Й учебный вопрос: Основы построения систем радиосвязи

Под радиосистемой передачи (РСП) понимают совокупность технических средств, обеспечивающих образование типовых каналов передачи и групповых трактов первичной сети, а также линейного тракта, по которому сигналы электросвязи передаются посредством радиоволн в открытом пространстве.

С помощью современных РСП можно передавать любые виды информации. Как и проводные системы передачи, подавляющее большинство РСП являются многоканальными. При этом используются частотное или временное разделение каналов. На Рис. 15 приведена упрощенная структурная схема радиолинии.

Рис. 15. Структурная схема радиолинии

Передаваемое сообщение поступает на преобразователь (микрофон, телевизионную камеру, 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 одни из параметров ВЧ 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. Радиоприемное 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.

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. Двусторонняя радиосвязь, при которой связь между радиостанциями реализуется одновременно, называется дуплексной (Рис. 16). При дуплексной радиосвязи передача в одном и другом направлении ведется, как правило, на разных несущих частотах.

Рис. 16. Структурная схема организации дуплексной радиосвязи

Это делается для того, чтобы приемник принимал сигналы только от передатчика с противоположного пункта и не принимал сигналов собственного передатчика.

Схема и конструкция радиопередатчика зависит 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 радиопередатчиков.

Рис. 17. Структурная схема радиопередатчика

Структура передатчика (Рис. 17) определяется его основными общими функциями, к которым относятся:

- получение ВЧ колебаний требуемой частоты и мощности;

- модуляция ВЧ 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.

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, метровых, дециметровых и других волн (1-10 км, 30-300 кГц; 100-1000 м, 300-3000 кГц; 10-100 м, 3-30 МГц; 1-10 м, 30-300 МГц; 0,1-1 м, 300-3000 МГц и др.). С этим различием связаны соответствующие особенности конструкций, так как в разных диапазонах различны конструкции колебательных контуров и типов усилительных элементов.

Мощность передатчика обычно определяется как максимальная мощность ВЧ колебаний, поступающая в антенну, при отсутствии модуляции, при непрерывном излучении. Коэффициент полезного действия — отношение мощности ВЧ колебаний к мощности потребляемой от источника постоянного тока, т.е. .

К другим показателям определяющих вид и качество передаваемых сигналов относятся:

Стабильность излучаемой передатчиком частоты и уровень побочных излучений.

По существующим международным нормам отклонение от номинала частоты передатчика для радиосвязи на гектаметровых волнах не должна превышать 0,005%, для РВ передатчиков отклонения частоты в этом диапазоне не должно превышать 10Гц.

На декаметровых волнах допустимая нестабильность частоты для передатчиков мощностью более 0,5 кВт равна 15·10^-6, что соответствует в диапазоне от 3 до 30 МГц абсолютному отклонению частоты от 45 до 450 Гц. Некоторые системы радиосвязи по своему принципу требуют, чтобы стабильность частоты была значительно лучше, чем требуют указанные нормы.

Радиоприемные устройства используют для радиосвязи, звукового и телевизионного вещания, радионавигации, радиолокации, радио-, 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 РПдУ;

- усиления ВЧ сигнала;

- детектирования, т.е. преобразования ВЧ 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 многоканальной радиосвязи, то детектированный и усиленный сигнал подводится к оконечному устройству, в котором происходит разделение сигналов по отдельным каналам и, если требуется, дополнительная их обработка.

Радиоприемники делятся на профессиональные и бытовые. Первые предназначаются для использования на линиях радиосвязи и для решения различных навигационных, телеметрических и других специальных задач.

РПрУ можно классифицировать:

- по роду работу (радиотелефонные, радиотелеграфные, телевизионные, радионавигационные, радиолокационные и др.);

- по виду модуляции (с АМ, ЧМ, однополосной АМ (ОБП) и т.д.);

- по диапазону волн принимаемых сигналов (километровые, гектаметровые, дека-метровые и т.д.);

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

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

В настоящее время находят применение приемники прямого усиления, регенеративные, суперрегенеративные, супергетеродинные с одинарным и двойным преобразованием частоты.

