ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СВЯЗИ, ИНФОРМАТИЗАЦИИ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

ТАШКЕНТСИКЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

 

 

Кафедра ТВ и РВ

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ В СПЕЦИАЛЬНОСТЬ

Часть 1

Учебное пособие

Для бакалавров по направлению образования

5522100 – Телевидение, радиосвязь и радиовещание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ташкент – 2013

 

1.ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ СВЯЗИ УЗБЕКИСТАНА

 

1.1.Начальный период развития почты и электросвязи в Узбекистане

1.1.1. Состояние и развитие средств связи Туркестана
В конце XIX в. на всей территории Средней Азии действовал лишь один, самый древнейший вид связи – почтовая связь – в ее простейшем виде. Функции почтальонов выполняли государственные пешие письмоносцы или конные гонцы и посыльные, так называемые “чопар” или “эльчи”. Простое население не могло пользоваться их услугами – они обслуживали представителей государственной власти, крупных ханов и баев, а также торговую знать. Передача сообщений простого народа в большинстве своем проводилась посредством передачи устных сообщений, которые заучивались наизусть и передавались «из уст в уста» в местах массового скопления: в чайханах, на базарных площадях и в мечетях. Не было специальных предприятий связи, почтовых ящиков, так как слишком незначительным был объем письменной корреспонденции и узким круг обслуживаемой клиентуры. Почтовый обмен представлял собой в основном правительственную корреспонденцию. Нормальному развитию средств связи мешали изолированность региона от высокоразвитых государств, феодальные порядки, междоусобные войны, отдаляющие друг от друга Хивинское, Кокандское ханства и Бухарский эмират, невысокий уровень развития техники, неграмотность значительной части населения.
Колониальное завоевание Россией Средней Азии и образование 27 июля 1867 года Туркестанского генерал-губернаторства и Туркестанского военного округа привело к вынужденному развитию средств сообщения, в том числе и средств связи в Туркестане. У царского правительства были особые соображения на этот счет. Средства связи способствовали быстрому «освоению» новой территории, укреплению вновь установленного порядка, развитию торговли в Туркестане, созданию здесь нового рынка сбыта и потребления.

Строились почтовые тракты между городами и важными в экономическом отношении населенными пунктами Туркестана. Особенно интенсивно шло строительство в самой экономически развитой области края – Сырдарьинской. Так, в 1858 году началось движение по почтовому тракту Оренбург – Ташкент, самому короткому пути между Туркестаном и Россией. В 1865 году – между Ташкентом и Чимкентом, Ташкентом и Аулие-Атой, Омском и Токмаком. В этот период в Ташкенте создается и первая в крае конно-почтовая контора. В 1868-1870 гг. открываются почтовые тракты Самарканд – Катта-Курган, Карши и Шахрисябз. Создаются конно-почтовые конторы, в 1873 г. – в Бухаре, Хиве; в 1885-1886 гг. – в Коканде, Андижане, Старом и Новом Маргилане. Почта доставлялась тройкой лошадей. Их сопровождали вооруженные охранники. Так было с 1865 до 1868 годов на почтовых трактах Ташкент-Токмак, Ташкент-Чимкент, Ташкент – Аулие-Ата, Ташкент – Ходжент. В это время по почтовым трактам Ходжент – Уратепа-Нау и Уратепа – Заамин – Джизак – Самарканд вместе с двумя вооруженными почтальонами за сохранностью почты следили десять казаков. Казаки специально содержались при каждой почтовой станции. Почтовая связь между городами была нерегулярной. Например, между городами Ташкент – Чимкент, Ташкент – Токмак, Ташкент – Аулие-Ата почтовая связь осуществлялась один раз в месяц, а на тракте Ташкент – Ходжент два раза в месяц.
2 февраля 1868 года в городе Ташкенте были организованы почтовые конторы Сырдарьинской и Самаркандской областей, объединенные в одно управление. Оно было подчинено главному управлению почты и телеграфа при Министерстве внутренних дел Российского правительства.
Впоследствии в июне 1868 года почтовая контора Ташкентского управления была открыта в Самарканде, в октябре 1868 года в Каттакургане, в декабре 1868 года в городах Карши, Китабе и Шахрисябзе. В июле 1873 года была организована почтовая контора в городе Хиве, а в конце 1873 года в Бухаре.Сеть почтовой связи охватывала главным образом города, в сельской местности ее почти не было (там создавались вспомогательные почтовые учреждения при конно-почтовых станциях). В городах стали появляться почтовые ящики. В некоторых областях вынуждены были организовывать свою почту, независимую от губернской, которая обеспечивала перевозку корреспонденции по областным управлениям. Качество работы почты было низким: корреспонденция шла медленно, ее движение было затруднено бездорожьем. Перевозка почты по трактам осуществлялась в основном гужевым транспортом или арбами, письма месяцами шли к адресатам.
Конец XIX века ознаменовался в Туркестане значительным развитием товарно-денежных отношений, появлением торгово-промышленной буржуазии. Зарождение в 80-90-х гг. в крае капиталистической мануфактуры, а затем фабрично-заводской промышленности, развитие банковского капитала и торговых отношений с другими странами дали новый толчок развитию связи. Намного возросли спрос и состав клиентуры, увеличился объем почтовой корреспонденции. В 1879 году купцом Назаровым в Ташкенте введен в строй первый в Туркестане хлопкоочистительный завод, в 1900 году введено в строй первое крупное промышленное предприятие Туркестана – Главные железнодорожные мастерские, в1901 году начала действовать первая конная железная дорога.
Большую роль в развитии средств связи сыграло железнодорожное строительство, развернувшееся в Туркестане. В конце XIX века возникает новый вид связи – перевозка почты по железным дорогам. Стали открываться учреждения связи вдоль линий железных дорог, на вокзалах. Возрос поток обмена корреспонденцией в связи с открытием железнодорожного сообщения по Закаспийской железной дороге, по которой первый поезд прибыл в Бухару 27 января 1888 года, в Самарканд – 15 мая 1888 года, в Андижан через Ташкент – в 1899 году. В 1905 году открылось регулярное железнодорожное движение между Ташкентом и Оренбургом.По причине все растущего объема железнодорожных почтовых перевозок с 1 июля 1900 года в городе Ташкенте было организовано управление железнодорожных почтовых перевозок Туркестанского почтово-телеграфного округа. В это управление вошли железнодорожные узлы от Самары до Красноводска и крепости Кушка, а также Андижана.
В конце XIX и в начале XX вв. стали появляться новые виды услуг почтовой связи, например, пересылка ценных писем, бандеролей, денежных переводов. Эта услуга получает особенно широкое распространение там, где было много промышленных предприятий, крупных фирм, банковских организаций – в Сырдарьинской и Ферганской областях.

Наряду с почтовой связью возникает и постепенно развивается телеграфная связь. В июне 1873 года начинает работу первая в Туркестане международная линия телеграфной связи Ташкент – Оренбург. В 1876 г. в крае появляется электрический телеграф, прежде всего в крупных городах: Самарканде, Новом Маргилане (Фергана), Катта-Кургане. Несколько позже телеграфные линии открываются в Бухарском эмирате и Хивинском ханстве. Так, в Бухаре первая телеграфная линия была построена в 1884 г. В 1900 г. такая связь соединила Коканд с Андижаном, в 1901 г. – Наманган с Чустом и так далее.
На строительство и развитие новых телеграфных линий в Туркестане царское правительство отпускало немалое количество денежных средств. Например, на 1897-1900 гг. было запланировано для Средней Азии выделить 377 верст проводов с установкой аппаратуры системы Морзе. Общая протяженность телеграфных линий в Туркестане к 1900 г. составляла 6136 верст, в том числе вдоль грунтовых дорог – 3655, железных – 1137, вьючных – 1344 верст (1 верста = 1066,78 метра).В дополнение к развитию телеграфной связи в труднодоступных горных и пересеченных равнинных районах использовался и другой вид связи – гелиографический. Этот вид связи действовал только в весенне-летний период, когда практически не наблюдается ограничения видимости из-за погодных условий. Специальным приказанием № 33 от 12 мая 1901 года войска и управления Ташкентского гарнизона были осведомлены о том, что с 5 мая 1901 года установлено телеграфное сообщение между г. Ташкентом и поселком Троицким (Чирчик). Этим же приказанием установлено открыть по опыту прошлых лет гелиографное сообщение между г. Ташкентом и Чимганской санитарно-гигиенической станцией и разрешить прием и передачу частных сообщений на платной основе. По такому же принципу с 1 июня по 1 сентября 1902 года было организовано гелиографное сообщение между Хазрет-Аюбом и Ошем.В связи с развитием почтово-телеграфных предприятий постепенно стали формироваться, создаваться соответствующие органы управления как в центре, так и в регионах, на национальных окраинах. Так, в апреле 1886 г. было образовано Управление Туркестанского почтово-телеграфного округа, которому подчинялись все предприятия связи Туркестана. Внутри Туркестанского почтово-телеграфного округа было образовано 5 областных контор связи.
Рост экономики, появление в городах Туркестана промышленных, банковско-финансовых учреждений, коммерческих предприятий сыграли большую роль в возникновении и развитии в крае городской телефонной сети. Сначала появилась военная телефонная связь, а в 1887 году была осуществлена первая установка телефонной связи между квартирой начальника почтово-телеграфного округа и Ташкентской почтово-телеграфной конторой. В 1891 г. в Ташкенте было установлено первое телефонное сообщение для нужд общего пользования, а к 1901 году список пользователей телефонного сообщения в Ташкенте достиг 55 абонентов.

