УЗБЕКСКОЕ АГЕНТСТВО ПОЧТЫ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ

ТАШКЕНТСКИЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ СВЯЗИ

Кафедра Теория

передачи сигналов

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

ПО КУРСУ

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ

доц. Абдуазизов А.А.

доц. Маненков В.И.

ст. пр. Фазилжанов И.Р.

Асс. Собирова У.Ш.

Асс. Гринюк Н.В.

Ташкент 2001

ГЛАВА 1.

ПОСТОЯННЫЙ ТОК. ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА.

1.1. Электрическая цепь постоянного тока.

Простейшая электрическая цепь (рис.1.1.) содержит источник электрической энергии Е, приемник энергии П и два линейных провода Л1 и Л2, соединяющих источник с приемником энергии. Линейные провода подключаются к источнику электрической энергии с помощью двух зажимов, называемых положительным (+) и отрицательным (-) полюсами.

     Источник электрической энергии с присоединенными к нему линейными проводами и приемником энергии образуют замкнутую электрическую цепь, по которой происходит непрерывное движение зарядов, называемое электрическим током.

     Постоянный ток в металлических  проводниках представляет собой установившееся поступательное движение свободных электронов в замкнутой цепи. На схемах условно приято обозначать положительные направления тока и напряжения стрелками от плюса к минусу.

Единицей измерения тока является ампер (А).

                        Л1

        +                             П                +        -            +     -        +                 -

     -           Е                                          

                                                              а)                б)                 в)

Рис.1.1. Простейшая электри-             Рис.1.2. Условное обозначение:                                                                  

  ческая цепь                                   а- генератора постоянного тока,

                                                б-  аккумуляторов и гальванических элементов,

        в- батареи аккумуляторов и гальванических

элементов.

Линейные провода и приемник энергии составляют внешнюю цепь, в которой ток возникает под действием разности потенциалов на зажимах источника энергии и направлен от точки более высокого потенциала (положительного зажима) к точке более низкого потенциала (отрицательного зажима). Потенциал, так же как разность потенциалов, выражается в вольтах (В).

1.2. Электродвижущая сила

     В замкнутой цепи электрический ток протекает под действием электродвижущей силы которая возникает в источнике и при отсутствии тока в цепи, т.е. когда цепь разомкнута. При отсутствии тока в цепи ЭДС равна разности потенциалов на зажимах источника энергии. Так же как и разность потенциалов, ЭДС выражается в вольтах (В).

     Как при замкнутой, так и при разомкнутой электрической цепи ЭДС непрерывно поддерживает разность потенциалов на зажимах источника энергии. Для непрерывного протекания тока в замкнутой цепи необходимо движение зарядов внутри источника в направлении, обратном действию сил электрического поля. Такое перемещение зарядов происходит под действием сил, приложенных извне.

     В наличии ЭДС можно убедиться, если присоединить к полюсам источника энергии (вместо линейных проводов) прибор, называемый вольтметром. Стрелка вольтметра при этом отклонится на некоторый угол. Отклонение будет тем больше, чем больше ЭДС источника энергии. Однако вольтметр покажет не ЭДС, а, как мы увидим ниже, напряжение на зажимах источника тока, которое так же как и ЭДС, выражается в вольтах (В), киловольтах (кВ), милливольтах (мВ).

1.3. Электрическое сопротивление

Направленному движению электрических зарядов в любом проводнике препятствуют его молекулы и атомы. Поэтому как внешняя цепь, так и сам источник энергии оказывают препятствие прохождению тока. Противодействие электрической цепи прохождению электрического тока  называется электрическим сопротивлением ( или, короче, сопротивлением ).

Электрическое сопротивление обозначается буквой R (r),  и на схемах изображается  так, как показано на рис. 1.3, а. Устройства, включаемые в электрическую цепь и обладающие сопротивлением, называются резисторами.

Единицей измерения сопротивления является ом. Электрическое сопротивление линейного проводника, в котором при не изменяющейся разности потенциалов в 1В входит ток 1А, равно 1 Ом, т.е. 1 Ом= 1В/1А,. При измерении больших сопротивлений используют единицы в тысячу и в миллион раз больше ома. Они называются  килоомом (кОм)  и мегомом (МОм);  1кОм = 1000 Ом ; 1 МОм= 1000000 Ом.

Для оценки электрических свойств материала проводника служит удельное сопротивление- это сопротивление проводника длиной в 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм². Удельное сопротивление  обозначается буквой ρ

Если проводник, изготовленный из материала  с удельным сопротивлением ρ, имеет длину l метров и площадь поперечного сечения s квадратных миллиметров, то сопротивление всего проводника

R=pl /s

а)

                                                    R

                                              R

б)

Рис.1.3. Условное обозначение

                              а) резистора (сопротивление), б) реостата.

Сопротивление проводников зависит от температуры, причем сопротивление металлических проводников с повышением температуры  увеличивается. Для каждого металла существует определенный, так называемый температурный, коэффициент сопротивления, который выражает прирост сопротивления  проводника при изменении температуры на 1⁰ с, отнесенный к 1 Ом начального сопротивления.

R=R₁[1+α (T₂-T₁)]

Способность проводника пропускать электрический ток характеризуется проводимостью g, значение которой обратно пропорционально сопротивлению. Единицей измерения проводимости является сименс (1/Ом= См).

Таким образом, соотношение между сопротивлением и проводимостью проводника следующее: g=1/ R и R=1/ g.

          Величина, обратная удельному сопротивлению материала проводника, называется удельной проводимостью и обозначается буквой γ . Таким образом, между удельным сопротивлением  и удельной проводимостью вещества имеют место следующие соотношения: γ=1/ ρ и ρ=1/ γ.

1.4. Закон Ома

Соотношение между ЭДС, сопротивлением и током в замкнутой цепи выражается законом Ома, который может быть сформулирован так: ток в замкнутой цепи прямо пропорционален электродвижущей силе и обратно пропорционален сопротивлению всей цепи.

Закон Ома можно выразить следующей формулой:

 или

где, R - сопротивление внешней части цепи; R₀ - внутренее сопротивление источника.

Закон Ома для участка цепи, получим

Закон Ома можно сформулировать таким образом: ток на участке электрической цепи равен напряжению на зажимах этого участка, деленному на его сопротивление.

     Для измерения тока в цепи используется прибор, называемый амперметром (миллиамперметром). Напряжение, как указывалось выше, измеряется вольтметром. Для включения амперметра цепь тока разрывается, и в месте разрыва концы проводов присоединяются  к зажимам амперметра (рис.1.4).

R

 Рис. 1.4. Схема включения амперметра и вольтметра.

1.5. Последовательное соединение резисторов

Предположим, что внешняя цепь генератора (рис. 1.5) состоит из трех приемников энергии с сопротивлениеями R₁, R₂, R₃.  Такое соединение приемников, при котором каждый из них поочередно включен в одну замкнутую электрическую цепь, называется последовательным.

I

R₁ R₂ R₃

Рис.1.5. Последовательное включение резисторов.

Последовательное включение добавочных резисторов используется  на практике для понижения напряжения ( пусковые и регулировочные реостаты), а также для расширения приделов измерения измерительных приборов, например вольтметров.

1.6. Первый закон Кирхгофа

На практике преимущественно используются такие цепи, в которых токи от какого – либо пункта могут идти по разным путям в которых, следовательно, есть точки, где  сходятся несколько проводников. Эти точки называются узлами ( узловыми точками), а участки цепи , соединяющие два соседних узла- ветвями цепи.

Положим, что в узле а (рис.1.6) цепь разветвляется на четыре ветви, которые вновь сходятся  в узле б. Обозначим токи разветвленной части цепи через I, а в ветвях –т соответственно I₁, I_2, I₃ и I₄. Между этими точками в такой цепи будет следующее соотношение: I = I₁+ I_2, +I₃ + I₄.

Это выражение представляет собой  первый закон Кирхгофа, который можно сформулировать следующим образом: сумма токов, приходящих к узлу (узловой точке) электрической цепи, равна сумме токов, уходящих от этого узла, или алгебраическая сумма токов в узловой точке электрической цепи равна нулю, причем приходящие к узлу токи считаются положительными, а уходящие от узла токи – отрицательными.

I₁

                                  R₁

                                  R₂ I₂

_, I а б

                              R₃      I₃

                                  R₄ I₄

Рис.1.6. Разветвленная цепь.

1.7. Второй закон Кирхгофа.

     Второй закон Кирхгофа может быть сформулирован следующим образом: во всякой замкнутой электрической цепи алгебраическая сумма всех ЭДС равна алгебраической сумме падения напряжения в сопротивлениях, включенных последовательно в эту цепь, т.е.

E₁+E₂+E₃+…+E_n=I₁R₁+I₂R₂+I₃R₃+…+I_nR_n.

При составлении уравнений выбирают направление обхода цепи и произвольно задаются направлениями токов.

     Если  в  электрической цепи включены два источника энергии, ЭДС которых совпадают по направлению, т.е. согласно рис.1.7.а, то ЭДС всей цепи равна сумме ЭДС этих источников, т.е.  E = E₁+E₂

     Если же в цепь включено два источника, ЭДС которых имеют противоположные направления, т.е. включены встречно (рис.1.7,б.) то общая ЭДС цепи равна разности ЭДС этих источников: E = E₁-E₂

                          Е1                  Е2

                                         +          -       +           -

                                                       а)

                                              Е1                 Е2

                                           +          -      -            + 

                                                       б)

Рис. 1.7. Соединение источников электрической энергии:

а- согласное, б- встречное.

ГЛАВА 2.

ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ.

2.1. Электронная эмиссия.

В электронных лампах  прохождение тока связано с перемещением электронов в вакууме, который является непроводящей средой. Под вакуумом понимают такую высокую степень разрежения воздуха или газа, при которой движение электронов происходит без столкновения с молекулами газа, для выхода электронов  из катода необходимо им сообщить энергию, равную работе по преодолению тормозящего действие электрического поля или потенциального барьера. Эта энергия называется работой выхода W_А, а ее отношение к заряду электрона – потенциалом выхода φ_а = W_А/e . В зависимости от способа  сообщения дополнительной энергии электронам для выхода из катода различают следующие виды эмиссии: термоэлектронную, вторичную, под ударами тяжелых частиц, автоэлектронную, фотоэлектронную.

2.2. Электроды электровакуумных ламп.

Электродами электронных ламп являюся катоды, аноды и сетки. Катод лампы, эммитирующий электроны, характеризуется следующими основными параметрами: максимальной плотностью катодного тока, эффективностью, рабочей температурой и долговечностью. Максима-льный допустимый катодный ток, приходящийся на единицу поверхности катода, эмиттирующегося электроны, называется максимальной плотно-стью катодного тока, значение которой в современных электронных лампах 0,1 – 1 А/см².

Эффективность катода показывает ток его эмиссии в миллиамперах на один ватт мощности, затраченной на разогрев катода:

H = I_kmax / U_H I_H

У катодов косвенного накала эмиттирующая поверхностью и подогреватель отдалены друг от друга и могут быть электрически не связаны между собой.Они имеют большую эмиттирующую поверхность и массу, что позволяет получить значительный эмиссонный ток и высокую тепловую инерцию.