На рис. 4 приведена структурная схема супергетеродинного приемника, отличительной особенностью которого является использование в нем преобразователя частоты, состоящего из смесителя (С) и гетеродина (Г), получаемую на выходе промежуточную частоту, усиливают в дальнейшем УПЧ.

Преобразователем частоты называют 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 , которая становится равной некоторой преобразованной частоте . Обычно , причем .

Рис. 18. Структурная схема супергетеродинного приемника

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. Она лежит в пределах 50…300 мкВ, 10^-12.… 10^-15 Вт или 0,3.… 5 мВ/м (напряженность поля).

Избирательностью (селективностью) радиоприемного устройства называется его способность выделять из различных сигналов, отличающихся по частоте, сигнал принимаемой станции (относительное ослабление сигналов посторонних радиостанций, работающих на различных волнах, по отношению к сигналам принимаемого передатчика, на волну которого этот приемник настроен (колебательного контура и фильтры)). ,где - коэффициент усиления на частоте настройки; - коэффициент усиления на частоте - помехи.

Антенна является необходимым элементом любого РПР_д и РПР_у.

Связисты быстро усваивают две истины про антенны.

1. «Лучше любая антенна, чем ее отсутствие».

2. «Время, усилия и деньги, затраченные на антенную систему должны обеспечить большее улучшение связи, чем такие же затраты в любую другую часть радиостанции».

Антенна радиопередатчика (передающая антенна) предназначена для преобразования тока высокой частоты в энергию излучаемых ее электромагнитных волн. Антенна радиоприемника (приемная антенна) предназначена для преобразования принятых ею электромагнитных волн в энергию тока высокой частоты. Характер процессов, происходящих в передающей и приемной антеннах, определяет обратимость их использования, т.е. одну и ту же антенну можно использовать для передачи и приема. Однако при передаче антенна может эффективно излучать электромагнитные колебания только тогда, когда ее размеры соизмеримы с длиной волны.

К основным характеристикам антенн относятся:

Излучаемая мощность ( ) - мощность электромагнитных волн, излучаемых антенной в свободное пространство, активная мощность рассеиваемая в пространстве, окружающем антенну.

Мощность потерь ( ) - мощность, бесполезно теряемая передатчиком во время прохождения тока по проводам антенны, в земле и предметах, расположенных в близи антенны.

Мощность в антенне ( ) - мощность, подводимая к антенне от передатчика, т.е. .

КПД антенны - отношение излучаемой мощности к мощности, подводимой к антенне .

Входное сопротивление антенны — сопротивление на входных зажимах антенны. Оно имеет реактивную и активную составляющие. При настройке в резонанс антенна представляет для генератора чисто активную нагрузку и используется наиболее эффективно.

Направленность антенны — способность излучать электромагнитные волны в определенных направлениях. Об этом свойстве антенны судят по диаграмме направленности, которая графически показывает зависимость напряженности поля или излучаемой мощности от направления.

Коэффициентом направленного действия ( ) называют отношение плотности потока мощности, излучаемой данной антенной в определенном направлении, к плотности потока мощности, которая излучалась бы абсолютно ненаправленной антенной в любом направлении при условии равенства общей излучаемой мощности в обеих антеннах.

– КНД в направлении максимальногоизлучения.

Коэффициент усиления антенны ( ) - произведение КНД на КПД, т.е. . Преимущественное излучение антенн в заданном направлении эквивалентно увеличению мощности передатчика.

Заключение

Таким образом, радиосвязь является одним из важнейших способов передачи информации. Особое значение она имеет и при обеспечении функционирования системы управления в условиях ЧС и их ликвидации.

Знание основ функционирования радиосвязи и основ построения систем радиосвязи поможет специалистам в области защиты населения грамотно использовать средства связи при выполнении своих функциональных обязанностей.

Подвожу итоги занятия, даю задание на самоподготовку – дополнить конспекты, используя предложенные источники.

Старший преподаватель кафедры №35 М.А. Шарафутдинов