В июле 1891 года между начальником Туркестанского почтово-телеграфного округа и генерал-губернатором Туркестана начались переговоры об устройстве в Ташкенте телефонной сети на средства казны. Только в 1898 году после продолжительной переписки была составлена примерная смета на строительство телефонной сети в Ташкенте.
В 1895 году хивинский хан Мухаммад Рахимджон построил в городе Хиве первую частную телефонную станцию. Это была ручная станция на 20 номеров системы МБ шведской фирмы «Л.М.Эрикссон». К 1917 году в Хиве было задействовано около 100 телефонных аппаратов. В 1927 году в городе Хиве был введен в эксплуатацию коммутатор МБ-40 на 40 номеров.7 сентября 1904 года подписан Акт приемки в эксплуатацию первой телефонной станции общего пользования ручной системы на 200 номеров фирмы «Сименс и Гальске». В 1904 г. в Ташкенте стала действовать первая государственная телефонная станция. Вслед за Ташкентом такая станция создается в Самарканде. В 1907 году для нужд телефонной сети г. Ташкента организована собственная телефонная мастерская.Следует отметить, что строительство городских телефонных станций в Туркестане протекало в несколько иных условиях, чем предприятий почтовой и телеграфной связи. Согласно Положению главного управления почт и телеграфов (1802-1884 г.), телефонные станции за государственный счет могли строиться при наличии не менее 50 заявлений от будущих абонентов. Положением запрещалось строить телефонные станции «для общего пользования» частным лицам. В связи с дороговизной обслуживания заявления на установку телефонов поступали очень редко.
26 июля 1901 года Министерством внутренних дел Туркестана было подписано распоряжение, дающее право частным предпринимателям строить и эксплуатировать городскую телефонную сеть общего пользования.Правительственные и частные телефонные станции конкурировали между собой. Частные были в лучшем техническом состоянии, чем государственные, их емкости использовались более полно. С другой стороны, уровень рентабельности на правительственных станциях был выше, так как здесь широко применялся объединенный труд и заработная плата рядовых работников была ниже. Это увеличивало прибыль на государственных предприятиях, повышая их эффективность.
По развитию средств связи Туркестан продолжал несколько отставать от центральных регионов и европейской части. В Туркестане к 1911 г. насчитывалось всего 85 предприятий связи. Средняя плотность обслуживания одним предприятием связи в Туркестане составляла 17,6 тыс. кв. верст, а по количеству населения – на 58 тыс. человек. В 1911 г. из 85 предприятий связи в Туркестане было 9 почтовых, 5 телеграфных, остальные – почтово-телеграфные. В январе 1909 года в Ташкенте имелось 440 платных абонентов и 76 бесплатных. Свыше 90 бесплатных телефонов было установлено во время эпидемии холеры, таким образом, телефоны появились у всех врачей города и во всех городских полицейских будках. К 1911 году количество абонентов телефонной сети Ташкента возросло до 708 номеров, 54 из них были в старой части Ташкента. Установлено четыре телефона-автомата: на железнодорожном вокзале, на товарной станции Ташкентской дороги, на Воскресенском базаре и в Городской управе. В 1914 году в Ташкенте было уже 942 абонента и 5 телефонов-автоматов, которые были установлены в «пассажирском вокзале железной дороги, в Городской Управе, в Товарной конторе большой скорости, на Воскресенском рынке и при Товарной станции малой скорости». В 1915 году в черте старого города была построена вспомогательная станция емкостью на 60 номеров.К началу первой мировой войны к 1 августа 1914 года средства проводной и почтовой связи в Туркестане оставались слаборазвитыми. Например, до 1916 г. Ташкент не имел прямой телеграфной связи с Петербургом, отсутствовала в крае развитая междугородная телефонная связь. Телефонные станции имелись к этому времени лишь в 8 городах и обслуживали небольшое количество абонентов. Развитой сети радиосвязи в Туркестане фактически еще не было. К началу первой мировой войны было 44 предприятия связи, которые размещались при вокзалах, хотя для такой большой территории и такого количества населения этого было недостаточно. Из этих 44 предприятий почтовые операции производились лишь на 23. За 1913 г. почтово-телеграфным ведомством в Туркестане было принято 2 млн. 800 тыс. писем, отправлено денежных переводов на сумму 176 тыс. руб., 5 тыс. посылок, 150 тыс. телеграмм.
За годы первой мировой войны сеть учреждений связи в Туркестане несколько расширилась, так как война привела к росту потребности в них. К 1917 г. общее число почтово-телеграфных предприятий в крае достигло 183, в том числе в областях: Семиреченской – 47, в Сырдарьинской – 34, в Ферганской – 31, в Закаспийской – 28, Самаркандской – 15, Бухарском эмирате – 12, Хивинском ханстве – 3. Общее число телефонных станций достигло 10, с количеством абонентов – 3916 чел.
К 1917 г. в Туркестане вместе с некоторым ростом сети предприятий связи выросла и численность служащих этой отрасли. Если к 1905 г. их было примерно 1,6 тыс. человек, то в 1917-1918 гг. число связистов в Туркестане достигло примерно 3,5 тыс., а вместе с железнодорожными и военными связистами – около 5 тыс. человек. После победы Февральской революции многие мобилизованные в действующую армию работники связи возвратились в Туркестан.

 

1.1.2.      Создание базы почтовой связи электросвязи Узбекистана

В начале ХХ века в отрасли связи происходят большие изменения. Появились радиосвязь и радиовещание, фототелеграф, телевидение, новые виды телефонной связи. Технический уровень связи того периода был достаточно совершенен для своего времени, а вся основа почтово-телеграфно-телефонного ведомства незначительной. Предприятия связи, оборудованные телеграфными аппаратами, не обеспечивали даже элементарных запросов населения. На одного жителя края приходилось в среднем по 0,25 телеграммы, что было в несколько раз ниже по сравнению центральноевропейскими регионами. Огромные территории (Каракалпакия, Кашкадарья, Сурхандарья, Хорезм) оставались без телефонной связи. Из имеющихся в начале 1917 г. 10 телефонных станций 9 находились в ведении частных лиц и служили в основном для коммерческих целей их владельцев. В среднем одно учреждение связи обслуживало 6 400 кв. км территории с населением 150 тысяч человек. Расширение сети связи было сложным делом потому, что на открытие нового учреждения округу требовалось разрешение Главного Управления Почт и Телеграфов, находящегося в Петрограде. К тому же из-за разрухи, голода, острейшей нехватки кадров ряд учреждений связи прекращал работу. В результате контингент связистов сокращался.
Приказом Совнаркома Турк. АССР №1 от 23 ноября 1917 года был образован Народный Комиссариат Почт и Телеграфов Туркестанской Республики, на который было возложено руководство основными видами связи общего пользования: почта, телеграф, радио, телефон, а также контроль за строительством и эксплуатацией всех видов связи, находящихся в ведении других Наркоматов. Распространению большевистской печати и средств массовой информации Туркомпочтель уделял отдельное пристальное внимание.
В ноябре 1917 г. ЦИК Туркестанской республики принял специальное постановление о национализации почтовых трактов (станций, помещений, инвентаря), телефонных сетей и передаче их в ведение Наркомпочтеля. Всем учреждениям, должностным и частным лицам было предложено сдать все имеющиеся телефонные средства в двухнедельный срок.

Положением, утвержденным на пятом чрезвычайном съезде почтово-телеграфных служащих в 1919 году, было введено коллегиальное правление НаркомпочтеляТуркАССР во главе с комиссаром и двумя помощниками. На всей территории ТуркАССР начинали действовать почтовые отделения связи. Бухарский эмират и Хивинское ханство обслуживались на особых условиях.

В феврале 1920 г. на предприятиях связи была объявлена неделя фронта. В эти дни рабочий день связистов был на 2 часа продолжительнее, причем без дополнительной оплаты. Кроме того, работники связи отчисляли в фонд недели фронта часть зарплаты. В период гражданской войны особое внимание уделялось сохранению работоспособности предприятий связи, их ремонту и снабжению необходимым инвентарем. В связи с военным положением и необходимостью создания строго централизованного аппарата почтово-телеграфно-телефонной связи была назначена административная коллегия для управления почтово-телеграфно-телефонной связью Туркестанской республики во главе с Катмачёвым. Весь личный состав работников связи подлежал особому военно-мобилизационному учету. В сложных условиях двадцатых годов строго централизованный порядок управления почтово-телеграфно-телефонными учреждениями значительно способствовал нормальной работе всей системы.
Интервенция и гражданская война нанесли значительный ущерб средствам связи. Летом 1918 г. почти все телеграфные линии были разрушены, причем на многие тысячи километров, а имущество некоторых почтово-телеграфных предприятий разграблено. Ташкентская телеграфная контора, ранее поддерживавшая связь с 22 городами края, в середине 1919 г. имела ее лишь с 6 городами. В Ферганской долине из имеющихся 12 конно-почтовых станций сохранилась только одна – в Чинабаде. Закрылись железнодорожные отделения связи в Кагане, Термезе, Кушке, Китабе и других городах.
В годы гражданской войны 170 зданий предприятий связи были превращены в руины полностью или частично. С мая 1918 г. по апрель 1920 г. Туркестанский край был оторван от центральной России. Ташкентская радиостанция являлась единственной связью с центром. Прекращение железнодорожной связи с центром страны, в результате чего стало невозможным получение материалов, аппаратов и запасных частей, поставило телефонную связь в очень трудные условия. С большими перебоями работали городские телефонные станции в Ташкенте, Самарканде, Андижане, Коканде. На почтовых предприятиях скопилось колоссальное количество иногородних почтовых отправлений, подлежащих обработке и отправке. Только в Ташкентской почтовой конторе к середине 1919 г. собралось около 21 тыс. заказных и свыше 20 тысяч простых писем.
В августе 1920 г. Совнарком Туркестанской Республики принял постановление «О восстановлении и развитии средств связи», где говорилось: «Задача связистов республики состоит в том, чтобы в течение ближайших 2-3 лет добиться не только восстановления довоенного уровня, а обеспечить дальнейшее развитие всех отраслей связи Туркестана».
В ходе выполнения решения правительства на местах создавались ремонтно-восстановительные колонны. Были восстановлены телеграфные линии от Коканда до Ходжикента, от Самарканда до Катта-Кургана, отремонтированы телеграфные аппараты.
Возобновили свою деятельность почтово-телеграфные конторы в Андижане, Асаке, Коканде, Фергане, Намангане, Чусте, Джизаке, Самарканде, а также линейно-технические узлы в Ташкенте, Фергане и Андижане. В течение 1921-1923 гг. было отремонтировано 76 зданий почто-телеграфов, открылось 15 штатных почтово-телеграфных отделений, 33 нештатных агентства почты, 19 маршрутов конных, 27 пеших почтальонов, более 70 населенных пунктов обслуживались спецуполномоченными. В 1921 г. вступила в строй телеграфная линия Москва-Ташкент, оборудованная быстродействующими аппаратами.
Проделанная большая работа по восстановлению средств связи была отмечена в постановлении ЦИК Туркестанской республики от 13 июня 1922 г., где выражалась благодарность Наркому почт и телеграфа Ф.К. Розенталю, а также членам комиссариата за их труд в совершенствовании связи и обеспечении функционирования отрасли в особо тяжелый период отсутствия материалов и экономических ресурсов.
В апреле 1920 года первым Всехорезмским курултаем была провозглашена Хорезмская Народная Советская Республика. 8 октября 1920 года I Всебухарский курултай народных представителей принял решение о провозглашении Бухарской Народной Советской Республики. В новых народных республиках организовывались отделы связи при назиратах внутренних дел. Наркомпочтель Туркестанской Республики имел здесь своих уполномоченных. Согласно договору, заключенному РСФСР с Бухарой в Москве 4 марта 1921г., все средства связи были переданы в ведение Бухарского правительства.
За короткий срок были заново проложены телеграфные провода на 220 верст, а на 700 капитально отремонтированы.На основании декрета ВЦИК в конце 1922 г. в системе Наркомпочтеля была проведена реорганизация. Народный комиссариат почт и телеграфов был преобразован в Туркестанский почтово-телеграфный округ. Вместо ликвидированных отделов связи губисполкомов руководство местными предприятиями связи было возложено на вновь образованные управления. Одним из 20 стало управление Туркестанского почтово-телеграфного округа, созданное вместо комиссариата, во главе которого стал уполномоченный НКПиТ страны при правительстве Туркестанской Республики. 10 октября 1922 года Народный комиссариат почт и телеграфов Туркестанской Республики как краевое учреждение централизованного ведомства почт и телеграфов, согласно приказу НКПТ РСФСР № 22/645 от 28 сентября 1922 года, данного на основании постановления ВЦИК от 7 сентября 1922 года, был реорганизован в Управление Среднеазиатского округа связи. При нем были образованы окружные конторы связи в Самарканде, Ташкенте, Коканде, Хиве и Новой Бухаре.
С момента реорганизации НКПТ ТуркАССР в Управление СА округа связи коллегиальное правление было заменено единоличным и переведено в непосредственное подчинение НКПТ РСФСР, а с 30 декабря 1922 года – НКПТ СССР.
В 1924-1925 гг. проводилась реорганизация местных органов связи, вызванная прошедшими в Туркестане изменениями административно-территориального деления и образования 24 октября 1924 года Уз ССР.
В ноябре 1924 г. был создан временный высший орган государственной власти УзССР – Узревком, по указанию и под руководством которого были организованы почтовые агентства на железнодорожных станциях в Горчакове, Джуме, Зиадине, Кургантюбе, Куропаткино, Касане, Кызылтепе, Каракуме, Карши и Каунчи. Летом 1924 г. появились почтовые авиалинии Ташкент – Аулие-Ата (Джамбул) – Пиш-пек (Фрунзе, в настоящее время – Бишкек) – Алма-Ата и Новая Бухара – Дарганата – Турт-куль – Хива. Общая протяженность их составила 600 км.Реконструирована телефонная линия Самарканд – Ташкент. Уделялось большое внимание развитию связи в отдаленных районах республики.
В 1925 г. в республике функционировало 51 предприятие связи, в 1926 г. – 250, в 1927г. – уже 392.Приказом № 50 от 10 сентября 1926 года, в соответствии с положением НКПТ СССР «О местных Управлениях связи», Управление Среднеазиатского округа связи было переименовано в Среднеазиатское управление связи. Начальник Управления связи являлся Уполномоченным НКПТ СССР при ЦИКе СНК Уз ССР. В задачи Управления входило проведение в жизнь директив и решений правительства УзССР и органов НКПТ СССР, планирование хозяйства связи, изучение экономики связи, руководство эксплуатацией связи, контроль за состоянием и качеством работы.
Правление в своей работе опиралось на окружные конторы связи. 3 июля 1925 года постановлением СНК УзССР в республике, автономных областях были образованы окружные конторы связи. Окружным конторам связи подчинялись все почтово-телеграфные узлы, отделения и телефонные агентства связи, находящиеся на территории данного административного округа, за исключением железнодорожных почтовых отделений и приемо-передающих радиостанций, подчиненных непосредственно Управлению связи.. В связи с этим правительством УзССР был принят ряд специальных решений: «О расширении почтово-телеграфной сети в деревне», «Об организации институтов колхозных почтальонов». К 1926 г. в сельской местности республики работало 31 предприятие связи, а число письмоносцев увеличилось за один год на 140 человек. Появляется новая форма перевозки почты – автомобильная. По трем линиям протяженностью 51 км связисты доставляли ее своим адресатам на машинах. Но все же основным видом перевозки считалась железнодорожная. Ее протяженность в 10 линиях достигала в 1926 г. 6 568 км. Кроме того, была открыта новая воздушная линия Ташкент – Самарканд – Термез – Душанбе дальностью 930 км, в 1927 г. – линия Чарджоу – Хива – Термез (469 км), которую обслуживало общество «Добролет».
Начало развития междугородной телефонной связи в Узбекистане относится к 1924 году, когда была построена первая воздушная линия связи между городами Ташкент и Самарканд. Значительные успехи были достигнуты в области телефонизации в 1926 г.: приняты к эксплуатации линии связи Ташкент – Самарканд, Самарканд – Дагбит – Катта-Курган, произведен большой ремонт междугородных проводов и городских сетей. Расширялась городская телефонная сеть. Например, объем услуг Ташкентской телефонной станции увеличился на 100 абонентов, Самаркандской – на 200. Функционировали телефонные сети также в Коканде, Намангане, Андижане и Фергане.
В целях улучшения работ по распространению печати приказом Среднеазиатского управления связи от 21 мая 1920 года в Ташкенте было образовано Почтовое газетное бюро, которое стало самостоятельным предприятием связи с непосредственным подчинением Управлению.

В 1930 году подвесили биметаллическую цепь между Ташкентом и Андижаном с подключением Коканда и Ферганы. Таким образом, Ташкент имел междугородную телефонную связь с Самаркандом по одному каналу, а с Андижаном, Ферганой и Кокандом по расписанию. Кроме этих связей, Ташкент имел линии связи с рядом близлежащих районов – Пскентом, Тойтепой, Аккурганом, Орджоникидзе и другими.
До 1926 г. часть телефонных станций находилась в ведении исполкомов городских и районных Советов. Совнарком УзССР в своем постановлении от 21 февраля 1928 года признал целесообразной передачу всего телефонного инвентаря, находящегося в ведении отдельных ведомств и органов, в распоряжение округа связи.
Таким образом, было централизовано все республиканское хозяйство связи, что позволило улучшить организацию труда и повысить его эффективность.
Дальнейшее свое развитие получает телеграф. Только для постройки телеграфных линий в 1929 г. было заказано 41600 столбов, началось строительство бронзовой телеграфной магистрали Москва – Ташкент, подвешена хромо-бронзовая цепь на участках Самарканд – Бухара, Бухара – Чарджоу, стальная цепь Коканд – Хаваст, Самарканд – Гузар, Термез – Джаркурган, Каунчи – Мирзачуль, Янгикурган – Джизак, Душанбе – Термез и так далее. В 1930-1931 гг. были построены проволочные телефонно-телеграфные линии для связи с районными центрами: Пастдаргом, Нарпай, Булунгур, Ангрен, Хатирчи, Бувайда, Мангит и другими. В целом длина проводов увеличилась на 24%, а кабелей – на 65%.
Большие задачи стояли перед почтовой связью. В 1928 – 1930 гг. было дополнительно открыто 30 городских почтово-телеграфных отделений, 140 сельских штатных и внештатных агентств и 27 маршрутов сельских письмоносцев. В 1931 г. вводились институты колхозных почтальонов для доставки почты, прессы селу, колхозам и отдаленным крестьянским дворам.

Уделялось внимание расширению транспортировки почты по авиалиниям. Ежедневно курсировали самолеты по линиям: Ташкент – Москва, Ташкент – Душанбе, Чарджоу – Хива – Ташауз, Ташкент – Термез – Кабул. Открылись новые почтовые тракты Самарканд – Янгикурган, Янгикурган – Чартак, а также почтовые предприятия во всех курортных зонах Средней Азии. Кроме того, была установлена водная связь Хорезм – Чарджоу – Ново-Ургенч, решен вопрос о строительстве сортировочного пункта в Ташкенте. В целом ежедневный обмен почты с Ташкентом имели 57 райцентров.
Для проведения заключительного контроля переводных операций, производимых на всей территории страны, была создана сеть зональных Бюро контроля переводов. При этом вся сеть почтовых предприятий страны была разделена по территориальной принадлежности и закреплена за соответствующим БКП. Работу всех бюро первоначально регулировал Народный комиссариат связи СССР. Узбекское бюро контроля переводов (далее – БКП) было создано в числе первых и до 30-х годов ХХ века располагалось в столице УзССР – г. Самарканде. В 1940 г. БКП было переведено в г. Ташкент, где до 1967 г. размещалось в здании почтамта.
В 30-е годы в отрасли связи в целях совершенствования аппарата управления был осуществлен ряд реорганизационных мер. После национально-государственного размежевания появилась необходимость дальнейшего упорядочения системы руководства средствами связи. На основании решений коллегии Наркомпочтеля СССР с 1 октября 1930 г. Управление Уполномоченного Наркомата почт и телеграфов УзССР при ЭКОСО Средней Азии и Управление связи Узбекской ССР было организовано Узбекское управление связи. Одновременно с этим стали создаваться районные отделы, непосредственно подчиняющиеся республиканскому управлению. К концу 1931 г. их насчитывалось 79.

.В процессе развития городских телефонных сетей все в большей мере выявлялась необходимость замены телефонных станций ручного обслуживания автоматическими станциями. Переход к строительству автоматических станций поставил вопрос о выборе наиболее рациональной системы АТС. 8 сентября 1932 года вступила в строй первая автоматическая станция машинной системы шведской фирмы «Л.М.Эрикссон» АТС-В3 на 5000 номеров. Эта станция в течение почти 30 лет была единственной в Ташкенте. Затем ее емкость возросла до 10000 номеров.
В 1932 году началось строительство междугородной магистрали Москва – Ташкент, которое было закончено в 1939 году. В 1935 году МТС была выделена из подчинения Центральному телеграфу и стала самостоятельным предприятием.
Приказом НаркомсвязейУзССР от 5 октября 1934 года было упразднено Управление уполномоченного Народного комиссариата связи СССР при ЭКОСО Средней Азии, а его функции полностью переданы Управлению связи Узбекской ССР, которое стало подчиняться Наркому связи СССР.В результате всех принятых мер связь Узбекистана получила ускоренное развитие. Только в течение 1936 г. были открыты 227 новых отделений связи и 40 агентств в сельской местности. Всего в республике насчитывалось 471 почтовое отделение. Сельские почтальоны были снабжены велосипедами. В целом общий рост по отрасли связи в 1936 г. достиг 11%.Несколько улучшилось качество работы и в секторе телефонизации. К 1 января 1936 г. по сравнению с 1932 г. коэффициент технических остановок, перебоев уменьшился вдвое, все города и районные центры республики имели прочную связь с Ташкентом. В целом в 1934 г. по республике 109 предприятий, учреждений и органов имели 4 и более телефонных аппаратов.
В 1934 г., учитывая густонаселенность Ташкента, было принято решение городскую телефонную сеть расширить до 10 тыс. номеров. В этот же период возникла идея перевода ташкентской АТС на полный хозрасчет.В 1935 г. телефонную связь с райцентрами имели 40% сельсоветов, 50% совхозов и 81,2% машинно-тракторных станций. Связисты принимали меры по более полному охвату телефонизацией этих коллективов. Были построены 20 новых районных телефонных станций, также уделялось внимание развитию междугородной телефонной связи. В республике вступили в эксплуатацию 17 междугородных телефонных станций с 70 переговорными пунктами.
Качественные изменения произошли в работе телеграфной связи. Так, Ташкентский центральный телеграф ускорил темпы доставки телеграмм, уменьшил брак в работе. Совершенствовалась телеграфная связь и в других городах.Большой объем работ был выполнен связистами республики в период скоростных народных строек. В период строительства Большого Ферганского канала были связаны между собой 37 строительных участков трассы. При этом проводился профилактический ремонт 15 телефонных станций и подстанций, ремонт 486 км линий, 972 км проводов. На телефонизацию Большого Ферганского канала Совнарком Узбекской ССР выделял значительные средства. На всех участках создавались временные почтово-телеграфные отделения.В 1937 г. Узбекское управление связи было преобразовано в управление уполномоченного Наркомата связи при Совнаркоме УзССР.В марте 1946 года Управление было переименовано в Управление Уполномоченного Министерства связи СССР при Совете Министров УзССР.
Развитие средств связи привело к значительному удовлетворению потребностей народного хозяйства и населения Узбекистана в использовании почты, телеграфа, телефона.

 

1.1.3.      Развитие радиосвязи и радиовещания

Первые сведения об изобретении радио датируются 1895 годом. Впервые в мире Александр Степанович Попов изобрел искровой радиопередатчик и 7 мая 1895 года в лабораторных условиях продемонстрировал передачу радиосигнала на расстояние без проводов.Строительство коммерческих радиостанций Управления почт и телеграфов в России было начато в 1902 году с участием английской радиотехнической фирмы «Маркони», подталкиваемое вступившей в силу международной конвенцией, обязывающей все государства организовать береговую связь с морскими судами, находящимися в открытом море.В 1912 году начала действовать линия радиотелеграфа для общего пользования и связи морских судов на юге России, между фортом Александровским и фортом Петровским, соединившая правый и левый берега Каспия. В этих пунктах были установлены 1-кВт передатчики с дальностью действия до 300 км. Именно с этого направления и получила свое развитие радиосвязь Туркестана. В том же 1912 году начала работать искровая радиостанция южных рубежей в крепости Кушка.В 1915 году в г. Ташкенте было завершено строительство и введена в эксплуатацию первая в Средней Азии мощная искровая приемо-передающая радиостанция. Искровой разряд обеспечивался с помощью огромного электромагнита. При ударах якоря о ярмо возникал звук, как от ударов молотка по наковальне, который был слышен в центре города. Энергетическая база состояла из аккумуляторных батарей и двух дизельгенераторов мощностью 160 кВт каждый. Излучатель-антенна состояла из густой сети проводов, подвешенных на шести 90-метровых металлических мачтах, которые были спроектированы и построены немецкой фирмой «Сименс» (1911 год). Площадь для строительства радиостанции была выбрана недалеко от железнодорожного вокзала за чертой города и составляла 60 га. Охрану и обслуживание радиостанции обеспечивали войска казачьего полка, которые были расположены поблизости с радиостанцией. Первая радиограмма была получена в том же году, где сообщалось об отправлении поезда из Москвы  в Ташкент
Декрет о национализации крупных промышленных предприятий был передан в Туркестан 23 июля 1918 г. по радио.По постановлению Совнаркома Туркестанской АССР от 1 августа 1919 года наряду с Ташкентской и Кушкинской радиостанциями весь образованный радиоотдел был присоединен к Комиссариату почт и телеграфов. Радиоотделу также подчинялась радиостанция форта Александровского (правое побережье Каспийского моря), через которую была установлена связь с центральными районами России. Для этой цели по указанию Совнаркома РСФСР были также использованы радиостанции, принадлежащие ранее военному и морскому ведомствам Каспийской флотилии.С началом гражданской войны и военной интервенции в системе связи Туркестанской республики произошла централизация управленческого аппарата. Для оказания помощи местным связистам в мае 1920 г. из Москвы прибыл представитель Наркомпочтеля с 5 радиотелеграфистами, 2 электротехниками и 10 радиоустройствами. Аппараты были установлены в Самарканде, Хиве, Скобелеве, Фергане, Красноводске и обеспечивали устойчивую связь как внутри региона, так и с другими городами Российской Федерации.В годы гражданской войны по заданию Советского правительства была срочно организована линия радиосвязи между Москвой, районами Поволжья и Каспийского моря, а через них с Баку и Туркестаном. В конце декабря 1919 г. Ходынская (Московская) радиостанция начала давать в эфир выпуск новостей Российского телеграфного агентства. Из Ташкента была отправлена встречная телеграмма: «Голос ясен, громок, даже бьет в мембрану телефона». Задача по организации радиоэфира в северном направлении на расстояние 2550 верст была решена. Работники радиосвязи Ташкента и Кушки сыграли важную роль в организации связи с юго-востоком страны и распространении информации среди населения южных районов Туркестана.
После завершения гражданской войны все неподвижные радиостанции перешли в ведение Комиссариата почт и телеграфов. Согласно постановлению Совнаркома Туркреспублики и Реввоенсовета от 4 июня 1921 г., 2 передающие (Ташкент, Кушка) и 7 приемных (Хивинская, Бухарская, Самаркандская, Полторацкая, Ташкентская, Скобелевская, Алма-Атинская) радиостанций со своим имуществом и личным составом перешли из подчинения Туркфронта в ведение системы Туркомпочтеля. Большинство из этих станций требовало капитального ремонта, более полного снабжения техническими средствами, аппаратурой. Наиболее оснащенные и находящиеся в лучшем техническом и хозяйственном состоянии – Ташкентская и Кушкинская радиостанции, приравнены к отдельным почтово-телеграфным конторам и стали более доступными для пользования населения.

Радиосвязь в Узбекистане начиная с 1924 года динамично развивалась, приобретая все более широкий размах. С 1925 г. начались опытные испытания в области радиовещания. Первая попытка организации массового радиовещания была связана с важным событием в жизни республики: в начале года по Московскому радио из Бухары велась трансляция 1-го съезда КПУз. Тем не менее днем рождения радиовещания в Узбекской ССР принято считать 11 февраля 1927 г., когда состоялось торжественное открытие новой Ташкентской радиостанции. В эфире зазвучал голос Назархана Камалова – первого диктора узбекского радио. Началась регулярная работа через 30 громкоговорителей и несколько сотен индивидуальных радиоточек.
В связи со строительством радиовещательной станции в Ташкенте развивалась и радиотрансляционная сеть республики. Так, к 1928 г. приемные установки имелись в Ташкенте (1131), в Бухаре (7), в Коканде (15), в Самарканде (19) и так далее.
Не менее важным событием стало открытие в Ташкенте радиоцентра, который был создан постановлением ЦИК и СНК СССР в сентябре 1929 г. и сыграл значительную роль в развитии радиовещания республики.Принимая во внимание влияние радиовещания на самые широкие слои населения республики, в декабре 1931 года в Ташкенте был организован Среднеазиатский комитет радиовещания, преобразованный впоследствии в Узбекский государственный радиокомитет.На 1 декабря 1932 г. радиоустановок в республике насчитывалось 1900, в том числе в клубах и чайханах -176 точек, в колхозах, совхозах и машинно-тракторных станциях – 583, в школах – 15 и так далее. Имелось 655 индивидуальных установок. Таким образом, радио постепенно становилось одним из главных элементов культуры.К концу 1932 г. в республике действовали 5 приемо-передающих радиостанций (Ташкентская, Самаркандская, Хивинская, Термезская и Ново-Бухарская) с девятью передатчиками общей мощностью 62,65 кВт.

В 1934 г. жители республики имели возможность ежедневно по 7,5 часа слушать циклы передач – музыкальные (49,3%), литературно-драматические (4,4%), детские (26%), учебно-образовательные (6,6%), информационные (13,7%). Широко развивалась связь в сельских районах. В этом же году была сдана радиотелефонная связь: Ташкент – Сталинабад (Душанбе) – Фрунзе (Бишкек).В 1935 году в поселке Дурмень введена в эксплуатацию приемная радиостанция № 2 с 30 комплексами коротковолновых приемных антенн, расположенных на площади 67 га. В поселке Ялангач введена в эксплуатацию приемная радиостанция № 4 с 15 антеннами, занимающими площадь 16 га. Наряду со строительством приемных радиостанций в этом же году на Юнусабаде была построена передающая радиостанция № 5, ее территория составляла 41га земли, на ней было расположено 16 передающих коротковолновых антенн и 11 передатчиков мощностью от 5 до 20 кВт. Тем самым появилась возможность организации каналов радиосвязи со всеми столицами союзных республик. С ростом количества радиостанций была введена специальная нумерация: передающим радиостанциям присваивались нечетные номера, а приемным – четные.В целях улучшения радиобслуживания населения отдельных районов в январе 1936 года в Ново-Ургенче был организован Хорезмский окружной радиокомитет.

В 1940 году на базе мощной радиостанции № 1 создана Ташкентская дирекция РС и РВ, а 27 марта 1941 года созданная дирекция переименована в Узбекскую дирекцию РС и РВ.
Преимущества радио широко использовались при строительстве крупных объектов, в частности каналов Ляган, Большого Ферганского. К концу 1940 г. количество радиоприемных точек в Узбекистане достигало 72 тыс.В период войны 1941-1945 годов коллективы радиостанций привнесли большой вклад в обеспечение бесперебойной работы средств РС и РВ, а также в оснащении боевых автомашин передвижными радиостанциями. Участвовали в строительстве мощной радиостанции в г. Москве.
Постановлением Совета Министров Узбекской ССР от 3 октября 1946 года было принято решение об отчуждении 87,92 га земли и начале строительства мощной радиовещательной станции на территории Ташкентского района Ташкентской области, ныне Урта-Аул. Работы начались со строительства комплекса жилого поселка как для строителей, так и для специалистов будущей радиостанции. Одновременно строились две независимые линии электропередачи на 6 кВольт от 14-го и 18-го отделений ГЭС Бозсуйского каскада. В декабре 1949 года завершились строительно-монтажные и настроечные работы и с 1 января 1950 года начал работать мощный радиовещательный передатчик РВ-154 мощностью 150 кВт, в длинноволновом диапазоне. Антенна была построена на двух металлических мачтах высотой 240 метров каждая, по схеме верхнего питания с емкостной шапкой, которая расположена между мачтами наверху. Радиостанция обеспечивала первой программой Республиканского радиовещания большую территорию Узбекистана и часть территории приграничных республик.

Охватывая период зарождения, становления и дальнейшего развития радиосвязи на обширной территории от казахстанских степей на севере до границ Ирана и Афганистана на юге, от побережья Каспия на западе до китайской границы на востоке, можно с уверенностью отметить, что радиосвязь Туркестана, а в дальнейшем и Узбекистана динамично и уверенно совершенствовалась на пути прогресса.

 

1.1.4.      Первые шаги телевидения

Известно, что в 1907 г. профессор Петербургского технологического института Б. Л. Розинг заинтересовался «электрическим телескопом» и усовершенствовал принцип развертки изображения. 9 мая 1911 г. было передано неподвижное воспроизведение решетки на экран электронно-лучевой трубки.