Анод является коллектором электронов, которые отдают ему кинетическую энергию, полученную ими в ускоряющем поле лампы. При этом анод нагревается и, чтобы максимальная температура анода не превышала установленной  температуры для данной лампы, его охлаждают.

2.3. Двухэлектродные электронные лампы (диоды).

      Диод является простейщей электронной лампой, в колбе которой помешены два электрода – анод и катод. Выводы электродов присоединяются к штырькам, впрессованным в пластмасовый цоколь лампы или проходят непосредственно через стекло колбы.

На рис. 2.1. показано условное обозначение диодов с катодами прямого и косвенного накала. Аноды ламп соединяют с одним штырьком цоколя, катод прямого накала – с двумя штырьками, катод косвенного накала – с тремя штырьками.

                                           А                                         А

                                             К                               К

                                      а)                                         б)

Рис. 2.1. Условное обозначение диодов на схемах:

а – с катодом прямого накала; б – с катодом косвенного накала;

А – анод, К – катод.

При открытом диоде  анодный ток увеличивается с ростом анодного напряжения. Зависимость анодного тока от анодного напряжения I_а = f (U_а)     при неизменном напряжении накала U_H = const    называется анодной или вольт-амперной характеристикой диода (рис.2.2.)

     Крутизной характеристики называется отношение приращения анодного тока ∆I_a к соответствующему приращению анодного напряжения ∆U_a т.е.

S= ∆I_a/∆U_a , которое у диодов разных типов составляет 1 - 50 мА/В.

I_a

                                    3               2                   

1

I_НАС

I_ao

U_зап U_нас U_a

Рис. 2.2.. Анодная характеристика диода.

Выделяющаяся на аноде мощность Р_а= U_aI_a должна быть меньше допустимой мощности Р_а.доп.

2.4. Трех электродные электронные лампы (триоды)

Триод (рис.2.3.), помимо анода и катода имеет третий электрод – сетку, которая управляет потоком электронов, т.е. током лампы. Управляющая сетка располагается между анодом и катодном в близи последнего.

 Разность потенциалов между сеткой и катодной называется сеточным напряжением.

              А                                                       А₁        А₂

          С                                                     С₁                    С₂

                                                              К

            К                                                                    Н                                                       а)                                                                   в)

                  А                                                       А₁       А₂

                                 С                                                         С₁                           С₂

     К                                                          К₁                             К₂

              Н                                                         Н

     б)                                                                г)

Рис.2.3. Условное обозначение триода: а – с катодом прямого накала,

б -  с катодом косвенного накала, в – двух триодов с катодом косвенного накала, г – с раздельными катодами; А – анод, К – катод, С – сетка..

На рис 2.3. а изображены анодные характеристики триода, представляющие собой зависимость анодного тока от анодного напряжения I_а = f (U_а) при неизменном сеточном напряжении (U_с = const).        При нулевом значении сеточного напряжения (U_с=0) анодная характеристика триода практически не отличается от анодной характеристики диода.

Совокупность анодных характеристик, снятых при различных сеточных напряжениях, называется семейством анодных характеристик. Анодно – сеточные характеристики (рис. 2.3.б.) представлюет собой  зависимость анодного тока от сеточного напряжения I_а = f (U_с) и снимаются  при неизменном анодном напряжени (U_а = const). 

ГЛАВА 3.

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ.

3.1. Электропроводимость полупроводников.

          Полупроводниками называются материалы, занимающие  промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Особенностью металлических проводников является наличие свободных электронов, являющихся носителями электрических зарядов. В диэлектриках свободных электронов нет, и поэтому они не проводят тока, в отличие от проводников полупроводники имеют не только электронную, но и «дырочную» проводимости.

     Электропроводность, обусловленная  перемещением свободных электронов, называется электронной проводимостью полупроводника или n проводимостью.

                        а)                                                б)

                                                     в)

Рис.3.1. Кристаллическая решетка полупроводника:  а – парно-электронная (ковалентная) связь атома, Б – её схематическое изображение, в – связи в кристаллической решетке германия.

При появлении свободных электронов в ковалентных связях образуется свободное не заполненное электроном (вакантное) место – «электронная дырка»; так как дырка возникла в месте отрыва электрона от атома, то в области ее образования  возникает избыточный положительный заряд.

Перемещение дырок подобно перемещению положительных зарядов и называется дырочной электропроводимостью. Проводимость, возникающая в результате перемещения дырок, называется дырочной проводимостью, или p – проводимостью.

Рис.3.2.. Схема связи примесей с германием: а – пятивалентной

(донорной ),  б- трехвалентной ( акцепторной).

     Носители заряда , определяющие собой вид проводимости в приме- сном полупроводнике, называются основными (дырки p- полупроводнике и электроны в n- полупроводнике), а носители заряда противоположного знака – неосновными.

3.2. Полупроводниковые диоды.

Полупроводниковый диод ( вентиль) представляет собой контактное соединение двух полупроводников , один из которых с электронной проводимостью (n - типа), а другой – с дырочной (p – типа, рис. 3.3.).

                                                E_n

                                                   +

а)

U

                        +            -

                                                   Iобр                  

                                                     Е_в

                                                      Е_п

б)

U

                           -            +

                                                   Iобр                  

                                                      Е_в

                                                      Е_п

в)

Рис. 3.3.. Полупроводниковый вентиль: а – схема устройства, б – схема включения в обратном направлении, в – схема включения в прямом направлении.

Вследствие теплового движения в электрическое поле p, n перехода попадают не основные носители зарядов ( электроны из p, области и дырки из n  области ). Движение не основных носителей зарядов под действием сил поля p  - n перехода, направленное встречно диффузионному току основных носителей называется дрейфовым или тепловым током, зависящии в сильной степени от температуры.

Кремниевые диоды отличаются от германиевых не только материалом полупроводника, но и некоторыми преимуществами, а именно: более высокой предельной температурой, значительно меньше обратным током, более высоким пробивным напряжением. Однако сопротивление кремниевого вентиля в прямом направлении значительно больше, чем германиевого. 

3.3. Биполярные транзисторы.

          Биполярным транзистором или просто транзистором называется полупроводниковый прибор с двумя p – n – переходами, предназначенный для усиления и генерирования электрических колебаний и представляющий собой пластину кремния или германия, состоящую из трех областей. Две крайние области всегда имеют одинаковый тип проводимости, а средняя – противоположнный тип проводимости. Транзисторы, у которых крайние области обладают электронной проводимостью, а средняя – дырочной называются транзисторами n – p – n типа (рис.3.4.); транзисторы, у которых крайние области обладают дырочной, а средняя – электронной проводимостями, называются транзисторами p – n – p типа (рис. 3.5.).

                 Эмиттер                   База                       Коллектор

I_Э

I_б I_к

U_э U_k

                          -    +                                            -         +

                                                Э                 К

                                            Б

Рис.3.4. Принцип работы и условное обозначение транзистора n - p – n

Эмиттер является областью, испускающей (эмиттирующей) носителей зарядов электронов в транзисторе n - p – n типа и дырок в транзисторе p - n -p  типа; коллектор – область собирающая носителей зарядов; база -  средняя область, основание.

 Эмиттер                   База                       Коллектор

I_Э

I_б I_к

U_э U_k

                          +   -                                                   +         -

                                             Э              К

                                                Б

 Рис 3.5. Принцип работы и условное обозначение транзистора p - n –p.

            Общая база                      Общий эмиттер        Общий коллектор

а)

Общая база                                Общий эмиттер            Общий коллектор

б)

Рис.3.5.Схемы включения с общей базой, общим эмиттером, общим коллектором транзисторов: а - n - p – n , б - p - n –p.

Возможны три схемы включения транзисторов типа n - p – n  (рис.3.5, а) и p - n –p типа (рис 3.5,б); с общей базой ОБ, с общим эмиттером ОЭ и с общим коллектором ОК. Название схемы показывает, какой электрод является общим для входной и выходной цепей. Схемы включения транзисторов отличаются своими свойствами, но принцип усиления колебаний остается одинаковым.       В схеме с общим эмиттером ОЭ источник входного напряжения включен в цепь эмиттер-база, а сопротивления нагрузки R_н и источник питания - в цепь эмиттер – коллектор, так что эмиттер является общим электродом для входной или выходной цепей.

          В схеме с общим эмиттером ОЭ при условии входного напряжения  происходит поворот фазы выходного напряжения на половину периода, т.е. на 180⁰ : положительные приращения входного напряжения вызывают отрицательное приращение выходного напряжения и наоборот.

I_б I_к

U_эк=0        U^'_эк>0    U"_эк>U'_эк I"'_б>I"_б

I"_б>I'_б

                                                                                            I'_б>0

                                                                                      I_ко    I'_б=0

0                                               U_эб         0                              

U_эк

                        а)                                                                  б)

Рис. 3.6. Статические характеристики транзистора типа p - n –p , включенного по схеме с общим эмиттером: а – входные, б -  выходные.

     На рис. 3.6 а и б показан примерный вид входных и выходных характеристик транзистора p - n –p – типа. При малых значениях напряжения между эмиттером  и базой ( U_э-б) ток базы растет медленно из-за большого сопротивления p - n  перехода, которое с увеличением тока уменьшается. С увеличением коллекторного напряжения  (U_э-к) выходные характеристики смещаются вправо, т.е . с увеличением U_э-к необходимо увеличить напряжение для того , чтобы ток базы остался неизменным.

ГЛАВА 4

ОБОБЩЕННАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ

Задачей связи  является передача сообщений  на расстояние от источника к получателю. В электросвязи переносчиком сообщений является электрический сигнал, способный распространяться в определенных средах. Из этого следует, что для передачи на расстояние сообщение,  создаваемое источником, должно быть  преобразовано в электрический сигнал, который будет преодолевать пространство. На месте приема полученный сигнал необходимо преобразовать в сообщение, подаваемое получателю. Чтобы выполнять все эти операции, необходимы соответствующие технические устройства, которые в совокупности со средой распространения сигнала образуют систему электросвязи. На рис 5.3. изображена обобщенная структурная схема системы электросвязи. Она связывает источник сообщений ИС с их получаемым ПС и состоит из трех основных частей: преобразователя сообщения в сигнал или сигнала в сообщение (П), передатчика (Пер.) и приемника (Пр.).

Источником и получателем сообщений, как правило, являются люди, но их роль могут выполнять также различные датчики, автоматические устройства и ЭВМ.

Канал электросвязи

Система электросвязи

Вторичный сигнал

сообщение    первичный                                              первичный

                         сигнал                                                сигнал + помеха

Рис. 4.1. Структурная схема системы электросвязи.

          В реальных условиях сложный и многоэтапный процесс передачи сообщений происходит при воздействии множества помех. Наибольшие трудности и проблемы при этом создают помехи,  искажающие сигнал, Под помехой понимается любое воздействие на полезный сигнал, изменяющее его информационный параметр и затрудняющее прием. Помехи в системах связи весьма разнообразны по происхождению и физическим свойствам. Источники помех могут быть как внутри, так и вне системы электросвязи. На рисунке все источники помех объединены и условно показаны в виде прямоугольника, а места возникновения помех – стрелками.

          Таким образом, в приемник поступает сигнал, подверженный воздействию помех («сигнал + помеха»). Однако сообщение, принимаемое  получателем, должно полностью соответствовать  сообщению, переданному от источника. Выполнение этого условия возможно лишь в том случае, если все элементы системы электросвязи обладают определенной помехоустойчивостью.

