн. Ведущие страны мира в 30-40 гг. приступили к серийному промышленному производству РПрУ различного назначения – в первую очередь для систем радиовещания, профессиональной радиосвязи и электронного телевидения.

В указанный период усиленно изучался и осваивался диапазон УКВ. Были предложены и стали внедряться ЧМ, АМ с ОБП, ФМ и кодовая модуляции, освоены синхронный прием и прием телеграфных сигналов с улучшенным качеством. В годы второй мировой войны в связи с разработкой радиолокационных и радиорелейных систем начинается освоение дециметрового и сантиметрового диапазонов волн, получает развитие теория и техника радиоимпульсного приема. В конце 40-х годов были разработаны новые типы электронных приборов СВЧ (дисковые триоды, отражательные клистроны, лампы бегущей волны и др.) и освоены методы построения РПрУ этого диапазона.

Одним из важнейших достижений в решении проблемы помехоустойчивости радиоприема было создание теории потенциальной помехоустойчивости приема (1946 г.), на базе которой развивается современная теория анализа и синтеза радиосистем, оптимальных по помехоустойчивости.

В 50-е годы начался новый этап развития техники радиоприема на основе достижений полупроводниковой электроники. Широкому внедрению полупроводниковых приборов способствовало изобретение транзистора (1947 г.). В 60-х годах начинает развиваться микроэлектроника, и 80-е годы характеризуются широким внедрением в РПрУ сначала аналоговых, а затем и цифровых интегральных микросхем, что наряду с дальнейшим повышением надежности и улучшением массогабаритных и энергетических показателей радиоприемников позволило осуществить сложные, ранее нереализуемые принципы и методы приема и обработки сигналов.

· дальнейшее освоение наиболее высокочастотных диапазонов волн, включая миллиметровый, децимиллиметровый и оптический;

· широкое внедрение методов и средств цифровой обработки сигналов, микропроцессорной и вычислительной техники для автоматизации РПрУ;

· значительное улучшение качественных показателей РПрУ, увеличение функциональной сложности приемной техники;

Читайте также: