Схема радиолинии. Радиолинии. Общие принципы организации радиосвязи

Система передачи информации, в которой сигналы электросвязи передаются посредством радиоволн в открытом пространстве, назы­вается радиотехнической системой. Радиосистемы подразделяются на радиоли­нии и радиосети.

В зависимости от назначения радиотехнические системы делятся на группы.

Классификация РТС

1. РТС передачи информации 2. РТС извлечения информации

Радиосвязь Радиолокация

Радионавигация

Радиовещание

Факсимильная связь - передача неподвижных изображений

Телевидение – передача подвижных изображений.

Ниже приведены схемы организации радиосвязи между судами и береговыми радиостанциями в зависимости от расстояния между ними.

Радиопередающее устройство

Радиопередающее устройство предназначено для создания высокочастотных колебаний, осуществления их модуляции и воз­буждения электромагнитных волн в пространстве. В соответствии с этим оно содержит следующие основные элементы. Здесь имеется в виду передатчик с амплитудной модуляцией.

Задающий генератор колебаний высокой частоты. Такой генератор преобразует энергию источника постоянного напряжения в гармонические колебания высокой частоты U вч = U m COS (ω mt ) частота ω m этих колебаний называется несущей частотой .

Основными элементами задающего генератора являются электронная лампа, транзистор и колебательный контур. Индуктивность и емкость колебательного контура определяют частоту генерируе­мых колебаний; изменяя эти параметры, можно перестраивать задающий генератор (и, следовательно, весь передатчик) с одной несущей частоты на другую. Электронная лампа и транзистор, являются нелинейными приборами, играют роль своеобразного ключа, регу­лирующего поступление энергии в контур от источника постоян­ного напряжения, чем обеспечивается поддержание колебаний в контуре.

Преобразователь сообщения в электрический сигнал, используемый для модуляции колебаний высокой частоты. Вид преобразователя зависит от физической природы передаваемого сообщения: при звуковом сообщении преобразователем являет­ся микрофон, при передаче световых изображений (телевиде­ние) - передающая телевизионная трубка, при передаче результатов измерения неэлектрических величин - датчики того или иного вида.

Электрический сигнал, полученный на выходе преобра­зователя сообщения, часто бывает весьма слабым, и прежде чем использовать его для модуляции, он подвергается усилению в специальном каскаде (модуляторе), который на рис. 2 не изо­бражен.

Модуляционный каскад . Основными элементами модуля­ционного каскада являются электронная лампа, транзистор и колебательный контур. На вход каскада одновременно подаются высокочастот­ные колебания U вч = Umo COS (ω mt ) с выхода задающего генера­тора и модулирующий электрический сигнал U M(t), изменяющий­ся по закону передаваемого сообщения. В результате нелинейного преобразования подводимых к модуляционному каскаду колебаний U вч и U M(t) (осуществляемого посредством электронной лампы или транзистора) в выходном контуре данного каскада образуются амплитудно-модулированные колебания высокой частоты.

В модуляционном каскаде происходит также усиление мощности колебаний - поэтому его часто назы­вают просто усилителем мощности.

Выходной каскад (усилитель мощности). В передатчиках радиостанций с небольшой дальностью действия выходной каскад может отсутствовать, при этом модулированные колебания высокой частоты подводятся к антенне непосредственно с выхода модуляционного каскада, который и выполняет функцию усили­теля мощности. Однако в радиостанциях с большой дальностью действия к антенне должны подводиться модулированные колеба­ния большой мощности, для чего между модулирующим каскадом и антенной ставят каскады усиления мощности модулированных колебаний. Закон изменения амплитуды модулированных коле­баний при усилении мощности должен сохраняться.

Основными элементами усилителя мощности являются лампа, транзистор и колебательный контур.

Передающая антенна , предназначенная для возбуждения электромагнитных волн в пространстве. Колебания высокой частоты, полученные в усилителе мощности, подводятся к антен­не и создают в ней высокочастотный ток I а1 = I 1 M ( t ) COSω mt , амплитуда которого I 1 M ( t ) изменяется подобно амплитуде моду­лированных колебаний, подводимых к антенне. Ток I а1 является причиной, обусловливающей возбуждение в окружающем про­странстве распространяющегося электромагнитного поля

(элек­тромагнитных волн). Электромагнитное поле характеризуется взаимосвязанными электрической и магнитной составляющими E и H . Характер изменения напряженности электрического и маг­нитного полей во времени в некоторой точке пространства

определяется характером изменения тока в возбуждающей антенне. Поэтому в рассматриваемой точке пространства напряженность электрического (магнитного) поля будет иметь характер коле­баний высокой частоты, амплитуда которых изменяется по зако­ну передаваемого сообщения.

Радиоприемное устройство

Радиоприемное устройство предназначено для улавлива­ния части энергии электромагнитного поля (возбужденного в пространстве антенной передатчика), селекции сигналов при­нимаемой радиостанции, усиления принятых высокочастотных колебаний, восстановления полезного сигнала и его воспроизве­дения. В соответствии с этим приемное устройство содержит сле­дующие основные элементы (рис. 2).

Приемная антенна . Электромагнитное поле, достигая прием­ной антенны, возбуждает в ней э.д.с. eа1 , пропорциональную мгновенному значению напряженности электрического поля. Вследствие этого э.д.с. eа1 представляет собой модулирован­ные колебания высокой частоты eа1 = Е1 m (t )COS ω mt , где амплитуда Е1 m (t) изменяется во времени по закону переда­ваемого сообщения.

При одновременной работе нескольких передающих радио­станций приемная антенна подвергается действию электромаг­нитных полей, создаваемых каждой из радиостанций. Поэтому в антенне наводится одновременно несколько э.д.с., каждая из которых является модулированным высокочастотным колебанием, отличающимся от другого несущей частотой и законом модуляции (законом изменения амплитуды).

Входная цепь, предназначенная для селекции сигнала какой-либо одной (принимаемой) радиостанции из совокупно­сти всех сигналов, наведенных в антенне полями многих радио­станций. Основным элементом входной цепи является колеба­тельный контур. Для осуществления селекции используется свойство колебательного контура хорошо реагировать на коле­бания, частота которых близка к резонансной частоте кон­тура, определяемой его параметрами, и плохо реагировать на колебания с частотой, значительно отличающейся от резонанс­ной. Изменяя параметры контура (индуктивность или емкость), можно добиться того, чтобы его резонансная частота была равной одной из несущих частот э.д.с, наводимых в антенне. Если различие между несущими частотами достаточно велико, то при одновременном воздействии на кон­тур всех э.д.с. эффективной окажется только та э.д.с, частота которой равна резонансной частоте контура. В результате в контуре возникнут колебания, соот­ветствующие только принимаемой радиостанции; напряжение, снимаемое с контура, представляет высокочастотные колеба­ния, модулированные по амплитуде в соответствии с законом передаваемого сообщения:

U = U 1M(t )COS ω mt .

Усилитель колебаний высокой частоты . Величина э.д.с, на­веденной в антенне, и высокочастотного напряжения, снимаемого с контура входной цепи, весьма мала. Поэтому прежде чем про­изводить выделение полезного сигнала из колебаний высокой частоты, они подвергаются усилению в усилителях колебаний высокой частоты (УВЧ ).

Основными элементами УВЧ являются электронная лампа, транзистор (полупроводниковый триод) и колебательный контур. Благодаря колебательным контурам УВЧ так же, как и входная цепь, обла­дает селектирующими свойствами.

Детектор , предназначенный для восстановления из модулиро­ванных колебаний высокой частоты низкочастотного электриче­ского сигнала, пропорционального модулирующему напряже­нию и изменяющегося в соответствии с законом передавае­мого сообщения. Основным элементом детектора является электронная лампа или полупроводниковый прибор.

Усилитель напряжения низкой частоты предназначен для усиления весьма слабого низкочастотного сигнала, полученного на выходе детектора.

Основным элементом усилителя напряжения низкой частоты является электронная лампа или полупроводниковый триод.

Воспроизводящее устройство , предназначенное для такого преобразования усиленного низкочастотного сигнала, при кото­ром принятое сообщение воспроизводится в виде, удобном для регистрации. При передаче звуковых сигналов воспроизводящим устройством являются телефон, громкоговоритель; в телевизион­ных приемниках сообщение воспроизводится на экране приемной телевизионной трубки в виде светового изображения, при приеме данных о некоторой измеряемой величине принятое сообщение воспроизводится либо с помощью электроннолучевых трубок, либо с помощью специальных записывающих приборов.

Основные технические характеристики РПМ:

Чувствительность РПМ - минимальная величина входного сигнала, при котором обеспечивается нормальная работа оконечного устройства. В современных РПМ чувствительность составляет единицы микровольт.

Избирательность РПМ - способность принимать раздельно сигналы от соседних по частоте станций. Избирательность определяется шириной полосы пропускания РПМ.

Выходная мощность РПМ - максимально возможная неискаженная мощность усилителя звуковой частоты.

В зависимости от принципа построения различают РПМ детекторные, прямого усиления и супергетеродинного типа.

Структурная схема детекторного радиоприемника.

В РПМ прямого усиления принимаемый сигнал выбирается с помощью избирательного устройства ИУ (системы двух связанных колебательных контуров, которые выполняют функции полосового фильтра). На эту же частоту настраивается усилитель радиочастоты УРЧ. УРЧ служит для увеличения уровня сигнала, наводимого в антенне. Детектор Д выделяет из модулированного радиосигнала низкочастотную составляющую, содержащую сообщение. После усиления УЗЧ сигнал поступает на приемный терминал, формирующий сообщение (динамик, принтер). Несмотря на простоту технической реализации РПМ прямого усиления в настоящее время практически не используется. Основными его недостатками являются невысокая избирательность и чувствительность.

Супергетеродинный радиоприемник

Структурная схема РПМ супергетеродинного типа, который состоит из гетеродина и смесителя показана на рисунке ниже.

Гетеродин является генератором гармонических сигналов f г, частоту которого можно изменять. В Смесителе происходит смешение частот f с и f г, в результате чего получаются суммарная f + и разностная (промежуточная) f _ частоты: f + = f c + f г, f _ = f c - f г.(используется разностная частота f-, а суммарная частота f + фильтруется). Частота Гет изменяется при настройке РПМ на частоту f с одновременно с изменением частоты ИУ и УРЧ так, что f _ остается постоянной (в отечественных вещательных РПМ f _ = 465 кГц). Таким образом сигнал на произвольной частоте f c в РПМ супергетеродинного типа преобразуется в сигнал на постоянной промежуточной частоте. На эту промежуточную частоту настраивается колебательный контур усилителя промежуточной частоты УПЧ, в котором осуществляется основные селекция и усиление полезного сигнала. Так как частота колебательного контура не меняется, полоса пропускания и избирательность РПМ постоянны во всем частотном диапазоне.

ПАССИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Резистор.

Самым используемым элементом в радиотехнических устройствах является - резистор (старое название - сопротивление).

Резистор R (постоянный, регулируемый и подстроечный) - элемент электрической цепи, в котором происходит необратимое преобразование (потеря) электромагнитной энергии в тепловую, основная характеристика резистора - его электрическое сопротивление R, которое связывает величину напряжения U со значением тока I: U = I·R.

Основная характеристика резистора - сопротивление, измеряется в омах. Выпускается два вида резисторов: стабильные и общего назначения. Производство стабильных резисторов дорого и поэтому они используются в дорогой высокоточной аппаратуре.

Одной из основных характеристик является рассеваемая мощность. Рассеваемая мощность это мощность, которую резистор может рассеять без повреждения. Измеряется в ваттах. Находится по формуле P = I 2 · R .

У каждого вещества есть свое сопротивление. Сопротивление зависит от материала (у золота оно будет меньше чем у алюминия), от длинны проводника (зависимость прямая: чем длиннее тем больше сопротивление) и от площади среза проводника (чем площадь больше тем сопротивление меньше).

Обозначение постоянных резистроров на принципиальных схемах:

	Стандартное обозначение

Резисторы, в особенности малой мощности - чрезвычайно мелкие детали, резистор мощностью 0,125Вт имеет длину несколько миллиметров и диаметр порядка миллиметра. Прочитать на такой детали номинал с десятичной запятой невозможно.

Поэтому, при указании номинала вместо десятичной точки пишут букву, соответствующую единицам измерения (К - для килоомов, М - для мегаомов, E или R для единиц Ом). Например 4K7 обозначает резистор, сопротивлением 4,7 кОм, 1R0 - 1 Ом, 120К - 120 кОм и т. д. Однако и в таком виде читать номиналы трудно. Поэтому, для особо мелких резисторов применяют маркировку цветными полосками. Для резисторов с точностью 20% используют маркировку с тремя полосками, для резисторов с точностью 10% и 5% маркировку с четырьмя полосками, для более точных резисторов с пятью или шестью полосками.

Существуют так же и переменные резисторы, обладающие способностью изменять свое сопротивление. Их применяют для изменения тока, напряжения и др. (например: изменение громкости и тембра). Чаще всего на принципиальной схеме отображаются так: Переменные резисторы бывают: 1) одинарные и сдвоенные 2) одно и многооборотные 3) с выключателем и без него

По характеру изменения сопротивления: 1) Линейные т. е. Пропорционально углу поворота оси (группа А) 2) Обратно логарифмической (группа Б) 3) Логарифмические (группа В) Бывают проволочные и не проволочные (пленочные) переменные резисторы. Проволочные отличаются высокой стабильностью, сравнительно малым уровнем своих шумов и низким ТКС.

Прежде всего о видах ведения радиосвязи. Различают два вида ведения двусторонней связи: дуплексную и симплексную. При дуплексной связи радисты могут работать» на передачу и прием одновременно и независимо друг от друга. Если принимающий что-то не понял, например из-за какой-то помехи, он, воспользовавшись кратковременной паузой, может перебить работу передающего, чтобы уточнить содержание сообщения. Для такого вида связи радисты должны располагать двумя приемопередающими станциями или раздельно передатчиком и приемником, работающими независимо один от другого. При симплексной связи радисты работают на передачу и прием поочередно: один передает, а другой в это время принимает, затем, наоборот, второй передает, а первый принимает. При таком виде связи перебой радиста, работающего на передачу, исключен.

Рис. 405. Схема радиосвязи: а - по радионаправлению; б - в радиосети

Все приемопередающие станции, построенные по трансиверной схеме, рассчитаны на ведение только симплексной связи.

Независимо от вида ведения связи существуют два основных способа организации двусторонних радиосвязей - по радионаправлению и в радиосети.

Схема связи по радионаправлению, т. е. в каком-то одном направлении, показана на рис. 405, а. В этом случае два радиста этого радионаправления работают только между собой. При таком способе связь может быть весьма устойчивой и к тому же дуплексной. Поскольку радистам сообщается направление линии связи, они могут применять антенны направленного действия, увеличивающие дальность и надежность связи.

Связь в радиосети - связь между тремя и более радистами (рис. 405,б). Для каждой радиостанции выделяется рабочая частота, обычно общая для всех станций данной радиосети, и запасная - рабочая частота, на которую перестраивают станции в случае появления помех или неустойчивой связи на первой выделенной частоте. Среди них есть главная станция, которая устанавливает порядок работы в радиосети. Как правило, связь ведется поочередно между парой радиостанций, а другие станции сети в это время переключены на прием. Четкость, внимательность и дисциплина радистов - гарантия слаженной работы в радиосети. Иначе связь может быть нарушена из-за взаимных помех.