4.1. Способы преобразования сообщений в сигнал и обратно.

В системах электросвязи применяют различные по устройству и принципу  работы преобразователи сообщения в сигнал (передатчик) и обратно (приемник). Это зависит  от вида и характера передаваемых сообщений. В системах передачи оптических сообщений в качестве таких преобразователей применяются фотоэлектрические преобразователи и различные регистрирующие устройства. В системе передачи звуковых сообщений используются соответственно акустоэлектрические и электроакустические преобразователи.

Преобразующие устройства могут выполнять как прямое (непосредственное), так и условное преобразования. При прямом преобразовании информационные параметры сообщения и сигнала изменяются по одним и тем же законам. Например, изменения электрического сигнала на выходе акустоэлектрических преобразователей точно повторяют изменения звукового давления. Это достигается благодаря включению в электрическую цепь устройств, чувствительных к изменению звукового давления. Пропорционально изменению давления изменяется  сопротивление электрическому току. В результате величина тока изменяется в соответствии с изменением сообщения. Обратное преобразование сигнала в звуковое сообщение осуществляется с помощью электромагнита. В обмотку электромагнита поступает сигнал, создающий переменное магнитное поле, которое приводит в колебательное движение мембрану, вызывающую в окружающей среде звуковые колебания.

При условном преобразовании связь между информационными параметрами сообщения и сигнала — условная. При этом применяются коды, т. е. каждый знак сообщения при передаче преобразуется в определенную комбинацию электрических импульсов, а в процессе приема по комбинации определяется соответствующий знак. Коды используются для преобразования в сигнал дискретных сообщений.

4.2. Современные виды электросвязи

Все виды электросвязи можно условно разделить на четыре группы. Две группы предназначены для передачи оптических сообщений: неподвижных и подвижных изображений, одна для передачи звуковых сообщений и еще одна для передачи сообщений между ЭВМ (рис. 5.4).

Телеграфная связь и передача данных служат для передачи дискретных сообщений в виде текстов (телеграмм) и цифровых данных соответственно. Причем передача данных обеспечивает более скоростную и качественную передачу сообщений.

Факсимильная связь и ее разновидность — передача газетных полос — обеспечивают передачу оптических сообщений в виде неподвижных изображений (в том числе и цветных).

Такие виды электросвязи, как телефонная связь и звуковое вещание предназначены для передачи звуковых сообщений. Телефонная связь обеспечивает ведение переговоров между людьми (абонентами), а звуковое вещание — одностороннюю и высококачественную передачу звуковых сообщений (радиопрограмм), предназначенных одновременно для многих слушателей.

Телевизионное вещание и видеотелефонная связь обеспечивают одновременную передачу оптических и звуковых сообщений. При этом телевидение обеспечивает одностороннюю передачу массовых сообщений, а видеотелефонная связь — двустороннюю передачу индивидуальных сообщений, позволяя вести переговоры, при которых собеседники видят друг друга. Правда, этот вид электросвязи не получил широкого распространения из-за относительно высокой стоимости передачи сообщений.

Рис. 4.2. Классификация современных видов электросвязи.

ГЛАВА 5.

СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ

5.1. Общие сведения.

Каждый вид электросвязи реализуется с помощью определенной системы, обеспечивающей передачу на расстояние конкретных сообщений. Поэтому в электросвязи существуют системы: телефонной, телеграфной, факсимильной, видеотелефонной связи, передачи газет, передачи данных, а также звукового и телевизионного вещания. Состав и схемы этих систем определяются характером и видом передаваемых сообщений. Системы электросвязи, в которых в результате прямого преобразования сообщений получается непрерывный (аналоговый) сигнал, называются непрерывными или аналоговыми системами. Системы телефонной, факсимильной, видеотелефонной связи, звукового и телевизионного вещания относятся к непрерывным системам. Условное преобразование сообщения в сигнал (кодирование) — признак системы для передачи дискретных сигналов. Такими в электросвязи являются системы телеграфной связи и передачи данных.

Телефонные, телеграфные, видеотелефонные системы и системы передачи данных обеспечивают одновременную двухстороннюю передачу сообщений между абонентами, т. е. позволяют вести переговоры. Для этого каждый абонент должен иметь как передатчик, так и приемник, связанные между собой двумя каналами связи, один из которых обеспечивает передачу сигналов в одном направлении, а другой—в другом (обратном) направлении. Упрощенная структурная схема таких систем приведена на рис. 6.1. Как видно из рисунка, система состоит из двух подсистем, каждая из которых обеспечивает передачу сообщений в одном направлении.

Рис. 5.1. Упрощенная структурная схема системы электросвязи

для передачи индивидуальных сообщений.

Системы звукового и телевизионного вещания, а также передачи газет обеспечивают одностороннюю передачу сообщений, предназначенных одновременно для большого числа абонентов, Каждый слушатель или группа слушателей, находящиеся у одного приемника, пользуется «своей» системой связи, состоящей из передатчика, канала связи и приемника. При этом передатчик является общим элементом одновременно для многих систем. Общее число систем соответствует числу приемников.

5.2. Системы для передачи непрерывных сообщений.

Системы телефонной связи предназначены для передачи на расстояние звуковых (акустических) сообщений, создаваемых голосовыми связками и воспринимаемых органом слуха (ухом) человека. Поэтому в качестве передатчиков используются устройства, которые преобразуют звуковые колебания, происходящие в воздушном пространстве, в электрические сигналы, передаваемые на расстояние. Такие акустоэлектрические преобразователи называются микрофонами.

Приемник в системе телефонной связи выполняет обратное преобразование электрических сигналов в звуковые колебания, Такой электроакустический преобразователь называется телефоном.

Кроме микрофона и телефона, являющихся основными элементами системы, у каждого абонента имеется ряд вспомогательных устройств, необходимых для удобства подключения, вызова и сигнализации. Основные и вспомогательные элементы, которыми пользуется абонент, конструктивно составляют телефонный аппарат. Современные телефонные аппараты весьма разнообразны. Они отличаются типами микрофонов, телефонов, номеронабирателей, а также формой корпуса аппарата.

Каналы связи в системах телефонной связи образуются совокупностью устройств и среды распространения, обеспечивающих прохождение сигналов от одного телефонного аппарата к другому.

5.3. Система звукового вещания

Системы звукового вещания обеспечивают одностороннюю передачу звуковых сообщений (речи, музыки) от источника до большого числа слушателей, рассредоточенных в пространстве. В зависимости от технических средств, используемых для .этого, различают системы радиовещания и проводного вещания. В первом случае сигналы передаются по радиоканалу, в котором средой распространения является открытое пространство. Радиоканал образуется с помощью специальных устройств, основными из которых являются радиопередатчик, передающая антенна, приемная антенна и радиоприемник.

Радиопередатчик преобразует первичный низкочастотный сигнал на выходе микрофона в высокочастотный сигнал, излучаемый передающей антенной в окружающее пространство в виде электромагнитных волн.

Под воздействием поля излучения в приемной антенне возникает высокочастотный ток, характер изменения которого повторяет закон изменения высокочастотного сигнала. В радиоприемнике из высокочастотного сигнала после соответствующей обработки выделяется первичный (исходный) сигнал. Далее низкочастотный первичный сигнал преобразуется громкоговорителем в звуковое сообщение.

В системах проводного вещания сигналы звукового вещания доставляются до слушателей по так называемым проводным каналам, использующим в качестве среды распространения специальные направляющие устройства - проводные линии передачи. Иногда часть канала реализуется радиотехническими средствами, а часть - проводными. При этом сообщения также преобразуются в сигнал с помощью микрофона, устанавливаемого в специальных помещениях - студиях. Приемниками являются абонентские громкоговорители, устанавливаемые непосредственно в квартирах слушателей. Передача сигналов между микрофоном и приемником осуществляется по проводам, проходящим через специальные узлы проводного вещания.

5.4. Системы телевизионного вещания

Телевизионная связь предназначена для одновременной передачи оптических и звуковых сообщений, поэтому системы телевизионной связи содержат две подсистемы. Подсистема передачи звуковых сообщений практически не отличается от рассмотренной выше системы звукового вещания. Подсистема передачи оптических сообщений обеспечивает передачу подвижных изображений.

Рис. 5.2. Структурная схема системы телевизионного вещания.

Телевизионные сигналы, как правило, передаются по радиоканалу (рис. 5.2). Радиоканал содержит телевизионный радиопередатчик РПер, передающую антенну, среду распространения радиоволн, приемную антенну и телевизионный радиоприемник РПр. Спектр видеосигнала содержит низкие частоты и поэтому его невозможно передать в открытом пространстве. Преобразование видеосигнала в радиочастотный сигнал, способный излучаться передающей системой в окружающее пространство в виде радио волн, осуществляется в телевизионном радиопередатчике.

Рис. 5.3. Приемная телевизионная трубка (кинескоп).

На приемной стороне системы часть энергии радиоволн перехватывается приемной антенной, усиливается и вновь преобразуется в телевизионном радиоприемнике в видеосигнал. Для преобразования видеосигналов в сообщения используется свойство некоторых веществ светиться под воздействием падающего на них потока электронов. Такие вещества называются люминофорами. Яркость их свечения пропорциональна интенсивности падающего потока.

Упрощенная схема, поясняющая устройство приемной телевизионной трубки (кинескопа), приведена на рис. 5.3. Слой люминофора нанесен на внутреннюю поверхность широкой части стеклянного баллона. Электронный луч создается прожектором, формируется и ускоряется специальными электродами (на рисунке не показаны). Интенсивностью электронного луча управляет видеосигнал. Луч направляется на люминофор и высвечивает поэлементно строку за строкой. Движение луча по горизонтали и вертикали задается отклоняющей системой. Поскольку интенсивность луча изменяется в соответствии с изменением сигнала, яркость свечения каждой строки будет изменяться. Ввиду большой скорости перемещения луча по строкам и определенной инерционности зрения человек наблюдает на экране цельное оптическое изображение.

Устройства, обеспечивающие преобразование радиочастотных сигналов в электрические сигналы звуковых частот и видеосигналы, а также громкоговоритель и кинескоп конструктивно объединены в один аппарат, называемый телевизором.

ГЛАВА 6.

СИСТЕМЫ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНЫХ СООБЩЕНИЙ

6.1. Системы телеграфной связи

Системы телеграфной связи предназначены для двухсторонней передачи дискретных сообщений (телеграмм). Они состоят из двух подсистем, как было показано на рис. 6.1. При этом на каждом конце системы необходимо иметь передатчик и приемник. Эти два устройства обычно конструктивно объединяются и образуют устройство, называющееся оконечным телеграфным аппаратом. Следовательно, телеграфная связь реализуется системой, состоящей из двух оконечных телеграфных аппаратов, соединенных каналом связи.

В системах передачи дискретных сообщений используется кодовый метод преобразования сообщения в сигнал и обратно. Смысл этого метода заключается в том, что знаки сообщения при передаче заменяются кодовыми комбинациями, составляемыми из определенных элементов. При этом каждому знаку сообщения соответствует своя комбинация. Совокупность всех используемых комбинаций составляет телеграфный код. Старейшим и наиболее известным является код Морзе, комбинации которого составляются из двух различных элементов — «точка» и «тире».