Дальнейшие шаги телевидения связаны с Ташкентом. Борис Павлович Грабовский – лаборант Среднеазиатского государственного университета – вел работу по созданию телевизионных аппаратов с движущимся изображением. Вместе с инженерами В. И. Поповым и Н. Г. Пискуновым он разработал конструкцию аппарата – «радиотелефота», на который 9 ноября 1925 г. было выдано заявочное свидетельство № 4899, а затем и патент № 5592. Это был проект, который включал все основные элементы современной телевизионной системы.Однако осуществить «видение по радио» в те годы из-за острой нехватки материальных средств, вспомогательной аппаратуры и приборов было весьма трудно. Тогда помощник Б. П. Грабовского И. Ф. Белянский обратился за помощью к Председателю Президиума ЦИК УзССР Ю. Ахунбабаеву. Руководство республики со вниманием отнеслось к изобретателям. Их наделили достаточными средствами. Заказам для телевизионной установки была открыта «зеленая улица» на предприятиях и в лабораториях Ташкента. Их выполняли металлисты Ташкентского завода им. Ильича, специалисты из лабораторий университета, слесари мастерских Среднеазиатского округа связи. Из «Ташгестрама» подключились к работе конструктор Визгалин, инженер-энергетик Копыловский.Официальное испытание «телефота» – прадеда современных телевизоров – проходило 26 июля 1928 г. в здании округа связи в присутствии комиссии под председательством профессора САГУ Н. Н. Златоврацкого. Оно прошло успешно – впервые было принято движущееся изображение человека. 4 августа состоялся показ «телефота» прямо на улице Алишера Навои города Ташкента, и на экране появилось изображение движущегося трамвая.«Телефот» совершенствовался: появлялись другие варианты, проекты, схемы. Они улучшались учеными, конструкторами и инженерами, прежде чем телевизор стал таким, каким мы его знаем сегодня.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.      ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ

 

2.1. Материалы, компоненты, устройства

Для изготовления элементов РЭА используют различные ма­териалы, как химически чистые, так и на базе химических соединений. Широкое применение находят композиционные материалы, различные пластические массы. Действие РЭА основано на использовании электрических явлений, т. е. на управлении токами, напряжениями, зарядами, статическими полями, полями излучения. Поэтому основными являются материалы с противоположными электрическими свойствами: металлы и диэлектрики, значительно отличающиеся удельной проводимостью. Металлы (платина, серебро, медь, золото, алюминий и др.) обладают высокой проводимостью, т.е. малым удельным сопротивлением: Ю^-8...Ю^-6 Ом-м. Диэлектрики (стекло, пластмассы, керамика, кварц, диоксид кремния, оксиды некоторых металлов, лаковые изоляционные покрытия и др.) имеют малую проводимость, т.е. высокое удельное сопротивление: 10¹⁶... 10²²Ом-м.

С изобретением транзистора и открытием практических возможностей его широкого использования в РЭА огромное значение приобрели полупроводники (германий, кремний, арсенид галлия и др.). По удельному сопротивлению (порядка 10^_5...10³Ом-м) они занимают промежуточное положение между металлами и диэлектриками. Особенностью их использования является требование химической чистоты и строго контролируемое для получения необходимых свойств количество легирующих добавок (примесей).Важную группу радиоматериалов составляют материалы с сильно выраженными магнитными свойствами — ферромагнетики.Некоторые из применяемых при изготовлении РЭА мате­риалов (кварц, рубин, германий, кремний и даже некоторые жидкости) обладают свойствами кристаллов. К таким материалам предъявляются требования правильности кристаллической решетки и точности среза кристалла.Электрические свойства материалов (удельное сопротивление, диэлектрическая и магнитная проницаемость и др.) должны быть стабильными и устойчивыми к неблагоприятным внешним воздействиям (температуре, влажности, давлению и др.). В некоторых случаях материалы, являющиеся химическими соединениями или композициями (например, пластмассы), вследствие неконтролируемых внутренних физико-химических процессов могут изменять свои первоначальные свойства. Говорят, что такие материалы «стареют». Старение материала — необратимое явление. Оно приводит к изменению электрических и других свойств материалов и, как следствие, к нарушению работоспособности РЭА.

Радиоэлектронное устройство является совокупностью элементов, организованной в соответствии с наз­начением и принципом действия. Эффективность систем, па­раметры РЭА в значительной степени определяются элементной базой, т.е. характеристиками используемых в них интегральных схем, электровакуумных и полупроводни­ковых приборов, резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности, контактных устройств и т.д.Компоненты (электрорадиоэлементы) радиоустройств — это «строительные полуфабрикаты» в радиоэлектронике. Их грамотным выбором радиоинженер влияет на качество устройства, аналогично тому, как архитектор влияет на функции и тип здания, сооружения, или совокупности устройств, образующих радиосистему (в градостроительстве — ансамбль).

 

2.2. Классификация электрорадиоэлементов

Разработку и промышленное производство электрорадиоэлементов осуществляют в основном предприятия электронной промышленности. Выбор компонентов часто неоднозначен, а следовательно, проектирование — творческий процесс. Все выпускаемые промышленностью радиоэлементы можно разделить на классы, группы по ряду важнейших признаков — физических, функциональных, технологических и др. На рис.1 показан вариант возможного построения такой системы.

Рис. 1. Классификация электрорадиоэлементов

 

Компоненты РЭА могут быть разделены на два принципиально отличных класса: активные и пассивные, активныеэлементы — это разнообразные электронные приборы, различающиеся принципами действия и назначением. Они называются активными потому, что их функционирование связано с потреблением энергии от внешних источников пита­ния. Как правило, в радиоэлектронных устройствах это электрическая энергия. Напряжение таких источников может быть постоянным и переменным. Постоянным напряжениемобеспечивается питание анодных и сеточных цепей электрова­куумных приборов, эмиттерных и других цепей транзисто­ров. Этим создается заданный режим работы активных при­боров и цепей, в которые они входят. Источники постоянного(высокого) напряжения используются для питания электрон­ных приборов сверхвысоких частот, телевизионных и оцилографических трубок. Источники переменного напряжения применяются для подогрева катодов электровакуумных при­боров.Активные компоненты обладают рядом особых, только им присущих свойств, благодаря которым возможно созданиягенераторов колебаний, усилителей мощности, модулятор⁰⁰, устройств обработки сигналов и др..Все активные элементы делятся на дискретные приборы и интегральные схемы (ИС).Среди дискретных элементов РЭА выделяют: электровакуумные приборы (ЭВП) с высоким разрежением воздухав баллоне (остаточное давление около Ю^-6 Па); газоразряд­ные приборы (ГРГ1) (чаще всего баллон заполнен инертным газом под низким давлением — от долей до тысяч паскалей.

полупроводниковые приборы (ППП).

Крупным классом активных приборов являются интег­ральные схемы (ИС) — микроэлектронные изделия, вы­полняющие определенную функцию преобразования и обра­ботки сигналов и имеющие высокую плотность упаковки элек­трически соединенных элементов. Схемное и конструктивное объединение большого числа элементов в одном кристалле, т. е. их «интеграция», привело к термину «интегральные» схемы (точнее и логичнее было бы назвать их «интегриро­ванными цепями»). В одной ИС могут содержаться сотни и тысячи элементов. По конструктивно-технологическим при­знакам ИС делят на полупроводниковые и гибридные.

Полупроводниковая ИС обычно представляет со­бой кристалл кремния, в приповерхностном слое которого в едином технологическом цикле сформированы области, эк­вивалентные элементам электрической схемы (транзисторы, диоды, резисторы, конденсаторы и др.), а также соединения между ними. Интегральные схемы изготовляют также путем послойно­го нанесения тонких пленок различных материалов на общее основание (изоляционную подложку) и формирования на них пассивных элементов и их соединений. Гибридные микросхемы появились как результат комбинирования пленочных и полупроводниковых микросхем и дискретных полупроводниковых активных элементов (транзисторов и ди­одов).С помощью печатного монтажа объединяют очень малые по размерам элементы ИС: конденсаторы, индуктивные эле­менты, полупроводниковые приборы (диоды, транзисторы). Резисторы формируются как соединительные линии необходи­мого сечения и длины, выполненные из материала с требуе­мым удельным сопротивлением.

Пассивные элементы функционируют без внешних, источников питания. Входные воздействия проходят на их выход, воспроизводя закон входного воздействия, не пре­терпевая усиления. Свойства этих элементов не зависят от полярности приложенного напряжения или направления про­текающего тока. Номенклатура пассивных элементов весьма широка (хотя, возможно, и не столь широка, как номенклату­ра активных). К ним относятся резисторы (R), конденсато­ры (С), катушки индуктивности (L) и другие элементы.Пассивные элементы можно классифицировать по ряду признаков: назначению, диапазонам частот, допустимой мощ­ности рассеяния, материалам и технологии изготовления, точности воспроизведения номинальных значений парамет­ров. Они могут иметь постоянные и переменные (регулируе­мые) параметры. С данным признаком связаны принципиаль­ные различия в их конструкциях. Элементы с переменными параметрами, как правило, значительно дороже, имеют боль­шие габариты и массу.

 

2.3. Электровакуумные приборы

В настоящее время многие функции электровакуумных при­боров (ЭВП) успешно выполняют полупроводниковые при­боры и выполняют их более надежно и при меньшем расходе энергии. Однако, несмотря на это, в радиоэлектронике про­должают оставаться инженерные задачи, решение которых без применения ЭВП пока нереально. Поэтому «старая до­брая» часть активных ЭВП продолжает развиваться и со­вершенствоваться. На рис. 2 изображена схема, отобража­ющая классификацию ЭВП. Электровакуумные приборы мо­гут быть разбиты на три главные группы, отличающиеся фун­кциональным назначением. ЭВП, служащие для формирования и преобразования электрических колебаний. Однако возможности данной груп­пы приборов в значительной степени исчерпаны в результате появления полупроводниковых диодов и транзисторов. По­жалуй, лишь высоковольтные диоды, а также некоторые типы триодов и тетродов (т, е. трех- и четырехэлектродных ламп) пока незаменимы. Высоковольтные диоды продолжают ис­пользоваться в качестве преобразователей переменного тока в постоянный, источников электропитания телевизионных и  осциллографических трубок, а также других (часто весьма мощ­ных) ЭВП, требующих высоких постоянных напряжений (со­тни и тысячи вольт). Триоды и тетроды применяют в качестве усилительных или генераторных ламп мощных каскадов ра­диопередатчиков, вплоть до дециметрового диапазона волн.ЭВП, выполняющие функции преобразователей носителей информации.Носителями воспринимаемой человеком информации являются свет как наиболее информа­ционно насыщенный источник, звук и другие физические процессы, на которые реагируют органы чувств, а не электри­ческие колебания (являющиеся основными носителями в трактах передачи и обработки информации). По этой оче­видной причине в канале передачи информации от ее источни­ка (например, театральная сцена) до потребителя (телезрителей) должны быть предусмотрены преобразователи: свето­вых и звуковых колебаний в электрические и электрических в световые и звуковые.Преобразование звуковых колебаний в электрические и наоборот производится соответственно при помощи микро­фона и громкоговорителя (динамикаПреобразователи типа свет — электричество и электри­чество — свет — это ЭВП весьма сложной конструкции. Их часто называют передающими и приемными телевизион­ными трубками, хотя ониимеют и специальные названия(например видекон, кинескоп).