Можно ли маломощными станциями создать линию связи, длина которой значительно превышает их «дальнобойность». Можно. Как? С помощью пункта ретрансляции (рис. 406) - промежуточного пункта, где ведется прием от одной станции, усиление и последующая передача сигналов к другой станции радиолинии связи, но уже на другой частоте.

Рис. 406. Пункт ретрансляции

Для такого промежуточного пункта используются две радиостанции, соединенные между собой проводной линией связи, а при ретрансляции в дуплексном режиме - два приемника и два передатчика.

А если пункт ретрансляции разместить в вертолете? Протяженность линии связи между ее конечными радиостанциями может быть многократно увеличена.

Дальность, устойчивость и качество радиосвязи зависят от того, как размещены радиостанции и их антенны. В городах и других крупных населенных пунктах дальность радиосвязи, и особенно на УКВ, уменьшается по сравнению с радиосвязью между станциями в полевых условиях. А если радиостанция с антенной окажется в подвале, под мостом, в канализационном коридоре, то радиосвязь вообще может пропасть из-за поглощения электромагнитной энергии земляными укрытиями, железобетонными конструкциями. Вот почему опытный радист старается разместить свою УКВ станцию или ее антенну, соединенную с приемопередатчиком фидером, на возвышении, например на чердаке здания, на крыше, и возможно дальше от глухих стен и железобетонных перекрытий. Связь становится лучше! В лесисто-болотистой местности радисты развертывают свои станции на опушках леса, в мелколесье, на полянах, избегая влияния на распространение радиоволн влажных стволов деревьев.

Рис. 407. Развертывание УКВ радиостанции в гористой местности

В таких условиях хорошо удлинить штыревую антенну и поднять ее выше деревьев.

В гористой местности УКВ радиостанции развертывают на возвышенностях (рис. 407), чтобы антенны станций «видели» друг друга. Однако если УКВ станции будут развернуты вблизи горы или за горой, закрывающей корреспондента, связь может быть нарушена. Если радиосвязь устанавливают через замерзшее озеро, реку или другой водоем с пресной водой, УКВ радиостанции располагают не на льду водоема, а подальше от берега на возвышенности.

Что представляет собой лучевая антенна, обладающая направленностью излучения и приема радиоволн? Это провод длиной около , натянутый на изоляторах над землей, один конец которого подключен к приемопередатчику (рис. 408). К другому концу провода через нагрузочный резистор сопротивлением около 400 Ом присоединяют противовес - несколько отрезков провода длиной, равной примерно четверти длины рабочей волны радиостанции. Провод такой антенны с помощью колышков, входящих в комплект радиостанции, подвешивают горизонтально над землей на высоте . При этом ось провода антенны должна совпадать с направлением на корреспондента и «смотреть» на него нагрузочным резистором с противовесом. В этом направлении антенна и излучает большую часть электромагнитной энергии и много лучше чем с других направлений принимает радиоволны. Такую антенну хорошо использовать, когда радисту приходится работать в блиндаже, подвале, окопе или другом укрытии.

Рис. 408. Лучевая антенна

Точно так же можно вынести из укрытия и штыревую антенну, соединив ее с приемопередатчиком высокочастотным кабелем. Но по эффективности работы штыревая антенна уступает лучевой.

Для связи на большие расстояния в диапазоне УКВ может быть создана радиорелейная линия связи.

Любой вид связи предназначен для передачи информации на расстояние. Информация - это совокупность сведений о событиях в окружающем мире. Формой представления информации является сообщение, которое может представлять собой речь, текст, последовательность чисел и т.д.

Чтобы передать сообщение от источника информации получателю, необходимо использовать любой физический процесс, способный распространяться с некоторой скоростью от источника к получателю информации, например: звуковые колебания, электрический ток в проводниках, свет, электромагнитное поле и др.. физическая величина, определяющая данный процесс, изменяющаяся во времени и отображающая передаваемое сообщение (сила тока, интенсивность электромагнитного поля, яркость света и т.д.называется сигналом. Сигналы не являются передаваемым сообщением, а лишь отображают его. Часто сигнал, полученный в результате преобразования сообщения, называют первичным электрическим сигналом.

В зависимости от характера сообщения.первичные электрические сигналы могут быть непрерывными или дискретными

Непрерывные сигналы принимают любые значения по состояниям в некотором интервале. Такие сигналы описываются на некотором достаточно большом интервале времени непрерывными функциями времени. Типичным примером непрерывного сигнала является речевой сигнал, его амплитуда непрерывно меняется во времени в пределах ±Umax. При передаче такого телефонного сигнала необходимо в первую очередь учитывать его спектр частот.

Известно, что спектр звуков, воспринимаемых человеческим ухом, занимает полосу частот в пределах от 16 до 20000 Гц. Однако передача такого широкого спектра частот по каналам связи сопряжена с определёнными трудностями, связанными с увеличением полосы частот, занимаемой каналом связи, а, следовательно, и с уменьшением количества каналов связи, обеспечиваемых в определённом диапазоне частот. Поэтому при телефонной связи спектр речевого сигнала ограничивают полосой частот от 300 до 3400 Гц, в которой расположены основные частотные составляющие и основная энергия звуков человеческой речи (рис. 2.1).

При этом такое ограничение спектра частот телефонного сигнала не ведёт к заметному искажению сигнала. Ширина спектра 0,3¸3,4 КГц получила название стандартного телефонного канала.