При использовании кодов передача сообщений сводится к передаче двух различных элементов кодовых комбинаций.

Итак, процесс преобразования знаков сообщения в сигнал начинается с кодирования, в результате которого знаки заменяются кодовыми комбинациями. Затем элементы комбинации последовательно преобразуются в элементы сигнала, т. е. в импульсы тока. Эти функции выполняются специальными устройствами передающей части оконечного телеграфного аппарата.

Приемник системы телеграфной связи выполняет обратное преобразование сигнала в сообщение в следующей последовательности. Вначале элементы сигнала поочередно принимаются, преобразуются в элементы кодовой комбинации и запоминаются. Затем определяется знак, соответствующий принятой кодовой комбинации, т. е. выполняется операция, обратная кодированию, называемая декодированием. Процесс приема заканчивается записью знака на бумаге. Все перечисленные операции выполняются специальными устройствами приемной части оконечных телеграфных аппаратов.

6.2. Системы передачи данных

Системы передачи данных не имеют принципиальных отличий от систем телеграфной связи. В них также используют условный (кодовый)

Рис. 6.1. Структурная схема системы передачи данных.

метод преобразования сообщений в сигнал и обратно, и поэтому процесс передачи сообщений и устройства передатчика и приемника не отличаются от соответствующих элементов системы телеграфной связи. Однако, как отмечалось в гл. 5, системы передачи данных способны передавать дискретные сообщения значительно быстрее и точнее, т. е. обеспечивать более высокую скорость и качество передачи сообщений. Они гарантируют заданную верность передачи при любой практически необходимой скорости передачи сообщений. Это достигается благодаря использованию дополнительных устройств повышения качества передачи сообщений, которые конструктивно объединяются с передатчиками и приемниками систем передачи данных, образуют приемопередающие устройства, называемые аппаратурой передачи данных АПД. Одна часть ЛПД, выполняющая различные преобразования сигналов при передаче, размещается на передающем, а вторая, обеспечивающая прием, корректировку и другие преобразования сигналов и кодовых комбинаций, размещается на приемном конце системы передачи данных.

Устройства повышения качества передачи позволяют обнаруживать или даже исправлять ошибки в сообщениях, появляющиеся в процессе передачи. Системы передачи данных используют двухсторонний канал; обратный канал используется для борьбы с ошибками. На рис. 6.1 приведена схема системы передачи данных для передачи сообщений в одном направлении (слева направо).

ГЛАВА 7.

СЕТИ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ

7.1. Классификация сетей.

В наши дни каждый человек пользуется теми или иными услугами электросвязи: слушает радио, смотрит телевизионные передачи, разговаривает по телефону, отправляет и получает телеграммы и т. д. В любом случае услуга электросвязи заключается в передаче сообщении на расстояние. Отправителями (источниками) и получателями (потребителями) сообщений являются люди или устройства, обслуживаемые людьми, например ЭВМ. Для передачи каждого сообщения нужна система электросвязи в виде совокупности определенных технических устройств (средств). Систем электросвязи, а следовательно, и технических средств требуется очень много, поскольку речь идет о возможности предоставления услуг электросвязи всем желающим.

Создание системы для любого вида электросвязи предполагает организацию канала электросвязи между пунктами передачи и приема сообщения и подключение к нему оконечных абонентских устройств. Для выполнения этих операций используется специальная аппаратура коммутации, позволяющая образовать тракт для передачи электрических сигналов.

Совокупность технических средств, обеспечивающих передачу и распределение сообщений, образует сеть электросвязи. В зависимости от вида электросвязи сети присваивается название телефонной, телеграфной, передачи данных, передачи газет, звукового вешания, телевизионного вещания.

Часть сетей предназначена дли передачи сообщений, имеющих частый, индивидуальный характер, т. е. сообщений, представляющих интерес только для отдельных людей. К таким сетям относятся телефонная, телеграфная, факсимильная и передачи данных.

Сети звукового и телевизионного вещания, а также передачи газет обеспечивают передачу сообщений, имеющих массовый характер, т. е. представляющих интерес одновременно для большого числа людей.

7.2. Сети передачи индивидуальных сообщений.

Сети передачи индивидуальных сообщений объединяют огромное число различных технических устройств, расположенных на большой территории. Телефонная сеть, например, объединяет многие миллионы телефонных аппаратов, десятки тысяч километров линий связи, большое количество каналообразующей и коммутационной аппаратуры и много другого специального оборудования, расположенного на территории всей страны. Сотни тысяч телеграфных аппаратов и множество различного оборудования объединяет телеграфная есть, также охватывающая всю территорию страны. Значительно меньше по своим масштабам сети передачи данных и факсимильной связи.

К сетям передачи индивидуальных сообщений предъявляются определенные требования. Важнейшим из них является требование, предъявляемое теми, кто пользуется услугами этих сетей,— абонентами. Оно заключается в том, что сеть должна обеспечить каждому абоненту возможность в удобное для него время связаться с любым другим абонентом и передать определенное сообщение. Для выполнении этого требования сеть должна быть построена по определенному принципу. Один из принципов построения, называемый «каждый с каждым», показан на рис. 7.1, а. В этом случае сеть состоит из пунктов А и соединительных линий СЛ, связывающих все пункты между собой. В пунктах сети размещаются оконечные абонентские устройства систем электросвязи, поэтому эти пункты называются оконечными, или абонентскими. Соединительные линии выполняют роль каналов электросвязи между оконечными устройствами. Каждый абонент такой сети имеет постоянную и прямую связь со всеми другими абонентами. Сеть, построенная по принципу «каждый с каждым», надежна, отличается оперативностью и высоким качеством передачи сообщений. Однако на практике она применяется только при небольшом числе абонентов. Объясняется это тем, что с ростом числа абонентских пунктов быстро растет число и суммарная длина соединительных линий сети. В результате, сеть становится громоздкой, а ее стоимость непомерно высокой.

Рис. 7.1. Принципы построения сетей передачи индивидуальных сообщений: а) – «каждый с каждым»; б) – радиальный; в) – радиально-узловой;

г) – радиально-узловой с узловыми районами.

Другой принцип построения сети для передачи индивидуальных сообщений, называемый р а д и а л ь н ы м, показан на рис. 7.1, б. Сеть, построенная таким образом, иначе называется звездообразной. Такая сеть имеет много абонентских пунктов Л и один узловой пункт С. На оконечных пунктах установлены абонентские устройства, а на . узловом — станция коммутации, к которой с помощью абонентской линии АЛ подключается аппаратура каждого оконечного пункта. Станция коммутации представляет собой совокупность устройств, выполняющих электрическое соединение абонентских линий. Каждое соединение позволяет создать систему электросвязи для передачи сообщений между соответствующими абонентами.

Радиальный принцип построения сети используется также при ограниченном числе оконечных пунктов, расположенных на небольшой территории. Если число абонентов велико или они рассредоточены на большой территории, резко возрастает стоимость линейных сооружений из-за увеличения средней длины абонентских линий.

На рис. 7.1, в приведена схема построения сети, имеющей три станции коммутации C₁, С₂, С₃, к каждой из которых с помощью абонентских линий подключены абонентские аппараты близко расположенных абонентов. Аппарат каждого абонента является оконечным пунктом сети. Каждый аппарат подключен только к одной станции. Все станции между собой связаны соединительными линиями по принципу «каждый с каждым». Структура сети позволяет устанавливать соединения между любыми абонентами через одну или две станции. Подобную структуру имеют, например, телефонные сети многих городов, если число абонентов в них (емкость сети) не превышает 80 ... 90 тыс. При этом число станций не превышает десяти.

Телефонные сети крупных городов обычно имеют несколько групп телефонных станций, подобных рассмотренной. Каждая группа станций обслуживает определенный район города, называемый узловым. При этом связь между абонентами разных узловых районов осуществляется через специальные узлы. На рис. 7.1, г приведена одна из возможных схем построения сети с двумя узловыми районами. С целью упрощения рисунка не показаны абонентские пункты сети, связанные со станциями по радиальному принципу. Телефонные станции внутри каждого узлового района

связаны по принципу «каждый с каждым». Связь между узловыми районами проходит через специальные станции — узлы исходящих УИС и входящих УВС сообщений. Такой принцип построения сетей электросвязи со станциями нескольких уровней, взаимодействующих друг с другом определенным образом, получил название радиально-узлового. Абоненты разных районов устанавливают связь между собой через несколько промежуточных станций.

Рис. 7.2. Сеть телеграфной связи.

Телеграфные сети также строятся по радиально-узловому принципу с учетом административно-территориального деления страны (рис. 7.2). Оконечными пунктами А телеграфной сети являются либо отделения связи, либо телеграфные абоненты, располагающие телеграфной аппаратурой. Функции узловых пунктов УН выполняют телеграфные станции коммутации. Сеть имеет узловые пункты трех уровней. Узловые пункты первого уровня УП₁ организуются в каждом административном районе и поэтому называются районными узлами РУ. Все оконечные пункты, расположенные на территории района, подключены с помощью абонентских линий к УП₁ (РУ). Узловые пункты второго уровня УП₂ организуются, как правило, в областных центрах и называются областными узлами ОУ. Вес УП₁ (РУ) имеют каналы телеграфной связи КТ с УП₂ (ОУ). Функции узловых пунктов третьего уровня (УП₃) выполняют главные узлы ГУ сети, организуемые в регионах, охватывающих несколько областей. Вес УП₂ (ОУ), находящиеся на территории региона, имеют каналы телеграфной связи со своим УПз (ГУ). Главные узлы телеграфной сети соединены между собой каналами телеграфной связи по принципу «каждый с каждым». При таком принципе построения сети телеграфные сообщения проходят через один — шесть промежуточных узловых пунктов.

Сеть передачи данных имеет в целом такую же структуру построения, как и телеграфная. Более высокие требования, предъявляемые к качеству передачи данных, вынуждают применять более сложную аппаратуру на оконечных и узловых пунктах.

Факсимильные сети строятся на базе телефонной сети.

Таким образом, сети, предназначенные для передачи индивидуальных сообщений, строятся в основном по радиально-узловому принципу, обеспечивающему наименьшую стоимость создания сети и высокую эффективность использования сложных и дорогостоящих средств электросвязи.

7.3. Алгоритм передачи индивидуальных сообщений.

Способы коммутации.

В процессе передачи телефонных сообщений непосредственное участие принимают люди (абоненты), ведущие переговоры. Очевидно, это возможно лишь в том случае, сели телефонные аппараты этих абонентов, расположенные на разных оконечных пунктах сети, связаны каналом связи или общей электрической цепью независимо от того, через сколько узловых пунктов проходит связь.

Рис. 7.3. Тракт передачи  телефонных сообщений.

Как отмечалось выше, для абонентов одного города число промежуточных узлов может быть от одного до трех, для иногородних абонентов их может быть и больше, так как в этом случае добавляются междугородные телефонные станции городов. Электрическая цепь (канал), состоящая из нескольких участков и обеспечивающая передачу сигналов между двумя абонентами, называется соединительным трактом.