Рис. 2. Классификация электровакуумных приборов

 

Следует отметить, что не­которые из них, например кинескопы,— современные телеви­зионные приемные трубки, даже отдаленно не похожи на трубки. Это, скорее, толстостенные колбы больших разме­ров с непропорционально широким, почти плоским дном. К приборам такого типа предъявляются весьма высокие тре­бования. Они должны быть чувствительны к световому по­току, иметь хорошую цветопередачу, мелкозернистое изобра­жение, низкий уровень внутреннего «шума». При этом они должны быть надежными, обеспечивать требуемый (часто весьма большой) формат изображения. К сожалению, стои­мость таких ЭВП в настоящее время весьма высока. Одна­ко есть основание надеяться, что со временем с ними будут успешно конкурировать твердотельные электронные приборы (в действительности уже совсем не «трубки»). Стоимость и надежность, геометрические формы и размеры перспектив­ных приборов данного типа обещают создание качественно новой телевизионной аппаратуры.Промышленностью выпускаются специальные ЭВП (тоже «трубки»), используемые в осциллоскопах. Эти устройства, часто называемые осциллографами, позволяют визуально ис­следовать электрические процессы в электронных цепях, они незаменимы при проведении экспериментальных исследова­ний, наладке и контроле РЭА. Специальные трубки применя­ют в качестве оконечных устройств радиолокационных стан­ций, дисплеев ЭВМ.

3. Фотоэлектронные умножители (ФЭУ) пред­назначены для индикации слабых световых потоков путем их преобразования в управляемый поток электронов. Действие таких приборов основано на использовании явления фото­электронной эмиссии. Под действием света чувствительный слой фотокатода испускает электроны, которые, разгоняясь в электростатическом поле, приобретают необходимую кине­тическую энергию. Попадая на электрод (называемый динодом), электроны «выбивают» из него вторичные электроны. Такое явление называется вторичной электронной эмиссией. Поток вторичных электронов может в несколько раз превы­шать поток первичных (в зависимости от приобретенной энер­гии и материала динода). В результате возникает явление умножения числа электронов в потоке, т. е. эффект усиления первичного потока. Умножение может быть повторено не­сколько раз. Многократно усиленный поток электронов улав­ливается коллектором (анодом) и направляется во внешнюю цепь, где регистрируется или подвергается дальнейшей обра­ботке.Вся конструкция (катод, диноды, анод) заключена в стеклянный баллон, откуда откачан воздух.Чувствительность таких приборов может быть весьма высокой. Однако существуют факторы, которы_{е е}е ограничи­вают. Один из них — это собственные шумы ФЭУ.Особый класс ЭВП составляют приборы, действие кото­рых основано на использовании инерции Электронов. Применение обычных радиоламп в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ) оказывается практически невозможным. При­чина состоит в том, что на СВЧ в сильной степени сказывают­ся межэлектродные емкости ламп, индуктивности соединений ламп с колебательными цепями, В результате действия указанных факторов peaко снижается эффективность работы обычных ЭВП. Кроме того, из-за уве­личения потерь и уменьшения требуемых емкостей и индуктивностей цепей на СВЧ резко ухудшаются резонансные свойства. Поэтому на СВЧ обычные конструкции колебатель­ных контуров оказываются непригодными.Научный и изобретательский поиск привел _к появлению ЭВП, в которых активная часть, т. е. собственно лампа, и пас­сивная часть, т. е. колебательная цепь, представляющая со­бой полый резонатор с размерами, соизмеримыми с длиной волны (дециметры, сантиметры, миллиметры!), конструктив­но объединены. В таких приборах используется эффект взаи­модействия электронов с полем электромагнитной волны

 

2.4. Газоразрядные приборы

Условно можно сказать, что газоразрядные приборы (ГРП, см. рис. 1) находят вспомогательное применение в РЭА.Класс газоразрядных образуют стабилитроны, знаковые ин­дикаторы, тиратроны и другие приборы.Принцип работы стабилитронов основан на исполь­зовании явления тлеющего разряда. Разряд возникает в про­странстве между электродами, заполненном инертным газом, при умеренном давлении (единицы — сотни паскалей). В ре­жиме тлеющего разряда при изменении тока нагрузки на­пряжение на приборе остается практически неизменным.Широкое распространение в РЭА находят знаковые индикаторы. Простейшие из них — это широко известные неоновые лампы, используемые для индикации напряжения (включенного состояния прибора) и выполнения других эле­ментарных индикаторных функций.Широкое использование нашли многоэлектродные знаковые индикаторы, содержащие анод (иногда два) в виде тонкой сетки и катоды, по конфигурации повторя­ющие цифры (0, 1, ..., 9). В принципе возможно создание и других знаков, существенных при отображении информа­ции. Прилагая напряжение между одним из катодов и ано­дом, можно вызвать свечение (индикацию) в виде заданного знака.Такие индикаторы находят применение в измеритель­ных приборах (частотомерах, вольтметрах и др.) с цифровым отсчетом.В результате развития индикаторной техники на базе газоразрядных приборов были созданы индикаторные панели, представляющие матричную анодно-катодную систему, обра­зованную совокупностью ортогональных «шин». В местах их пересечения (число пересечений может быть значительным — десятки, сотни тысяч) создаются локальные миниатюрные газоразрядные элементы. Задавая необходимые управляю­щие напряжения на шинах, можно вызвать свечение в любой точке индикаторной панели или в произвольной совокупности точек.Такие панели могут быть использованы для отображе­ния информации практически в любой форме — цифровой, графической, текстовой.Их можно использовать как индикаторные выходные устройства радиосистем, например радиолокационных стан­ций обнаружения и распознавания, как крупномасштабные дисплеи ЭВМ.

Тиратроны — это газонаполненные приборы с сеточ­ным (многоэлектродным) управлением разрядом. На их базе могут быть созданы логические устройства выполнения логи­ческих операций типа И, ИЛИ и др.

 

2.5. Полупроводниковые приборы

Данный класс активных элементов чрезвычайно обширен. В основу его классификации можно было бы положить многие признаки: используемый материал, конструкцию и техноло­гию изготовления, мощность, диапазон рабочих частот, об­ласть применения и др. Можно принять за основу деление по функциональному признаку (рис. 3). Все приборы разбива­ют на две группы, логически дополняющие одна другую: приборы, используемые для формирования и преобразования электрических колебаний, и приборы, применяемые при пре­образовании носителей информации. Аналогично классифи­цируются и ЭВП. Отличие состоит в том, что среди полупроводниковых отсутствуют приборы, принцип действия которых основан на использовании инерции элек­тронов.Каждая группа приборов, в свою очередь, включает в се­бя большое число типов приборов, различающихся принципа­ми действия, применяемыми материалами, областями исполь­зования, мощностями, частотными свойствами, видами рабо­чих характеристик, чувствительностью и другими при­знаками.

 

Рис 3. Классификация электровакуумных приборов

 

 

Полупроводниковые диоды являются аналога­ми электровакуумных диодов, имеют подобные им электрические характеристики. В эту группу входят выпрямительные, специальные импульсные, смесительные, детекторные, другие диоды. Они изготовляются чаще всего на основе германия и кремния. Требования к приборам зависят от их назначения. Выпрямительные диоды должны обеспечивать заданные зна­чения выпрямленного тока и обратного напряжения, превы­шение которого может вызвать пробой прибора. Важной характеристикой является допустимая мощность рассеяния и связанная с ней рабочая температура. Для выпрямитель­ных диодов несущественны такие параметры, как межэлек­тродная емкость и индуктивность выводов, которые оказыва­ют влияние на высоких и сверхвысоких частотах. Выпрями­тельные диоды работают обычно либо на промышленной частоте (50 Гц), либо на умеренно высоких частотах. Для увеличения тока выпрямительных диодов увеличивают пло­щадь их активной зоны (области электронно-дырочного пере­хода). Такие диоды называют плоскостными.В отличие от вакуумных характеристики полупроводнико­вых приборов зависят от температуры. Для обеспечения тем­пературного режима применяют специальные теплоотводящие конструкции.Основной характеристикой импульсных диодов является быстродействие. Для повышения его следует уменьшать меж­электродную емкость и обеспечить требуемые характеристи­ки таких процессов, как диффузия и рекомбинация носителей (электронов и дырок).В импульсном режиме работы через диод протекают пико­вые значения тока и напряжения, приводимые в паспорте на прибор. Мощность рассеяния обычно невелика — десятки милливатт.

Смесительные (преобразовательные) диоды применяют в радиоприемных устройствах для преобразования частоты колебаний. В диапазоне СВЧ с помощью смесительных дио­дов осуществляется преобразование рабочей частоты сигна­ла — уменьшение ее до нескольких десятков мегагерц. Сме­сительные диоды — это диоды с точечным контактом. Они могут включаться непосредственно в тракт СВЧ (волноводной или коаксиальный) приемника, благодаря чему уменьша­ются паразитная емкость и индуктивность их выводов. Диоды должны иметь хороший коэффициент передачи и малый уро­вень шумов преобразования. Они чувствительны к перегруз­кам. Выполнив эти требования, можно создать приемники на базе смесительных диодов, обладающие высокой чувствитель­ностью.Мощность часто ограничивается десятками милливатт, а сред­ний ток преобразованной частоты — долями миллиампер.Детектирование колебаний, как правило, происходит не на СВЧ, а на более низкой промежуточной частоте. Поэтому к детекторным диодам не предъявляют слишком высоких требований, как к преобразовательным диодам. Детекторные диоды должны иметь хороший коэффициент передачи, опре­деляемый как отношение приращения выпрямленного тока к приращению амплитуды колебания промежуточной часто­ты, действующего на его входе.

К полупроводниковым диодам относятся также стабилит­роны, варикапы и некоторые другие диоды.

Стабилитроны применяют для стабилизации напря­жения, в основе их работы лежит явление пробоя. В данном случае пробой — явление положительное, не связанное с раз­рушением прибора. Он наступает при некотором критическом значении обратного (отрицательного) напряжения на диоде. Это значение составляет несколько вольт и зависит от кон­центрации примесей в полупроводнике. В сущности, стабили­затором является некоторая система — источник питания со стабильным напряжением (или током), а стабилитрон — датчиком опорного напряжения.

Варикап — это нелинейный управляемый конденсатор. В варикапах используется емкость обратного смещенного р-я-перехода, зависящая от приложенного напряжения. Ва­рикап эквивалентен переменному конденсатору с электриче­ски управляемой емкостью. Применяют варикапы весьма разнообразно, например в умножителях частоты, в высоко­чувствительных усилителях СВЧ. Одно из самых распростра­ненных применений—-в колебательных цепях частотных мо­дуляторов.