Дискретные сигналы принимают конечное число вполне определённых значений по состоянию. Наиболее общим примером дискретных сигналов могут служить телеграфные сигналы, отображающие текст сообщения с помощью определённого алфавита (кода). При этом каждая буква или цифра кода выражается вполне определённым дискретным состоянием сигнала. На рис.2.2. показаны дискретные состояния, которые принимает сигнал при передаче буквы «Ж» с помощью кода Морзе.

Передача телеграфных сигналов может осуществляться с различной скоростью телеграфирования. Скорость телеграфирования определяется количеством элементарных импульсов, передаваемых в единицу времени (1с) и измеряется в Бодах (Б).

1 Б = 1 имп / 1 с

Для большинства буквопечатающих телеграфных аппаратов скорость телеграфирования составляет 50 Бод.

Первичный электрический сигнал независимо от его вида носит низкочастотный характер. Он может быть непосредственно переданным по проводным линиям связи, но не может эффективно излучаться в среду распространения радиоволн, так как практически невозможно создать антенны, геометрические размеры которых были бы соизмеримы с длинной волн сигнала.

Например, при F=1кГц длина волны l=300(км), а длина антенны L=l/4 = 75(км), что практически не осуществимо.

Следовательно, для передачи по радио первичный электрический сигнал должен быть преобразован в высокочастотный сигнал, способный эффективно излучаться в окружающее пространство.

Такой сигнал принято называть радиосигналом. Преобразование первичных низкочастотных электрических сигналов в радиосигналы осуществляется в радиопередатчиках, являющихся основной частью радиопередающих устройств. Процесс преобразования непрерывных первичных сигналов в радиосигналы носит название модуляции, а дискретных - манипуляции.

Радиосигнал, сформированный и излучённый в окружающую среду в виде радиоволн, распространяясь с определённой скоростью, достигает места расположения получателя информации. При прохождении радиосигнала в среде распространения на него воздействуют другие сигналы, определяемые как свойствами самой среды распространения, так и другими источниками электрических сигналов. В точке получения переданной информации необходимо произвести обратное преобразование радиосигнала в сообщение. Преобразование радиосигналов, пришедших в точку приёма, в исходное сообщение осуществляется радиоприёмным устройством. Задача преобразования принимаемого радиосигнала в сообщение более сложная, чем преобразование сообщения в радиосигнал, так как преобразованию подвергаются не только переданный радиосигнал, а его смесь с другими сигналами (помехами), которые могут исказить переданное сообщение.

Источник информации, радиопередающее устройство, среда распространения радиоволн, радиоприёмное устройство и получатель информации образуют линию радиосвязи (рис. 2.3).

Структурная схема линии радиосвязи, изображённая на рис.2.3., обеспечивает передачу сообщения только в одном направлении - от источника информации к получателю, т.е. одностороннюю радиосвязь. Для обеспечения двусторонней радиосвязи необходимо на каждом конце радиолинии иметь радиопередающее радиоприемное устройство. В этом случае источник информации и получатель информации периодически меняются функциями, выполняемыми в линии радиосвязи, поэтому их принято объединять одним понятием корреспондент.

Для двусторонней радиосвязи режим работы радиолинии может быть симплексным или дуплексным.

Линия радиосвязи, в которой передача и приём сообщений осуществляются поочерёдно, называется симплексной, если же линия радиосвязи обеспечивает одновременную передачу и приём информации, то такая радиолиния называется дуплексной. Линия радиосвязи, которая позволяет одновременно передавать несколько сигналов, отображающих независимые сообщения, называется многоканальной (двухканальной, трёхканальной и т.д.), если же линия радиосвязи предназначена для передачи только одного сигнала, соответствующего одному сообщению, то она называется одноканальной. Таким образом, под каналом радиосвязи понимают часть линии, обеспечивающую передачу и приём сигнала.

В общем случае под каналом радиосвязи понимают часть радиопередающего устройства, среду распространения радиоволн и часть радиоприёмного устройства. Какие части радиопередающего и радиоприёмного устройства входят в понятие радиоканала, оговаривается отдельно. Наиболее часто канал радиосвязи (радиоканал) ограничивается только средой распространения радиоволн. Это объясняется тем, что наиболее характерные особенности радиоканала, отличающие его от других каналов связи, определяются именно средой распространения. В дальнейшем, если не будет специально оговорено, под радиоканалом будем понимать среду распространения радиоволн.

Таким образом, любое радиопередающее устройство должно обеспечивать выполнение следующих трех функций:

1. Преобразование сообщения в первичный электрический сигнал, которое осуществляется оконечной передающей аппаратурой (микрофон, телеграфный ключ, телеграфный аппарат, передающая телевизионная трубка и т.д.).

2. Преобразование первичного электрического сигнала путём модуляции (манипуляции) высокочастотного колебания в радиосигнал, способный эффективно излучаться и распространяться в виде радиоволн на заданное расстояние. Эту функцию выполняет собственно радиопередатчик.

3. Излучение сформированных радиопередатчиком радиосигналов в виде электромагнитных волн, осуществляемое передающим антенно-фидерным устройством (АФУ).

На приёмном конце линии радиосвязи с помощью радиоприёмного устройства производиться обратное преобразование радиосигналов в сообщение. Радиоприёмное устройство также выполняет следующие три основные функции:

1. Приёмное антенно-фидерное устройство (АФУ) улавливает энергию электромагнитных волн и преобразует её в радиосигнал.