Тракт передачи телефонных сообщений, состоящий из четырех участков с (I ... IV) с тремя станциями показан на рис. 7.3. Как видно из рисунка, для создания общей электрической цепи (прямого канала) между абонентами на каждой станции необходимо обеспечить электрическое соединение цепей (каналов). Так, на станции C₁ АЛ вызывающего абонента необходимо соединить с каналом связи КС в направлении станции С₂, на С₂ соединить этот канал связи с каналом связи, идущим на С₃, а на С₃ канал связи, приходящий с С₂, соединить с АЛ вызываемого абонента. В результате всех соединений создается тракт, связывающий непосредственно аппараты двух абонентов.

Основная функция узловых пунктов сети заключается в соединении электрических цепей для создания трактов передачи телефонных сообщений. Процесс поиска и соединения цепей называется коммутацией каналов, или просто коммутацией. Коммутация выполняется специальным оборудованием, называемым станцией коммутации или телефонной станцией.

Таким образом, процесс передачи телефонных сообщений состоит из двух этапов. На первом этапе передача начинается с установления соединения между абонентами, т. е. с создания тракта передачи. Этот этап на современных станциях выполняется автоматически под управлением сигналов от номеронабирателя телефонного аппарата. Второй этап — непосредственно передача сообщений (телефонный разговор). После окончания переговора тракт разрушается.

Телеграфные сообщения (телеграммы) при передаче от одного оконечного пункта к другому также проходят несколько промежуточных узловых пунктов. Возможны два варианта передачи телеграмм между оконечными пунктами. Один из них не отличается от передачи телефонных сообщений: на первом этапе устанавливается прямое соединение между оконечными пунктами, а на втором происходит передача сообщений. Сеть, работающая по такому принципу, называется сетью с коммутацией каналов. Основным оборудованием узловых пунктов таких сетей являются телеграфные станции коммутации каналов.

Рис. 7.4. Схема поэтапной передачи телеграфных сообщений.

Благодаря некоторым особенностям телеграфной связи на сети возможен и другой вариант передачи телеграмм. Первая особенность связана с тем, что в процессе передачи не принимают непосредственного участия ни отправитель, ни получатель телеграммы. Вторая особенность — документальность сообщений. Эти обстоятельства позволяют использовать поэтапную передачу телеграмм, при которой отпадает необходимость организации прямой связи (канала) между двумя оконечными пунктами ОП. Схема поэтапной передачи телеграмм в направлении от ОП₁ к ОП-₂ приведена на рис. 7.4. В этом случае на узловых пунктах устанавливается приемная Пр и передающая Пер телеграфная аппаратура, входящие в состав постоянно действующих систем телеграфной связи. Последовательность передачи телеграмм при этом будет следующей: телеграмма с ОП₁ передается на районный узел РУ₁ с помощью передатчика, приемника и абонентской линии. Здесь она прочитывается и переносится на рабочее место для передачи на второй узел, например ОУ, и передается дальше сразу же, а при занятости канала — после его освобождения. В свою очередь на ОУ телеграмма принимается, прочитывается, переносится на рабочее место передачи и передается на узел РУ₂ и т. д. до ОП₂.

Таким образом, на каждом узловом пункте производится переприем телеграмм. Выбор нужного направления передачи в простейшем случае осуществляется путем переноса телеграммы с рабочего места приема на соответствующее рабочее место передачи в пределах помещения аппаратного зала узлового пункта. Такой способ выбора направления и передачи телеграмм называется коммутацией сообщений. Совокупность оборудования, обеспечивающего переприем телеграмм на узловом пункте, называется станцией коммутации сообщений.

В зависимости от формы и степени участия человека способ коммутации сообщений может быть ручным, полуавтоматическим и автоматическим. В последнем случае оборудование, выполняющее эти операции, называется центром коммутации сообщений ЦКС. В современных ЦКС весь процесс переприема осуществляется автоматически под управлением специальных ЭВМ. На современных сетях телеграфной связи и передачи данных широко используется как коммутация каналов, так и коммутация сообщений. Нередко оба способа коммутации используются одновременно на одной сети. Такие комбинированные сети обладают гибкостью, высокой надежностью и имеют лучшие технико-экономические показатели.

7.4. СЕТИ ПЕРЕДАЧИ МАССОВЫХ СООБЩЕНИЙ

Принцип построения, особенность работы и общие требования

Важнейшими сетями передачи массовых сообщений являются сети вещания. Вещанием называют процесс одновременной передачи различных сообщений общего назначения широкому кругу людей с помощью технических средств электросвязи. По виду передаваемых сообщений различают звуковое н телевизионное вещание. Звуковое вещание - передача звуковых программ для непосредственного приема населением. Программой принято называть последовательность передачи во времени различных сообщений (в данном случае звуковых). Телевизионное вещание — передача телевизионных программ для непосредственного приема населением. В телевизионную программу входят как оптические, так и звуковые сообщения.

Организация вещания в масштабах страны сводится к решению двух крупных организационно-технических задач. Первая задача формирование вещательных программ, вторая - доведение этих программ до абонентов (зрителей и слушателей). Несмотря на существенное различие между системами звукового и телевизионного вещания, организация вешания может быть представлена одной схемой, показанной на рис. 7.5.

Программы звукового вещания готовят в радиодомах, а телевизионного вещания ни телецентрах.

Рис. 7.5. Организация вещания.

Основными требованиями к сетям вещания являются: охват вещанием всего населения страны, высокое качество передаваемых программ, надежность работы и экономичность.

Замечательной особенностью вещания является' оперативность распространения сообщений по территории страны. По этому показателю сети вещания, как средства массовой информации, во много раз превосходят газеты, хотя они издаются утренним и вечерним выпусками.

7.5. Сеть звукового вещания

Рассмотрим в общих чертах суть организации звукового вещания. Весь процесс можно условно разделить на три этапа. Первый этап — формирование программ.

Второй этап — подача программ от пунктов их формирования (радиодома) до вещательных радиопередающих станций и узлов проводного вещания. Распределение программ осуществляется по каналам связи. Разветвление каналов происходит на специальных узлах коммутации. Сеть каналов звукового вещания построена по радиально-узловому принципу.

Третий этап — доведение программ до слушателей. По способу доведения различают радиовещание и проводное вещание. В случае радиовещания электрические сигналы звукового вещании преобразуются радиопередающими станциями в радиочастотные сигналы и излучаются в виде радиоволн. Радиоволны «улавливаются» антеннами радиоприемников, громкоговорители которых и воспроизводят звуковые сообщения. В проводном вешании электрические сигналы звукового вещания от узлов проводного вещания передаются к абонентским устройствам громкоговорителями по специальным проводным линиям или линиям телефонной связи.

7.6. Сеть телевизионного вещания

Организация телевизионного вещания аналогична организации звукового вещания. В частности, можно выделить те же этапы: формирование программ, их распределение по территории страны и доведение непосредственно до телезрителей (рис. 7.6).

Программы формируются на телецентрах. Радиотелевизионные передающие станции РТПС являются конечными участками передающей части сети. Они соединены сотнями тысяч километров каналов связи, которые разветвляются в соответствующих узлах. Таким образом, сеть каналов телевизионного вещания строится также по радиально-узловой схеме.

При построении сети учитывается, что телевизионное вещание организуется в диапазонах метровых и дециметровых волн. Закономерность распространения радиоволн этих диапазонов такова, что зона уверенного приема сигналов РТПС ограничена пределами оптической видимости. Поэтому для увеличения зоны уверенного приема телепрограмм нужно как можно выше поднимать передающую и приемную антенны. Для типовых РТПС с опорами для антенн высотой 200 ... 350 м зона обслуживания представляет собой круг радиусом 60 ... 100 км.

Рис. 7.6. Организация сети телевизионного вешания:

1 —телецентр; 2 - радиотелевизионная передающая станция; 3 - узел коммутации; 4 - канал связи;  5 — телевизионный приемник.

7.7. Сеть передачи газет

Особое место среди сетей передачи массовых сообщений занимает сеть передачи газет. Она осуществляет циркулярную, одностороннюю передачу газетных полос с центральных типографий на места их децентрализованного печатания, т. е, в периферийные типографии. Оконечная аппаратура передачи газет устанавливается непосредственно в помещениях типографий, что ускоряет процесс передачи газетных полос и создает удобства для дальнейшей обработки факсимильных копий и размножения газет. Следовательно, оконечными пунктами сети передачи газет являются типографии, находящиеся, как правило, в областных центрах. Причем сеть имеет один оконечный пункт передачи, а все остальные оконечные пункты являются пунктами приема.

Принцип построения сети передачи газет показан на рис. 7.7. Пункт передачи оборудован передающим факсимильным аппаратом, а каждый пункт приема — приемным. Каждый приемный пункт (периферийная типографии) связана с пунктом передачи каналом связи. Пункт разветвления каналов находится на центральной междугородной телефонной станции, поскольку для передачи газет используются телефонные каналы.

Рис. 7.7. Организация сети передачи газет:

1 – передающий факсимильный аппарат; 2 – приемный факсимильный аппарата; 3 – канал связи; 4 – пункт разветвления каналов.

Газеты по сети передаются ежедневно. Общая продолжительность времени передачи, как правило, не превышает 4 ... 5 ч в сутки. Время передачи выбирается с учетом загрузки телефонной сети, чаще всего это вечерние и ночные часы. Передача полос газет по каналам связи является лишь этапом в процессе доставки газет читателям. Этап заканчивается получением копии в каждом приемном пункте (типографии). Далее газеты тиражируются и доставляются читателю.

7.8. Элементы сетей электросвязи.

Линии связи.

Линии связи обеспечивают прохождение сигналов в нужном направлении и на необходимое расстояние. Современные линии связи дорогостоящие сооружения. На их долю приходится до 70 ... 80% стоимости сетей электросвязи.

В зависимости от среды, по которой передаются сигналы, все существующие типы линий связи принято делить на две группы — проводные и беспроводные (радиолинии).

К проводным относятся все типы линий, в которых сигналы распространяются вдоль специальной, искусственно создаваемой и непрерывной направляющей среды. По сложившейся терминологии такие проводные линии называются воздушными линиями связи. Проводные линии, образованные проводами, имеющими изоляционные покрытия и помещенные в специальные защитные оболочки, называются кабельными линиями с в я-з и, или кабелями связи.

К проводным относятся также линии, использующие в качестве среды распространения сигналов диэлектрические материалы, в частности тонкие стеклянные волокна. Такие линии получили название волоконно-оптических линий связи. Термин радиолиния распространяется на все типы линий, в которых сигналы электросвязи, преобразованные в радиосигналы, передаются в открытом пространстве в виде радиоволн.

Сегодня   основным   типом   проводных   линий   связи   являются кабельные.

Рис.7.8. Однопарные кабели связи: Рис. 7.9. Комбинированный

а – симметричный; б – коаксиальный.     междугородный кабель КМБ-8/6

По конструкции и взаимному расположению проводников различают симметричные и коаксиальные кабели. Основными элементами кабелей являются токопроводящие жилы (пара проводов), образующие электрическую цепь. В симметричных кабелях цепи образуются с помощью одинаковых по конструкции изолированных проводников. Электрические цепи в коаксиальных кабелях образуются двумя цилиндрическими проводниками с совмещенными осями, причем один проводник (сплошной цилиндр) расположен внутри другого, полого.