Транзисторами называют полупроводниковые при­боры, используемые для усиления и преобразования колеба­ний. Различают биполярные и полевые транзисторы. Бипо­лярный транзистор является полупроводниковым прибо­ром, усилительные свойства которого обусловлены явлениями инжекции и экстракции неосновных носителей зарядов. Эти транзисторы называют биполярными потому, что их работа основана на использовании носителей обоих знаков — элек­тронов и дырок. Транзистор как четырехполюсник изображен на рис. 3.4. Его основные элементы — электроды: эмиттер (Э), база (Б), коллектор (К). Зависимости токов и напряже­ний в таком четырехполюснике являются нелинейными и не­взаимными, что обусловливает возможность усиления коле­баний или преобразования их формы. Транзисторы имеют три основные схемы включения в электрическую цепь (рис. 3-5)^:с общей базой (а), с общим эмиттером (б) и общим коллектором (в). Слово «общий» означает «заземление» соответствующего электрода, от которого ведется отсчет напряжения в цепи. От схемы включения зависит ряд характеристик цепи таких, как входное и выходное сопротивление, коэффициента усиления и др. На схемах показана полярность напряжением источников питания цепи. Приведенные схемы имеют аналогии с ламповыми схемами.

Рис. 4. Биполярный транзистор как четырехполюсник

 

 

Биполярные транзисторы отличаются основным материалом (кремний, германий, арсенид галлия), типами (р-n-pп-р-п), мощностью, диапазоном рабочих частот, особенностями конструкции.

Полевые транзисторы представляют собой полупроводниковые приборы, в которых управление током ocyществляется напряжением (полем). Их работа основана на перемещении носителей заряда только одного знака, поэтом} их называют также униполярными. Управление током происходит в некотором слое между его электродами, называем истоком (И) и стоком(С). Этот слой играет роль проводящего канала. Управляющее напряжение между третьим электродом — затвором (3) и истоком формирует поле в канале которое как бы управляет его эффективным сечением. В результате изменяется сопротивление канала от истока к стоку. Принцип управления имеет аналогию с управлением током в трехэлектродной лампе (триоде) путем изменения потенциала сетки по отношению к катоду.

 

Рис 5. Схемы включения транзисторов

 

 

Рис. 6. Полевой транзистор как четырехполюсник

 

Полевой транзистор, как и биполярный, можно представить как активный четырехполюсник (рис. 6), осуществля­ющий передачу колебаний из первичной цепи во вторичную (с усилением или преобразованием формы). Полевые транзи­сторы также имеют три схемы включения: с общим истоком, с общим стоком, с общим затвором.Достоинством полевых транзисторов является большое входное сопротивление (до 10¹⁵ Ом), вследствие чего они не нагружают предшествующие цепи, не ухудшают их избира­тельных и резонансных свойств. Их отличает также низкий уровень собственных шумов, высокое быстродействие, широ­кий диапазон частот усиливаемых колебаний (до сотен мега­герц).

В группу полупроводниковых входят приборы, используе­мые для преобразования носителя информации (см. рис. 3). Распространенными являются приборы, ток через которые зависит от падающего на них светового потока. Такие приборы называют фоторезисторами. Их дейст­вие основано на изменении сопротивления полупроводника при облучении светом. В зависимости от материала фоторези­сторы могут иметь наибольшую чувствительность в различ­ных участках оптического диапазона длин волн. Фоторезисто­ры имеют хорошую чувствительность, просты и надежны. Их применяют в качестве приемников оптического излучения.Аналогичную задачу преобразования можно решать, при­меняя фотодиоды и фототранзисторы. Управление током через такие приборы происходит за счет воздействия света на область полупроводникового перехода. Световой поток вызывает в этой зоне генерацию свободных носителей заряда. Если для фоторезистора полярность внешнего источ­ника питания роли не играет, то направление тока через фотодиод или фототранзистор определяется типом перехода. Фотодиоды весьма чувствительны. Чувствительность их воз­растает, если используется явление лавинного умножения носителей (внешне подобно тому, как это происходит в ФЭУ). В фототранзисторе увеличение чувствительности происходит за счет эффекта усиления.Большую роль в современной радиоэлектронике играют светоизлучающие полупроводниковые приборы, принцип дей­ствия которых основан на явлении люминесценции — спо­собности некоторых материалов излучать свет при протека­нии через них электрического тока или в результате воздейст­вия электрического поля. Это явление используется при создании полупроводниковых светодиодов, преобразую­щих электрическую энергию в световую. В зависимости от используемых материалов можно создавать излучение различных цветов (желтый, синий, красный, зеленый). Ха­рактеристики светодиодов достаточно стабильны. Используя несколько определенным образом расположенных кристал­лов, на базе светодиодов можно построить визуальные знако­вые индикаторы.Комбинация фотодиодов (фоторезисторов) и светодиодов позволяет получить приборы, обладающие рядом новых ка­честв. Такие приборы, получившие название оптронов, обеспечивают гальваническую развязку электрических цепей. Они имеют весьма малую проходную емкость и другие до­стоинства. Современная технология позволяет выполнять та­кие приборы в интегральном исполнении. Ожидается, что применение оптронов в радиоэлектронике будет расширяться. Одно из перспективных его применений — построение телеви­зионных матриц для передачи и приема изображений.

 

 

2.6. Линейные интегральные схемы

Линейные интегральные схемы (ЛИС) (см. рис. 7) получи­ли название линейных вследствие того, что их действие чаще всего связано с линейным воспроизведением электрических процессов — усилением, фильтрацией, интегрированием и др. В отдельных случаях ЛИС применяют в режимах и не­линейных преобразований с целью, например, построения преобразователей частоты, фазовых детекторов. Однако это не нарушает общности названия, поскольку главные параметры результата нелинейного преобразования, например амплиту­да колебания преобразованной частоты или продетектированное  колебание, должны и в данном случае быть пропорцио­нальными параметрам входного колебания, например его амплитуде, фазе. На базе ЛИС создают генераторы гармони­ческих колебаний и колебаний других форм.Линейные интегральные схемы содержат большое число активных полупроводниковых приборов и пассивных элемен­тов. Подключение источников питания постоянного напряже­ния (несколько вольт), а также элементов внешней цепи — конденсаторов, резисторов, катушек индуктивности — позво­ляет на базе ЛИС создавать разнообразные устройства. Они компактны, надежны, потребляют небольшую мощность.

Рис. 7. Линейные интегральные схемы

 

Большинство выпускаемых промышленностью ЛИС (рис. 7) — это усилители, состоящие из нескольких отдель­ных усилительных каскадов на транзисторах. Такие микро­схемы стандартизованы. Их называют также операционными усилителями. Это название связано с возможностью их при­менения для решения многих задач преобразования колеба­ний, т. е. осуществления операций над ними. Полоса вос­производимых частот таких усилителей простирается от нуля до десятков мегагерц. Таким образом, эти усилители принад­лежат к классу усилителей нижних частот (полоса пропуска­ния ограничена «сверху»). Поскольку они воспроизводят и медленные колебания с частотами, сколь угодно близки­ми нулю, такие усилители в повседневной практике называют (хотя это и не совсем точно) усилителями постоянного тока.Возможности и области применения ЛИС связаны с ре­альными значениями их параметров. Основными являются коэффициент усиления, полоса частот, входное и выходное сопротивления. Существенны также температурные коэффи­циенты, значения ошибок из-за дрейфа напряжений источни­ков питания и температуры, потребляемая мощность и др. Для реализации некоторых функций необходим большой коэффициент усиления — сотни тысяч и более. Велико дол­жно быть входное сопротивление — сотни килоОм и более и мало выходное — порядка десятков — сотен Ом. Для обес­печения устойчивости усилителей с указанными параметрами применяют специальные схемы построения, в которых исклю­чены разделительные конденсаторы между каскадами (ведь необходимо пропускать сколь угодно медленные колебания!). Это, в свою очередь, порождает опасность влияния дрейфа напряжений источников питания, а также температурного дрейфа транзисторов.В состав ЛИС (в едином интегральном исполнении) могутбыть включены элементы стабилизации напряжения и то­ка, ограничители. Эти элементы выполняются на базе полу­проводниковых диодов и транзисторов. Для питания РЭА можно использовать стабилитроны и усилители в интеграль­ном исполнении.

Следует остановиться еще на одном типе ЛИС — при­борах с зарядовой связью (ПЗС). Особенность этих приборов, состоит в дискретном (но не цифровом!) принципе работы. Это «тактируемые» аналоговые устройства, называе­мые иногда дискретно-аналоговыми. Это их внешняя осо­бенность. Внутренняя, физическая особенность состоит в спо­собе управления таким прибором — переносом локального заряда. Конструктивно такой прибор представляет матрицу или линейку конденсаторов, выполненных на одном кристал­ле. Каждый конденсатор можно рассматривать как управляе­мую «ловушку» заряда типа потенциальной ямы. Накоплен­ный заряд может храниться в ячейке, но не сколь угодно долго, ибо имеют место процессы «рассасывания» заряда. При подаче на электрод напряжения происходит считывание заряда (перенос его в соседнюю ячейку).Возможное применение таких приборов довольно разно­образно, например в матричных или линейных приемниках изображения. Для этого элементы должны содержать свето­чувствительные электронно-дырочные переходы. В сочетании с ультразвуковыми линиями задержки ПЗС позволяют фор­мировать фильтры для обработки сигналов и для формирова­ния сигналов с параметрами, недостижимыми в «чисто» аналоговых фильтрах. На основе ПЗС можно создавать операто­ры, реализующие распространенные в радиоэлектронике математические операции свертки, преобразования Фурье и др.

 

2.7. Цифровые интегральные схемы

Цифровые интегральные схемы (ЦИС) могут быть полупро­водниковыми и гибридными. Цифровые схемы используют при создании ЭВМ.Радиоинженеру, как правило, не приходится заниматься проектированием универсальных ЭВМ. Это дело инженеров других специальностей. Хотя можно назвать примеры и того,когда выпускники радиофакультетов в период бурного разви­тия производства ЭВМ и нехватки специальных кадров зани­мались разработкой вычислительной техники, успешно справ­лялись с этой задачей.Выпускаемые промышленностью ЦИС (рис. 8) разли­чаются структурой, областью использования, быстродействи­ем, степенью интеграции. Микросхемы стандартизованы. В большинстве случаев радиоинженеру не приходится вникать в принцип построения ИС. Достаточно знать лишь внеш­ние характеристики этих крохотных загадочных изделий, за­ключенных в герметичный корпус и имеющих большое чис­ло выводов, их назначение и как обеспечить нормальное функционирование в составе устройства.