2. Выделение принимаемого радиосигнала из множества сигналов, наводимых в антенне, и преобразование его в первичный низкочастотной сигнал необходимой мощности, осуществляемые радиоприёмником.

3. Преобразование первичного сигнала в сообщение, выполняемое приёмной оконечной аппаратурой (головные телефоны, динамик, приёмный телеграфный аппарат, телевизионная трубка и т.д.). Для обеспечения двусторонней радиосвязи необходимо на каждом конце радиолинии иметь радиопередающее и радиоприёмное устройства, которые организационно, а часто и конструктивно, вместе с устройствами управления объединяются в единый комплекс-радиостанцию.

На рис.2.4 представлена обобщенная структурная схема линии радиосвязи между корреспондентами А и Б.

Основные свойства радиоканала, отличающие его от других каналов связи, определяются, главным образом, свойствами среды распространения. Поэтому, при рассмотрении данного вопроса понятие радиоканала ограничим средой распространения радиоволн.

В радиосвязи в качестве среды распространения используется пространство, окружающее земную поверхность. Такая среда не обладает направленными свойствами, как это имеет место, например в проводных и кабельных линиях связи. В линиях радиосвязи излучённые передающей антенной, распространяются практически во все стороны от излучателя и только незначительная часть их энергии излучается в сторону радиоприёмного устройства корреспондента. Происходит рассеивание энергии радиоволн в среде распространения. Кроме того, за счет поглощения энергии радиоволн в земной поверхности и ионосфере, а также за счет преломления радиоволн происходит дополнительное уменьшение энергии радиоволн, приходящих в точку приёма. В тех случаях, когда энергия радиоволн, пришедших в точку приёма оказывается недостаточной для преобразования её в первичный сигнал, радиосвязь оказывается невозможной.

Первое свойство радиоканала и заключается в том, что в процессе распространения радиоволн из-за их рассеивания и поглощения в земной поверхности и ионосфере происходит резкое уменьшение мощности радиосигналов на входе радиоприёмников. Поэтому радиоканал в отличии от других каналов связи рассматривается, как канал с большим затуханием.

Большое затухание радиоканала приводит к тому, что уровень радиосигнала на входе радиоприёмного устройства оказывается соизмеримым с уровнем флуктуационных токов (собственных шумов) радиоприёмника, что затрудняет, а в некоторых случаях делает и невозможным, распознавание принимаемых сигналов и отделение их от шумов.

«Уменьшить» затухание радиоканала можно за счет выбора оптимальных рабочих частот для данного времени требуемой дальности радиосвязи, а также за счет более направленных и эффективных передающих и приёмных антенных устройств.

Вторым свойством радиоканала является изменение затухания во времени в
весьма широких пределах, поэтому радиоканал принято считать каналом связи с
переменными параметрами.

Изменение затухания радиоканала может происходить по различным причинам. На величину затухания в радиоканале влияют изменения взаимного расположения радиостанций на местности и расстояний между ними, что особенно заметно при осуществлении радиосвязи земными волнами. Поскольку напряжённость электромагнитного поля убывает практически пропорционально квадрату длины пути, проходимому волной в процессе распространения, то любое изменение расстояния между работающими радиостанциями приводит к изменению мощности радиосигнала в точке приёма. Очевидно, что эти изменения особенно сильно влияют на обеспечение радиосвязи между подвижными объектами. Но даже в случаях, когда расстояние между работающими радиостанциями остаётся постоянным, а изменяется только их взаимное расположение на местности, могут происходить достаточно резкие изменения затухания в радиоканале, вызываемые изменениями параметров почвы, а, следовательно, и её поглощающих свойств. Параметры сухой почвы отличаются от параметров влажной почвы и от параметров водной поверхности, а также зависят от вида самой почвы - песок, глина и т.д.

В диапазоне метровых волн, на поглощающие свойства среды распространения сильное влияние оказывают рельеф местности и местные предметы - холмы, горы, растительный покров, строения и т.д. Всё это приводит к изменению величины затухания радиоканала, которое может достигать сотен децибел.

Третьим свойством радиоканала является его общедоступность, т.е. возможность использования одной и той же среды распространения любыми радиотехническими устройствами. Общедоступность среды распространения обеспечивает возможность одновременного функционирования большого количества линий радиосвязи.

Таким образом, на входе приёмного устройства всегда кроме принимаемого радиосигнала будут присутствовать помехи, которые искажают его, а. следовательно, и первичный сигнал, непосредственно отображающих переданное сообщение. Степень искажения первичною сигнала определяет правильность принятого сообщения, т.е. его достоверность.

Итак, для повышения надежности радиосвязи и обеспечения высокой достоверности принятого сообщения необходимо принимать следующие меры:

Осуществлять радиосвязь на оптимально выбранных по радио прогнозам частотах, свободных от помех;

Использовать такие виды радиосигналов, которые обеспечивают требуемую надёжность радиосвязи при возможно меньших значениях степени превышения сигнала над помехой;

Применять эффективные и направленные передающие и приёмные антенны;

Уменьшать полосу пропускания радиоприёмника до возможно меньших значений, определяемых спектром принимаемого радиосигнала.