На рис. 7.8 показана конструкция однопарных симметричного и коаксиального кабелей. Как видно из рисунка, изолированные проводники симметричного кабели помещены и металлическую трубку, служащую экраном, защищающим проводники от мешающего влияния различных внешних электромагнитных полей. Поверх экрана имеется изолирующая оболочка, предохраняющая кабель от влияния агрессивных сред. В коаксиальных кабелях взаимное расположение проводников обеспечивается с помощью специальной арматуры, изготавливаемой из диэлектрического материала. Внешний проводник пары имеет изолирующую оболочку.

По условиям прокладки и эксплуатации различают подземные, подвесные и подводные кабели.

По волоконно-оптическим линиям принципиально можно органи- зовать передачу до миллиона телефонных сигналов одновременно. Внешне оптические кабели мало отличаются от уже знакомых нам кабелей связи. Однако вместо токопроводящих металлических жил в них применяются тонкие (диаметром 125... 150 мкм) двухслойные стеклянные волокна-световоды, Именно они являются средой, по которой передаются сигналы электросвязи в оптическом диапазоне частот (10" ... I0¹⁵ Гц).

Принцип распространения светового луча вдоль двухслойного волокна показан на рис. 7.11. Луч распространяется по внутреннему слою волокна (сердечнику) за счет последовательного и полного отражения от границы раздела диэлектрических слоев. В оптическом кабеле (рис. 7.10) стекловолокна свободно помешаются внутри полиэтиленовых трубок, скрученных вокруг прочного пластмассового сердечника. Оптические кабели, как и обычные, имеют защитные полиэтиленовые оболочки и различные внешние покровы. Их можно прокладывать в земле, воде, помещениях и т. д. Они не чувствительны к электромагнитным помехам и поэтому не нуждаются в металлических экранах. Очень существенным достоинством волоконно-оптических линий является отсутствие в их конструкции дифицитных материалов; меди, алюминия, свинца и др.

Рис. 7.10. Оптический кабель:                   Рис. 7.11. Принцип распространения

1 – стекловолокно; 2 – полиэтиле- светового луча по стекловолокну.

новая трубка; 3 – пластмассовый

сердечник; 4 – полиэтиленовая

оболочка; 5 – внешний покров.

Наряду с проводными линиями в электросвязи широко используются линии радиосвязи. Структурная схема такой линии приведена на рис. 7.12. Сигналы электросвязи, подлежащие передаче, преобразовываются радиопередатчиком в радиочастотные сигналы, способные излучаться передающей антенной в открытое пространство в виде радиоволн. Радиоволны — это электромагнитные колебания с частотами до 3-10¹² Гц, распространяющиеся в пространстве без искусственных направляющих сред. В соответствии с международной договоренностью все радиоволны разделены на девять диапазонов (см. гл. 11). Далее радиоволны принимаются антенной радиоприемника и преобразуются в нем сначала в сигналы электросвязи, а затем в соответствующие сообщения. Протяженность радиолинии и возможное число сигналов, передаваемых по ней, зависят от многих факторов: диапазона используемых частот, условий распространения радиоволн, технических данных радиопередатчиков, радиоприемников, антенн и др.

Линия радиосвязи может состоять из нескольких или многих участков (интервалов), в пределах которых передача сигналов происходит

Рис. 7.12. Схема линий радиосвязи: 1 – радиопередатчик,

2 – передающая антенна, 3 – приемная антенна, 4 – радиоприемник.

Рис. 7.13. Схема радиорелейной линии связи.

Рис. 7.14. Схема спутниковой радиолинии.

согласно рассмотренной схеме. В этом случае сигналы, переданные из одного пункта, принимаются в другом, усиливаются и передаются дальше в третий пункт и т. д. Такие линии называются радиорелейными линиями РРЛ. На рис. 7.13 приведена схема РРЛ, обеспечивающая двустороннюю передачу сигналов. Каждый оконечный пункт РРЛ, называемый оконечной станцией, имеет радиопередатчик и радиоприемник для одновременной передачи и приема сигналов. Передача и прием производятся на разных частотах, поэтому передающая аппаратура не мешает работе приемной. На каждой промежуточной станции имеется, по крайней мере, по два радиопередатчика и радиоприемника для одновременного приема и передачи сигналов в двух направлениях.

Разновидностью радиорелейных линий являются спутниковые радиолинии (рис. 7.14). Радиосигналы с земной передающей станции излучаются в направлении искусственного спутника Земли (ИСЗ), где принимаются, усиливаются и вновь передаются с помощью радиопередатчика в направлении земной станции приема. Радиотехническое оборудование ИСЗ выполняет функцию промежуточной станции радиорелейной линии, находящейся на большой высоте.

7.9. Системы и линии передачи

Понятие «линия связи» близко к понятию «канал связи». В тех случаях, когда по линии связи передается один сигнал, эти понятия совпадают. По современным линиям связи, как правило, передаются одновременно и независимо друг or друга десятки, сотни, тысячи и более сигналов. Каждый сигнал передается по своему каналу. Образование каналов для передачи отдельных сигналов электросвязи по одной линии связи иначе называется разделением каналов. Операция разделения каналов основана на присвоении каждому передаваемому сигналу индивидуального признака. Известны разные методы разделения каналов, но наиболее широко применяется метод частотного разделения каналов ЧРК и временного разделения каналов  ВРК. При использовании метода ЧРК каждому передаваемому сигналу отводится строго индивидуальная полоса частот. Известно, что сигналы электросвязи, соответствующие однородным сообщениям, имеют одинаковую ширину спектра, например 300 ... 3400 Гц при передаче речевых сообщений в телефонной связи, 30... 15000 Гц при высококачественной передаче программ звукового вешания и т. д. С помощью специальных устройств преобразователей частоты — полоса частот каждого сигнала переносится без изменения ширины из исходного в заданный диапазон частот. Принцип переноса полос частот поясняется на рис. 7.15. Полосы частот, занимаемых каждым сигналом после переноса, должны находиться в пределах частотного диапазона используемой линии передачи.

Рис.7.15. Принцип переноса полос частот при ЧРК.

В основу метода ВРК положен принцип поочередной поэлементной передачи нескольких сигналов по одной линии связи. В начале по линии передаются первые элементы первого сигнала, затем второго и так до последнего n-го сигнала. Далее передаются вторые элементы снова от первого до n-го сигнала. Подобная операция повторяется цикл за циклом до тех пор, пока не будут переданы последние элементы всех п сигналов. В итоге получается, что каждый сигнал передается в строго определенные интервалы времени, т. е. по своему временному каналу, В данном случае всего п временных каналов. На приемной стороне элементы каждого сигнала выделяются, объединяются и по ним восстанавливаются копии исходных сигналов. Последовательность передачи сигналов по линии предполагает определенную задержку в передаче отдельных элементов сигналов. Однако задержка не должна ощущаться при приеме сообщений.

Совокупность физических цепей (одной или двух пар проводов) линейных трактов однотипных или разнотипных систем передачи, имеющих общие среду распространения, линейные сооружения и устройства их обслуживания, называется линией передачи. На рис. 7.16 показана упрощенная структурная схема системы и линии передачи, состоящая из оконечного оборудования системы передачи ООСП, оконечной аппаратуры линии передачи ОАЛП и среды распространения. Оконечное оборудование систем передачи размещается на сетевых станциях СС или узлах СУ.

Рис. 7.16. Структурная схема системы и линии передачи.

ГЛАВА 8.

МНОГОКАНАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ

8.1. Экономическая эффективность использования

линий связи

Каналом электросвязи называется совокупность технических средств (оконечного, промежуточного и линейного оборудования), обеспечивающих передачу сигналов и полосе частот 0.3 ... 3.4 кГц. Практика организации связи показывает, что наиболее дорогостоящими звеньями каналов электросвязи ЯК.1НКУГСН линии связи: воздушные, кабельные, волоконно-оптические, радиорелейные, спутниковые. Отсюда понятен интерес ученых и инженеров к созданию многоканальных систем передачи, позволяющих по одной линии связи организовать возможно большое число каналов, а следовательно, одновременную передачу сигналов: телефонных (передача речи), телеграфных (передача букв и цифр), передачи данных, вещания и телевидения. Представление о структуре системы передачи дает рис. 7.16.

Число каналов, образуемых по линии связи, определяется, с одной стороны, полосой частот, которую может пропустить линия, а с другой стороны - видом передаваемых сигналов и требованиями к их параметрам. Основным каналом современных систем передачи является канал тональной частоты, предназначенный для передачи телефонных сигналов в спектре частот 0,3 ... 3,4 кГц.

8.2. Классификация многоканальных систем передачи

Системы передачи различают по методу формирования и передачи многоканального сигнала, т. е. по методу разделения каналов, типу среды распространения сигналов электросвязи.

По методу разделения каналов различают системы с частотны м (ЧРК) и   в р е м е н и ы м (В Р К) разделением каналов. Общие принципы разделения каналов рассматривались в § 7.6. Схемы, поясняющие принцип действия систем передачи с ЧРК и ВРК, приведены па рис. 8.1. В системах передачи с ЧРК по каналам передаются непрерывные (аналоговые) сигналы, поэтому такие системы принято называть а н а л о г о в ы м и. Они относительно просты в эксплуатации, имеют достаточно высокую надежность работы, обеспечивают хорошее качество передачи сигналов и необходимою дальность связи. Однако есть у них и ряд недостатков. Одним из основных недостатков является относительно низкая помехозащищенность. С увеличением протяженности магистрали помехозащищенность в каналах аналоговых систем передачи уменьшается, поскольку помехи постепенно накапливаются.

Рис. 8.1. Способы формирования и передачи сигнала с частотным (а) и временным (б) разделением каналов.

В системах передачи с ВРК используется двоичный сигнал. Последовательность передаваемых импульсов тока содержит всю необходимую информацию о форме исходного сигнала.

8.3.  Системы передачи с частотным разделением каналов

Понятие о модуляции и демодуляции.

Перенос спектров исходных сигналов в неперекрывающиеся полосы частот рабочего диапазона линий связи осуществляется с помощью модуляции, а обратный перенос демодуляции. Пусть исходный сигнал .имеет вид, показанный на рис. 8.2, а, и описывается выражением

u_с (t) =U_с  соs Ωt (8.1)

где U_с  Ω - соответственно амплитуда и частота исходного сигнала. Суть процесса модуляции состоит в изменении одного из параметров (амплитуды, частоты или фазы) вспомогательного гармонического колебания, так называемого колебания несущей частоты

u_н (t) =U_н  соs ωt (8.2)

где U_н  ω - соответственно амплитуда и частота несущей. Временная зависимость несущей u_н (t) показана на рис. 8.2, б.

Предположим, что изменяемым параметром является амплитуда несущей, т. е. имеет место амплитудная модуляция AM. В этом случае амплитуда несущей изменяется по закону изменения исходного  сигнала  (рис. 8.2, в).  

Рис. 8.2. Временные диаграммы при модуляции (а – в), условное обозначение модулятора и демодулятора (г), спектр частот на выходе

модулятора (д).

Выражение   для   АМ - сигнала   будет иметь вид

u_АМ (t) = (U_н  + U_с  соs Ωt) соs ωt              (8.3)

где U_н  + U_с  соs Ωt — амплитуда AM сигнала. Последнее выражение можно привести к виду

u_АМ (t) = (1 + m соs Ωt) U_н соs ωt            (8.4)

где m = U_с /U_н  

Используя  формулу  cos a cos b = ½ [cos (a + b)+cos (a - b)], можно получить

u_АМ (t) = U_н    соs ωt + ½ m U_н cos (ω - Ω) t  + + ½ m U_н cos (ω + Ω) t  (8.5)

Таким образом, АМ - сигнал состоит из трех составляющих: несущей (первое слагаемое) и двух составляющих комбинационных частот (ω - Ω) и (ω + Ω)  с амплитудами mU_н/2. Составляющие комбинационных частот расположены по обе стороны от несущей, поэтому их называют боковыми ч а с т о т а м и. Составляющая с частотой ω + Ω  называется верхней боковой частотой, так как она расположена по спектру выше частоты ω, а составляющая с частотой ω - Ω - нижней боковой частотой. Верхняя и нижняя боковые частоты содержат информацию о сигнале Ω. Если исходных сигналов несколько, то, выбирая разные частоты несущих, можно получить комбинационные составляющие, смещенные относительно друг друга по шкале частот, передать их по одной линии, а на приеме восстановить.

Практически реализация модуляции осуществляется с помощью специальных устройств — модуляторов, содержащих в схеме нелинейный элемент (диод или транзистор) и имеющих два входа и один выход (рис. 8.2, г). Предположим, что на входы модулятора поданы сигнал и несущая частота (8.2). Если бы математическая зависимость между током и напряжением в диоде или транзисторе (вольт-амперная характеристика) была строго линейной, т. е. имела вид  i = bu, (8.6)

где b — некоторый коэффициент, то на выходе модулятора возник бы ток

i = b(U_н    соs ωt + ½ m U_н cos (ω - Ω) t  + + ½ m U_н cos (ω + Ω)) t (8.7)

Реальная вольт-амперная характеристика модулятора нелинейна, поэтому аналитическое выражение тока на выходе модулятора будет более сложным по сравнению с (8.8).

Не   вдаваясь   в   подробности   математического   анализа,   отметим,  что  в AM сигнале будут содержаться  гармоники  исходного сигнала и несущей, т. е. составляющие с частотами nΩ и mω, а также комбинационные составляющие с частотами nΩ ± mω (m и /n — коэффициенты, равные 1, 2, 3, 4, ...). Все гармоники, а также составляющие комбинационных частот с коэффициентами т и п больше единицы называются побочными (паразитными) продуктами преобразования (рис.8.2, д).

Демодуляция сигнала сводится к выделению исходного сигнала из модулированного. Эта операция выполняется в демодуляторе, устройство которого не отличается от устройства модулятора. На входы демодулятора подаются несущая с частотой ω и модулированный сигнал - одна из боковых полос, например ω – (Ω₁ …Ω_n). В результате на выходе демодулятора образуется сложный сигнал, содержащий среди прочих комбинационные составляющие с частотами ω – [ω – (Ω₁ …Ω_n) = Ω₁ …Ω_n , т. е. составляющие с исходной полосой частот. Специальное устройство фильтр выделяет эту полосу частот и подавляет все паразитные продукты преобразования.

Таким образом, модулятор совместно с полосовым фильтром или демодулятор совместно с фильтром нижних частот осуществляют перенос- полосы частот информационного сигнала из одного диапазона в другой без ее изменения. Устройство, осуществляющее такой перенос, называется преобразователем частоты.

8.4. Принцип временного разделения каналов

Временной способ разделения каналов основан на поочередной передаче различных сигналов по одной линии. Идея способа иллюстрируется упрощенной схемой системы передачи, изображенной на рис. 8.3. Система обеспечивает передачу п сигналов по одной линии, поочередно соединяя п пар телефонных аппаратов. Соответствующие пары телефонных аппаратов подключаются к линии (каналу) передачи поочередно с помощью двух специальных коммутаторов-распределителей, работающих согласованно-синхронно и синфазно. Коммутатор-распределитель в начале подключает к линии первую пару телефонных аппаратов, затем вторую, третью и т. д. до n-ой пары. При этом каждая пара подключается к линии на определенный короткий промежуток времени. После подключения к линии n-ой пары телефонных аппаратов процесс повторяется, т. е. снова подключается первая пара, вторая и т. д. Следовательно, системы с BРK работают непрерывно и циклично. Переключение производится с такой скорост:ью, чтобы абоненты не замечали перерывов в связи.

Рис. 8.3. Принцип временного         Рис. 8.4. Преобразование непрерывных

разделения каналов.                         сигналов в импульсные.

На рис. 8.4 приведены временные диограммы, поясняющие принцип ВРК.  На рис. 8.4, а-в даны графики трех непрерывных аналоговых сигналов u₁(t), u₂(t), u₃(t). Как видно из графиков, сигналы изменяются непрерывно, принимая в каждый момент времени определенное значение. В целом таких значений в определенном интервале будет бесконечное множество.

Рис. 8.5. Структурная схема          Рис. 8.6. Преобразование непрерывного

системы передачи с ИКМ.               сигнала в ИКМ – сигнал.

Широкое применение на практике находят системы передачи ВРК, получившие название систем с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ). Упрошенная структурная схема «-канальной системы передачи с И КМ приведена на рис. 8.5. Основными элементами системы являются два коммутатора-распределителя на оконечных пунктах Л и Б. Они представляют собой электронные ключи (К), состоянием которых (замкнуто, разомкнуто) управляют специальные устройства УУ. Назначение и принцип работы коммутаторов-распределителей в данной схеме совершенно аналогичны назначению и работе соответствующих -элементов, описанных выше. Они обеспечивают дискретизацию непрерывных индивидуальных сигналов и поочередную передачу элементов (импульсов) группового сигнала о кодирующее устройство КУ (на передающем пункте А). Коммутатор-распределитель приемного пункта Б обеспечивает распределение -элементов группового сигнала, поступающего из декодирующего устройства ДКУ, по соответствующим цепям для обратного преобразования АИМ-сигналов в непрерывные. Коммутаторы-распределители на передаче и приеме должны работать синхронно и синфазно.

Дополнительными элементами в системах с ИКМ являются кодирующие и декодирующие устройства. В кодирующем устройстве групповой АИМ-сигнал подвергается квантованию и кодированию, в результате чего преобразуется в групповой ИКМ-сигнал. В декодирующем устройстве ИКМ-снгнал превращается обратно к групповой АИМ-сигнал.

ГЛАВА 9.       

РАДИОСВЯЗЬ, РАДИОВЕЩАНИЕ И ТЕЛЕВИДЕНИЕ

ОСОБЕННОСТИ БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ СООБЩЕНИЙ

9.1. Принципы организации радиосвязи и радиовещания

	9.2.
9.3.

Рис.9.1. Радиолиния.    Рис. 9.2. Радиосеть.

Рис. 9.3. Линия двусторонней радиосвязи.

Радиосвязь — это электросвязь, осуществляемая посредством радиоволн. Радиоволнами принято называть электромагнитные волны с частотами до 3-10¹² Гц, распространяющиеся в среде без направляющих линий. Использование радиоволн для передачи сигналов электросвязи главная особенность линий радиосвязи по сравнению с проводными линиями связи (воздушными, кабельными, волоконно-оптическими).

Для осуществления односторонней радиосвязи в пункте, из которого ведется передача сигналов электросвязи С, размещают радио-передающее устройство, содержащее радиопередатчик РПер и передающую антенну А_пер, а в пункте, в котором ведется прием сигналов радиоприемное устройство, содержащее приемную антенну А_пр и радиоприемник РП_р. Указанные технические средства образуют радиолинию (рис. 9.1).

Если сигналы передаются из одного пункта А в несколько пунктов: Б, В, Г, Д (рис. 9.2), то совокупность радиолиний А - Б, А — В, А — Г, А — Д образует радиосеть. Сети звукового и телевизионного вещания построены именно по такому принципу.

Для двухстороннего обмена сигналами нужно иметь два одинаковых комплекта оборудования (рис. 9.3). Один комплект обеспечивает передачу сигналов d в направлении от пункта А к пункту Б, другой — сигналов С₂ от пункта Б к пункту А. Двухсторонняя радиосвязь может быть симплексной или дуплексной. При симплексной радиосвязи передача и прием и каждом пункте ведутся поочередно. Радиопередатчики в конечных пунктах радиолинии в этом случае могут работать на одинаковой частоте, на эту же частоту настроены и радиоприемники. Каждый корреспондент включает свой радиопередатчик только на время передачи информации и выключает на время приема информации от другого корреспондента.

При дуплексной радиосвязи передача осуществляется одновременно с приемом. Для связи корреспондентов должны быть выделены две разные частоты: одна для передачи сигнала С₂ в направлении от А к Б, другая для передачи сигналя С₂ н обратном направлении. Радиопередатчики и радиоприемники обоих корреспондентов включены в течение всего времени работы радиолинии.

9.2. Структурная схема радиопередающего устройства

При характеристике структуры радиолинии радиопередающее устройство было определено как устройство, содержащее радиопередатчик и передающую антенну. В функциональном смысле под радиопередающим устройством понимается комплекс оборудования, предназначенный для формирования в излучения радиочастотного сигнала (радиосигнала). Такое определение радиопередающего устройства предусматривает выполнение двух необходимых требований для осуществления радиопередачи: .формирование радиочастотного сигнала и излучение этого сигнала в открытое пространство. Первое требование решается с помощью радиопередатчика, а второе с помощью передающей антенны. Понятно, что в общем случае нужна электрическая цепь, по которой бы энергия радиочастотного сигнала подводилась от передатчика к антенне. У такой цепи есть специальное название- фидер Ф. В соответствии с изложенным общая структурная схема радиопередающего устройства имеет вид, представленный на рисунке 9.4.

Рис. 9.4. Обобщенная структурная схема радиопередающего устройства.

В состав радиопередатчика в качестве функциональных узлов должны входить генератор несущей и устройство для изменения параметра несущей модулятор. В свою очередь, генератор, как правило, строится по многокаскадной схеме. Он содержит следующие основные элементы: автогенератор А Г первоисточник несущей; буферный (разделительный) каскад БК, включаемый для ослабления влияния последующих каскадов на качественную работу АГ, ряд промежуточных каскадов ПК, основная задача которых состоит в усилении радиочастотного сигнала; оконечный (выходной) каскад ОК, обеспечивающий заданную мощность в антенне. Часто АГ, БК. и ПК конструктивно объединяют в отдельном устройстве - возбудителе. Многокаскадный генератор называют радиочастотным трактом, но иногда в это понятие не включают возбудитель.

Модулятор М также, как правило, строится по многокаскадной схеме. В зависимости от назначения радиопередающего устройства модуляция может осуществляться либо в одном из каскадов возбудителя, либо в оконечных каскадах. При передаче телеграфных сигналов используется не модулятор, а манипулятор, подключаемый к одному из каскадов возбудителя.

Обязательным для работы любых каскадов и элементов радиопередающего устройства является источник питания ИП, получающий энергию от сети переменного тока.

9.3. Структурные схемы радиоприемных устройств

Радиоприем - это выделение сигналов из радиоизлучения. В том месте, где ведется радиоприем, одновременно существуют радиоизлучения от множества естественных и искусственных "источников. Мощность полезного радиосигнала составляет очень малую долю мощности общего радиоизлучения в месте радиоприема. Задача радиоприемного устройства РПрУ сводится к выделению полезного радиосигнала из множества других сигналов и всевозможных помех, а также к воспроизведению (восстановлению) передаваемого сообщения. Напомним, что в процессе радиопередачи само сообщение (звук, изображение и т. д.) не передается.