ЛикБез > О Радиосвязи

Общие схемы организации радиосвязи

Система передачи информации, в которой сигналы электросвязи передаются посредством радиоволн в открытом пространстве, назы­вается радиосистемой. Радиосистемы подразделяются на радиоли­нии и радиосети.

По способу организации радиолиний различают одностороннюю и двустороннюю радиосвязь. Радиосвязь, при которой одна из ра­диолиний осуществляет только передачу, а другая - только прием, называется односторонней. Односторонняя радиосвязь, при кото­рой радиопередачу одной (основной) радиостанции могут прини­мать одновременно несколько корреспондентов, называется цирку­лярной. Примерами односторонней циркулярной передачи сообще­ний являются системы оповещения, службы передачи сообщений из пресс-центров редакциям газет, журналов и т.д. Сети телевизионно­го и звукового вещания также представляют собой типичные образ­цы циркулярного способа организации радиосвязи. При этом радио­передающая станция, среда распространения радиосигналов (от­крытое пространство) и каждое радиоприемное устройство, нахо­дящееся в зоне действия станции, образуют одностороннюю радио­линию, а совокупность таких радиолиний - сеть радиовещания.

Двусторонняя радиосвязь предполагает возможность передачи и приема информации каждой радиостанцией. Для этого нужны два комплекта оборудования односторонней связи, т.е. в каждом пункте надо иметь и передатчик и приемник. Двусторонняя связь может быть симплексной и дуплексной (рис. 1). При симплексной радио­связи передача и прием на каждой радиостанции ведутся пооче­редно. Радиопередатчики в конечных пунктах линии связи в этом случае работают на одинаковой частоте, на ту же частоту настрое­ны и приемники.

Рис.1 Функциональные схемы организации двусторонней радиосвязи: а-симплексная радиосвязь, б-дуплексная связь

При дуплексной радиосвязи радиопередача осуществляется од­новременно с приемом. Для каждой дуплексной линии радиосвязи должны быть выделены две разные частоты. Это делается для то­го, чтобы приемник принимал сигналы только от передатчика с про­тивоположного пункта и не принимал сигналы собственного радио­передатчика. Радиопередатчики и радиоприемники обоих коррес­пондентов дуплексной радиосвязи включены в течение всего вре­мени работы линии радиосвязи.

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

Если необходимо иметь радиосвязь с большим числом коррес­пондентов, то организуется радиосеть (рис. 2). В этом случае одна радиостанция, называемая главной, может передавать сообщения как для одного, так и для нескольких подчиненных корреспондентов. Ее радист-оператор контролирует режим работы в радиосети и непо­средственно устанавливает очередность на передачу подчиненных станций. Последние при соответствующем разрешении могут обме­ниваться информацией не только с главной радиостанцией, но и ме­жду собой. Этот вариант организации радиосети может быть постро­ен на основе как сложного симплекса (см. рис. 2, а), так и сложного дуплекса (см. рис. 2, б). В первом случае возможно использование радиостанций (радиопередатчиков), работающих на одной (общей) радиоволне (частоте). Во втором» случае главная радиостанция ведет передачу на одной частоте, а принимает на нескольких (по числу подчиненных радиостанций).

Рис.2 Функциональные схемы организации радиосети: а-сложный симплекс, б-сложный дуплекс

Любая радиолиния передачи информации (связная, звукового или телевизионного вещания) содержит на концах радиопередающие и радиоприемные устройства, снабженные антеннами. Передающая антенна излучает электрический сигнал передатчика в виде радио­волны. Приемная антенна улавливает радиоволну, и с ее выхода электрический сигнал поступает на вход приемника. Линии передачи электромагнитной энергии, соединяющие антенну с радиопередатчи­ком или с приемником, называются фидерами. Антенно-фидерные устройства - очень важные элементы линии радиосвязи. На практике очень часто применяются антенны, обладающие направленным дей­ствием. При передаче направленная антенна излучает энергию ра­диоволн в определенном направлении. Чем больше направленность антенны, тем при меньшей мощности передатчика возможна радио­связь. Приемные направленные антенны увеличивают отношение сигнал-помеха на входе приемного устройства, что также позволяет уменьшить необходимую мощность радиопередатчика.

Успешная работа радиолиний зависит не только от конструктив­ных особенностей и качества изготовления радиоаппаратуры. При сооружении и эксплуатации радиолиний необходимо учитывать особенности распространения радиоволн на пути от передающей до приемной антенны. Эти особенности различны в зависимости от диапазона частот. Деление радиоволн на диапазоны в соответствии с Регламентом радиосвязи приведено в табл. 1. Радиоволны на радиолиниях распространяются в естественных условиях, а эти ус­ловия разнообразны и непостоянны. Прежде всего необходимо учитывать, что Земля круглая. На пути от передающей до приемной антенны радиоволны должны обогнуть выпуклость Земли.

Таблица 1. Классификация деления радиоволн на диапазоны

Сами по себе электромагнитные колебания информации не несут. Для передачи информации необходимо на электромагнитные коле­бания наложить отпечаток сообщения, т.е. использовать высокочас­тотные электромагнитные колебания лишь в роли переносчика со­общения, содержащего информацию. С этой целью нужно изменять один или несколько параметров несущего колебания (например, ам­плитуду, частоту, фазу и другие параметры) в соответствии с изме­нениями сообщения. Тогда получается высокочастотное колебание с меняющимися во времени параметрами по закону передаваемого сообщения. Рассмотренный процесс называется модуляцией.