Рис. 9.5. Обобщенная структурная     Рис. 9.6. Развернутая структурная

схема радиоприемного устройства.              схема радиоприемного устройства.

Передаются   модулированные  информационные  радиосигналы,   позволяющие в конечном итоге создать копию сообщения.

Структурная схема РПрУ (рис. 9.5) в самом общем виде состоит из следующих частей: приемной антенны А, фидера Ф, радиоприемника  РПр и воспроизводящего устройства ВУ. Рассмотрим функциональное назначение каждой из этих частей.

Приемная антенна находится под влиянием множества радиоволн. Каждая радиоволна индуцирует (наводит) в ней некоторый ток. Антенна является в известной мере избирательным по чистоте элементом. Это значит, что радиоволны, соответствующие диапазону принимаемых радиосигналов, создают в ней токи с большей амплитудой, чем радиоволны, относящиеся к другим диапазонам. Электрические токи, индуцированные в антенне, подаются на вход радиоприемника непосредственно или по специальному фидеру.

Радиоприемник выполняет следующие функции: отделяет полезный радиосигнал от мешающих; усиливает этот радиосигнал; осуществляет детектирование (преобразование модулированного радиосигнала в ток или напряжение, изменяющиеся в соответствии с изменением модулирующего сигнала); усиливает продетектированный сигнал. Эти функции выполняются, если радиоприемник содержит узлы, указанные в схеме рис. 9.6. где ТРЧ - тракт радиочастоты, Д - детектор, ТЗЧ - тракт звуковой частоты.

9.4. Классификация антенн

Все многообразие существующих антенн можно классифицировать по различным признакам, но любая классификация имеет определенные недостатки. Например, по характеру использования антенны можно разделить на приемные и передающие. Однако на многих радиостанциях одна и та же антенна одновременно служит как для передачи, так и для приема, поэтому такая классификация отнюдь не универсальна. Можно классифицировать антенны по диапазонам волн. Но и такая классификация имеет недостаток — одни и те же антенны часто используются для работы радиосистем в разных диапазонах.

Возможна классификация антенн по характеру излучающих (принимающих) элементов. Антенны, состоящие из проводов небольшого поперечного сечения по сравнению с длиной волны и продольными размерами, в технической литературе называют проволочными. Антенны, излучающие через свой раскрыв — апертуру, называются апертурными. Иногда их называют дифракционными, рефлекторными, зеркальными. Электрические токи таких антенн протекают по проводящим поверхностям, имеющим размеры, соизмеримые или много больше по сравнению с длиной волны.

Рис. 9.7. Сферическая система        Рис. 9.8. Диаграммы направленности:

          координат.                              а – объемная, б, в – в азимутальной и

                                                          меридиональной плоскостях.

9.5. Основные параметры антенн

Входное сопротивление антенны определяется отношением напряжения высокой частоты на её зажимах к току питания: Z = U/I. Не вся мощность, подводимая к антенне, излучается в окружающее пространство. Часть ее расходуется не на излучение, а теряется на нагревание как самой антенны, так и находящихся поблизости предметов. Отношение мощности излученной антенной, к мощности, подводимой к ней, называют коэффициентом полезного действия антенны и выражают в процентах: _η = P_изл /Р_под 100%.

Электромагнитные волны излучаются антенной в различных направлениях неравномерно. Антенн, излучающих электромагнитные волны равномерно во все стороны, не существует. Распределение в пространстве напряженности электрического поля, созданного антенной, характеризуется амплитудной характеристикой направленности. Она определяется зависимостью амплитуды напряженности создаваемого антенной поля (или пропорциональной ей величины) от направления на точку наблюдении М в пространстве. Направление на точку наблюдения определяется азимутальным φ и меридиональным θ углами сферической системы координат, как показано на рис. 9.7. При этом амплитуда напряженности электрического поля измеряется на одном и том же (достаточно большом) расстоянии r от антенны Графическое изображение характеристики направленности называют д и а г р а м мой направленности. Пространственная диаграмма направленности изображается в виде поверхности f (φ , θ). Построение такой диаграммы неудобно, потому что на практике обычно строят диаграмму направленности в какой-нибудь одной плоскости, в которой она изображается плоской кривой f (φ )  или f (θ)  в полярной или декартовой системе координат.

9.6. Особенности приемных антенн различных диапазонов

Антенна - устройство обратимое. Если антенна хорошо излучает радиоволны, то она хорошо их и принимает. Форма диаграммы направленности антенны не зависит от того, работает она на передачу или на прием. Содержание понятия «диаграмма направленности» для приемной антенны несколько отличается от приведенного выше для передающей антенны. Это график зависимости напряжении на входе радиоприемника от направления прихода принимаемой электромагнитной волны.

В качестве приемных антенн в километровом и гектометровом диапазонах используется рамочная антенна. В декаметровом диапазоне наиболее распространена антенна «бегущая волна» Антенна «волновой канал» (рис. 11.23.) является типичной для диапазона метровых волн, в частности для приема телевизионных сигналов. В диапазоне дециметровых и сантиметровых волн антенны являются обычно приемопередающими. Характерная схема одной из таких антенн показана  на рис. 1 1.22.

9.7. Фидеры

Электрическая цепь и вспомогательные устройства, с помощью которых энергия радиочастотного сигнала подводится от радио передатчика к антенне или от антенны к радиоприемнику, называется фидером. Передающие антенны,  используемые в километровом и гектометровом диапазонах радиоволн, соединяются с радиопередатчиком  с помощью многопроводных коаксиальных фидеров. В декаметровом диапазоне фидеры обычно выполняются в виде  проволочных двух или четырехпроводных линий.

К   антеннам   метровых радиоволн   энергия   обычно   подводится с помощью коаксиального кабеля  (рис. 11.24, а). На болеее коротких волнах,   в  частности в  сантиметровом   диапазоне,   фидер   выполняется в виде полой   металлической   трубы - волновода   прямоугольного,  эллиптического или круглого  (рис.   11.24,б)  сечения.

Рис.9.9. Антенна типа «волновой    Рис.9.10.Фидер:а - коаксиальный                                                                                        канал,

                                                                                        б – волноводный.

9.8. Принципы радиорелейной связи

Радиосистема передачи, в которой сигналы электросвязи передаются с помощью наземных ретрансляционных станций, называется радиорелейной системой передачи РРСП Принцип размещения станций РРСП на поверхности Земли показан на рис 9.11. Цепочка радиорелейных станций образует радиорелейную линию связи РРЛС. Сигналы от первой станции принимаются второй, усиливаются  и передаются далее к третьей станции,  там вновь усиливаются   и   передаются  к четвертой станции и т.д.

Рис. 9.11. Принцип радиорелейной связи.

Рис. 9.12. Структурная схема построения РРСП прямой видимости.

Станции, устанавливаемые на конечных нишах РРЛС и предназначенные для   введения    и    выделения    передаваемых  сигналов электросвязи,   называются   о к о н е ч н ы м и    р а д и о р е л е й н ы м и   с т а н ц  и  я м и   ОРС,   станции   ретрансляции   называются   п р о м е ж  у т о ч и н ы м и    ПPC.    На    отдельных    станциях    осуществляется ответвление  части  сигналов   для   передачи   в  другом   направлении или   частичное   выделение   сигналов для   передачи   потребителям. Такие   станции   называются   у з л о в ы м и    р а д и о р е л е й н ы м и   с т а н ц и я м и   УPC.

9.9. Тропосферные    радиорелейные системы    передачи

Тропосфера это нижняя часть атмосферы Земли. Ее верхняя граница находится на высоте примерно 10... 12 км. В тропосфере всегда есть локальные объемные неоднородности, вызванные различными физическими процессами, происходящими в ней. Радиоволны диапазона 0.3 ... 5 ГГц способны рассеиваться этими неоднородностями. Механизм образования тропосферных радиоволноусловно показан на рис.9.13. Учитывая, что неоднородности находятся на значительной высоте, нетрудно представить, что рассеянные ими радиоволны могут распространяться на сотни километров. Это дает возможность расположить cтанции  на расстоянии, 200 ... 400 км друг от друга, что значительно больше расстояния прямой видимости.

                   Рис. 9.13. Принцип                    Рис. 9.14. Схема счетверенного

тропосферной радиосвязи               приема при тропосферной радиосвязи

Тропосферной радиорелейной системой передачи ТРРСП называется такая РРСП, в которой используется рассеяние и отражение радиоволн в нижней области тропосферы при взаимном расположении станций за пределами прямой видимости. Линии связи, оборудованные ТРРСП, подобно РРЛС прямой видимости, состоят из ряда станций ОРС, ПРС, УРС. Такие линии строятся, как правило, в труднодоступных и удаленных районах страны, где сложно и дорого строить РРЛС прямой видимости.

9.10. Принцип организации спутниковой радиосвязи

Спутниковой называется радиосвязь между земными ра-диостанциями, осуществляемая с помощью. ретрансляции радиосигналов через один или несколько ИСЗ.

Принцип организации спутниковой радиосвязи заключается в следующем. С помощью ракеты-носителя на заданную орбиту вокруг Земли запускают спутник с приемопередающим ретранслятором на борту. На Земле строят оконечные станции, предназначенные для связи через ИСЗ. Эти станции принято называть з е м н ы м и, в отличие от станций других систем передачи, например радиорелейных, называемых наземными станциями. Работa спутниковых радиолиний основана на общих принципах, присущих радиосвязи: формировании и излучении радиочастотного сигнала на передающей стороне, приеме и обработке этого сигнала на приемной стороне. Использование промежуточной космической станции КС — ретранслятора, расположенного на борту ИСЗ, свидетельствует о радиорелейном характере спутниковой радио связи. Упрощенная структурная схема спутниковой связи приведена на рис. 9.15.

Рис. 9.15. Принцип организации связи через ИСЗ.

          В настоящее время  спутниковые системы используются для  передачи различных сообщений:  программ телевизионного и звукового вещания,  изображений газетных полос,  телефонных и телеграфных сообщений, данных от ЭВМ и других источников.

ЛИТЕРАТУРА

1. В.Е.Китаев. Электротехника с основами промышленной электроники. М:, «Высшая школа». 1985.

2. В.Г.Дурнев, А.Ф.Зеневич, Б.И.Крук, В.П.Кубанов, В.В.Романов, В.И.Иванов. Электросвязь введение в специальность. Учебное пособие для высших учебных заведений. М: « Радио и связь » 1988.

3. В.Г.Дурнев, В.Д.Стандрик. Основы построения систем передачи ЕАСС.- М,:  Радио и связь, 1985.

4. Г.Б.Давыдов. Электросвязь на пороге нового века.- М.: Знание, 1986.

5. В.В.Романов., В.П.Кубанов. системы и сети электросвязи. – М.: Радио связь, 1987.

6. Кловский Д.Д. Назаров В.М, ЗюкоА.Г, и др. Теория электрической связи. М.: Радио и связь. 1999.

I_а I_а

U_a2>U_a1

U_с>0 U_с=0 U_с<0                                                                                                                                 

U_a1

     0       U_a1     U_a                           +U_с

U₃₁

                                                                                  U₃₂

а)                                            б)               

Рис. 2.4. характеристики триода:

а – анодные, б-  анодно–сеточные.