Таким образом, всякое радиопередающее устройство должно состоять из генератора электрических колебаний, подключенного к передающей антенне, и модулятора, с помощью которого осуще­ствляется модуляция.

В приемном пункте должно находиться устройство, преобразую­щее энергию электромагнитных волн в энергию электрических ко­лебаний, т.е. приемная антенна. Антенна улавливает электромаг­нитные волны, излучаемые разными передатчиками, работающими на различных частотах. Чтобы принимать сигналы только одной станции, необходимо иметь избирательное устройство, способное выделить из колебаний различных частот только те колебания, ко­торые передаются нужной радиостанцией. Для решения этой зада­чи используются электрические колебательные контуры, настраи­ваемые на частоту принимаемой радиостанции.

Выделенные с помощью колебательного контура высокочастот­ные колебания нужно подвергнуть обратному преобразованию, т.е. получить из них токи или напряжения, изменяющиеся в соответствии с законом модуляции электрических колебаний в радиопередатчике. Для решения этой задачи приемник должен иметь специальное уст­ройство, которое называется детектором.

Наконец, выделенный сигнал нужно подать на некоторое оконеч­ное устройство, которое запишет его или позволит человеку вос­принимать его в виде звука или света (изображения).

Структурная схема передающей части радиолинии изображена в приложении 1. На вход коммутатора поступают N=6 передаваемых сообщений. С помощью АЦП они преобразуются в цифровой код. Преобразователь кода ПК служит для преобразования кода в последовательный. Схема синхронизации управляет работой предающей части и вырабатывает следующие сигналы:

1) Сигналы управления коммутатором. Эти сигналы имеют частоту повторения определяемую верхней частотой спектра передаваемых сообщений.

2) Сигналы управления АЦП.

3) Сигналы управления преобразователем кода ПК.

4) Сигнал кадровой синхронизации. В данном случае в качестве сигнала синхронизации используется 7 разрядная m - последовательность.

С помощью сумматора формируется групповой сигнал на видеочастоте. В групповом сигнале символы следуют с тактовой частотой, которая определяется задающим тактовым генератором системы синхронизации. Сигнал на поднесущей частоте модулирует по фазе колебание на несущей частоте

Описание функциональной схемы приемника

Структурная схема приемной части радиолинии изображена в приложении 2. В высокочастотной части происходит перенос несущей частоты на промежуточную. Далее КИМ-ФМ сигнал проходит через фазовый детектор. Умножитель частоты, узкополосный резонансный фильтр (УРФ), делитель частоты и фазовращатель(ФВ) образуют схему формирования опорного напряжения. ФВ необходим для компенсации возникающих в схеме дополнительных фазовых сдвигов. Управляет работой приемной части радиолинии система посимвольной синхронизации. Ее цель выработать периодическую последовательность импульсов с тактовой частотой. На выходе фазового детоктора(ФД1) формируется последовательность импульсов фронты которых жестко привязаны к моментам перескока фазы ФМ сигнала. Для слежения за тактовой частотой используется кольцо ФАП. Сигнал с выхода ФД2 является синхронизирующим для местного тактового генератора(МТГ), который вырабатывает меандр тактовой синхронизации. МТГ синхронизирует работу схемы формирования стробирующих импульсов. Эти импульсы на ряду с последовательностью с ФД поступают на решающее устройство РУ, которое выдает решение о приходе бита лишь в момент стробирования. На основе импульсов с РУ формируется сигнал КИМ на выходе формирователя импульсов ФИ. Далее КИМ-сигнал поступает на дешифратор канальной m-последовательности и на ключи, которые открываются лишь по импульсу в соответствующем дешифраторе(ДШ). Таким образом исключается попадание информации в другой канал. Формирователь импульсов(ФИ) формирует импульсы заданной амплитуды и длительности. С выхода ФИ снимается поток решений о символах, представляющий собой поток элементарных символов. Распределитель каналов содержит 6 дешифратора, 6 ключей, 6 схем ЦАП преобразующих приходящую цифровую последовательность в аналоговый сигнал. Распределитель каналов обеспечивает распределение принимаемой информации по потребителям. Работа ЦАП начинается по сигналу пересчетной схемы, которая отсчитывает 10 бит информации, счетчик сбрасывается сигналом с ДШ. В качестве канального дешифратора используется фильтр, согласованный с канальной m-последовательностью.

Описание функциональной схемы сихронизатора приемника.

Теперь рассмотрим более подробно систему выделения сихрослова, которая представлена дешифраторами в схеме приемника. Синхронизация кадров осуществляется следующим образом: Входная двоичная последовательность поступает с тактовой частотой в верхний регистр сдвига. В исходном состоянии ключ К2 разомкнут. После записи в регистр очередного символа К1 замыкается, а К2 размыкается. Верхний и нижний регистры начинают тактироваться с частотой mfт. После m тактов регистры возвращаются в исходное состояние. Если показания счетчика превышают некоторую заданную величину, то принимается решение о том, что найден момент времени соответствующий окончанию синхрослова. Эти моменты времени могут использоваться для подстройки местного генератора, который вырабатывает сигнал с частотой кадров или используется непосредственно.