Рис. 8. Цифровые интегральные схемы

 

Цифровые ИС выполняют логические операции И, ИЛИ, НЕ. В одном корпусе ИС может находиться несколько логических элементов, т. е. ЦИС различаются по своей слож­ности.В качестве запоминающего элемента используют триг­геры — устройства с двумя устойчивыми состояниями, кото­рым условно приписывают соответственно значения 0 или 1. Следовательно, триггер является «емкостью» для хранения одной двоичной единицы информации — одного бита. На базе триггеров могут быть образованы накопители — счет­чики. В простейшем случае, если образовать последователь­ную цепочку триггеров, то получим накопитель, разрядность которого в двоичной системе счисления определяется числом триггеров. Соединяя определенным образом цепочки, можно получать запоминающие устройства для хранения значительных объемов информации. На базе таких накопите­лей создают так называемые оперативные запоминающие устройства (ОЗУ).По мере усложнения функций, увеличения емкости на­копителей степень интеграции ЦМС возрастает. В настоящее время выпускаются большие интегральные микросхемы (БИС) и сверхбольшие (СБИС). Их появление связано с развитием технологии, допускающей высокую степень ин­теграции и экономически целесообразный уровень бездефект­ного выхода ИС.Вместе с тем высокая степень интеграции объективно ведет к сужению «специализации» приборов, уменьшению их универсальности. Выход из такой противоречивой ситуации был найден в создании перепрограммируемых приборов или, как их называют, приборов с гибкой логикой — микропро­цессоров и микропроцессорных комплектов БИС. В микропроцессорный комплект БИС входит собственно про­цессор, программируемая логическая матрица (память), в которую «зашиваются» заданные программы работы, и другие функциональные устройства (БИС). Вы­числительные устройства на базе микропроцессоров часто называют микроЭВМ. Специализируя программу обработки, микропроцессорные устройства можно встраивать в РЭА, где они осуществляют операции фильтрации, обработки резуль­татов измерения, управления и др.

 

2.8. Пассивные электрорадиоэлемекты

В соответствии с классификацией (см. рис. 1) различают пассивные элементы с постоянными и переменными пара­метрами. Первые более обширны. Это объясняется тем, что такие элементы, как разъемы, переключатели, различные типы соединителей, элементы сенсорного управления (управ­ления прикосновением, электрически переводящим систему в новое состояние, например настройку на выбранный диапа­зон волн), предназначены для соединения электрических це­пей, переключения режимов работы устройств и не имеют управляемых параметров.Электрорадиоэлементы характеризуются номинальными значениями параметров. Однако реальные значения парамет­ров никогда не совпадают с номинальными. Указанные откло­нения определяются устанавливаемым допуском. В зависи­мости от требований к устройству, вытекающих из его наз­начения и условий работы, допуски на радиоэлементы могут колебаться от тысячных долей процента (например, для высо­коточных и стабильных кварцевых резонаторов) до несколь­ких десятков процентов (например, для электролитических конденсаторов, выполняющих в цепях РЭА вспомогательные функции).Одну из основных групп радиоэлементов составляют резисторы. Основным параметром резистора является его сопротивление электрическому току. Единица измерения со­противления — 1 Ом. В радиоэлектронике часто используют более крупные единицы: 1 кОм=Ю³ Ом и 1 МОм = = 10* Ом. Различают резисторы постоянного сопротивления и резисторы переменного (регулируемого) сопротивления. И те и другие применяют для формирования токов и напря­жений в цепях в соответствии с режимом и принципом работы РЭА.Протекание тока через резистор вызывает его нагрев и выделение теплоты на нем. Рассеиваемая резистором мощность может составлять доли ватт во входных цепях приемников и сотни ватт в мощных каскадах РЭА..Влияние температуры на сопротивление резистора вы­ражается температурным коэффициентом сопротивления (ТКС) — относительным изменением сопротивления на один градус изменения температуры. Допустимое значение ТКС зависит от конкретного назначения резистора и может до­стигать весьма малых значений: Ю^-4... Ю^-5 1/К.Применяемые в РЭА резисторы могут быть классифици­рованы по материалу, допустимой мощности рассеяния, спо­собу защиты от влаги, конструктивному исполнению. Наибо­лее широкую группу составляют непроволочные резисторы. Сюда входят углеродистые, композиционные, металлопленочные и др. Такие резисторы обладают рядом преимуществ по сравнению с проволочными: имеют хорошие частотные свой­ства, малые размеры, небольшую стоимость, широкую шкалу номинальных значений. Однако обычно они используются при небольших мощностях рассеяния (доли — единицы ватт). В цепях с повышенными мощностями применяют проволоч­ные (постоянные и переменные) резисторы, сопротивление •которых обычно не превышает нескольких десятков кило Ом.Переменные резисторы применяют в цепях с умеренно вы­сокими частотами (на высоких частотах начинают сказывать­ся «паразитные» параметры резистора — емкости и индук­тивности его конструктивных элементов) в усилителях звуко­вых и видеосигналов, цепях регулирования постоянных напряжений на электродах электронных приборов.Любой из нас неоднократно изменял громкость или тембр звучания магнитофона или радиоприемника, устанавливал яркость или контрастность изображения на экране телевизо­ра. Все эти операции осуществляют, плавно изменяя сопро­тивление резистора. Плавным изменением сопротивления уп­равляют также частотой строк и кадров, добиваясь устойчи­вого изображения.Переменные резисторы различают рядом признаков. Од­ним из главных является максимальное сопротивление. Так, промышленностью выпускаются низкоомные резисторы (мак­симальное сопротивление — десятки — сотни ом), резисто­ры со средним значением сопротивления (килоомы — десятки килоом) и высокоомные (единицы мегаом). Низкоомные ре­зисторы обычно выполняются из тонкой металлической про­волоки с высоким удельным сопротивлением (нихром, во­льфрам и др.). Проволочные резисторы способны рассеивать значительную мощность. Переменные резисторы различают­ся по конструктивным особенностям, массе, габаритным раз­мерам.

Конденсаторы — это элементы, обладающие способ­ностью накапливать электрические заряды. Конструктивно они содержат разделенные диэлектриком проводящие про­кладки. Главным параметром конденсаторов является ем­кость. Емкость выражается в фарадах (Ф). Практически в радиоэлектронике используются конденсаторы емкостью доли фарад: пикофарады (1 пФ=10^-12 Ф) и микрофарады (1 мкФ=10^-6 Ф).Различают конденсаторы постоянной и переменной ем­кости. Наибольшее распространение получили конденсаторы постоянной емкости. Их параметры и конструкции чрезвычай­но разнообразны. Они используются при построении частотно-избирательных цепей (резонансных контуров радиопере­датчиков и радиоприемников), фильтров, в качестве раздели­телей цепей постоянного и переменного тока.В основу классификации конденсаторов постоянной ем­кости могут быть положены различные признаки, например тип диэлектрика, рабочее напряжение. В радиоэлектронике наибольшее распространение получили конденсаторы с твер­дым диэлектриком. В зависимости от назначения применяют конденсаторы с неорганическим диэлектриком (слюда, кера­мика, стекло и др.), с органическим диэлектриком (бумага, специальные пленки), с оксидным диэлектриком (электроли­тические конденсаторы — алюминиевые, ниобиевые и др.). Конденсаторы каждого типа характеризуются диапазоном номинальных значений емкости, ее стабильностью — темпе­ратурным коэффициентом емкости (ТКЕ), сопротивлением изоляции, электрической прочностью — рабочим напряжением или допустимой реактивной мощностью, габаритами. Так, в цепях, где требуется не слишком большая емкость, а доброт­ность конденсатора достаточно высокая (малые потери в ди­электрике), могут быть использованы слюдяные или кера­мические конденсаторы, например в колебательных (избира­тельных) контурах радиопередатчиков и радиоприемников.Электролитические конденсаторы при относительно малом объеме обладают большой емкостью (сотни и тысячи микро­фарад). Однако их добротность невелика, а разброс емкости (допуск) весьма значителен — до десятков процентов от но­минальной. Их особенностью, связанной со свойствами оксид­ного диэлектрика, является резкая зависимость его сопро­тивления от полярности приложенного напряжения. Поэтому такие конденсаторы можно применять в цепях, где постоян­ное напряжение больше максимального значения переменной составляющей, т. е. суммарное напряжение не меняет своего знака — является униполярнымВследствие указанных причин применение электролитиче­ских конденсаторов в цепях точной настройки и высокой добротности представляется невозможным.Номинальные значения емкостей промышленно выпускае­мых конденсаторов (как и резисторов) стандартизованы.Конденсаторы переменной емкости применяют в основном для настройки высокочастотных цепей радиоприемников и не­которых типов радиопередатчиков.Наверно, каждый студент осуществлял настройку вещательного радиоприемника на длину волны станции, плавно изменяя емкость конденсато­ров, входящих в колебательные контуры (резонансные цепи) входных устройств и гетеродина приемника Конденсаторы переменной емкости отличаются конструк­тивным исполнением, коэффициентом перекрытия (т. е. от­ношением максимального значения емкости к минимально­му), используемым диэлектриком, законом изменения ем­кости и другими признаками. К переменным относят так называемые подстроечные конденсаторы небольшой емкости, где в качестве диэлектрика часто применяют специальную керамику. Их используют для «подгонки» начального значе­ния емкости электронной цепи. После такой операции емкость подстроечных конденсаторов остается неизменной.

Катушки индуктивности — это элементы объемной-или плоской конструкции. Они используются для образо­вания цепей генераторов гармонических колебаний, резонанс­ных усилителей и т. д. Основным параметром катушки явля­ется индуктивность, выражаемая в генри (Г). Катушки индуктивности в отличие от резисторов и кон­денсаторов не являются изделиями массового производства и, следовательно, универсального применения. Конструкция индуктивного элемента рассчитывается под требуемое значение номинала — индуктивности. В силу тех­нологических причин реальное значение индуктивности отли­чается от расчетного и может потребоваться подстройка. Однако какой бы точной ни была подстройка, со временем индуктивность из-за «старения» материала и влияния внеш­них факторов может меняться. Индуктивность — основной, но не единственный параметр катушки. В ней происходят потери электрической энергии (в проводнике, каркасе, сердечнике, экране, потери на излу­чение), проявляющиеся тем в большей степени, чем выше частота колебаний. Это нежелательное явление, поскольку оно ухудшает характеристики цепей, особенно резонансных. Реактивную мощность можно соотнести с мощностью потерь и характеризовать катушку добротностью. Реально до­бротность индуктивных элементов составляет десятки, а для очень хороших конструкций катушек — сотни единиц. С ростом частоты добротность катушек уменьшается и на очень высоких частотах их применение оказывается нецелесообразным. Как реальный объект катушка индуктивности обладает собственной емкостью, называемой иногда «паразитной». На­личие такой емкости неизбежно и также затрудняет при­менение катушек на очень высоких частотах. Ее значение в зависимости от типа катушек может составлять единицы — десятки пикофарад.В процессе работы РЭА может возникнуть необходимость изменения индуктивности катушки (аналогично изменению емкости конденсатора). Чаще всего это делается с помощью вводимого ферромагнитного или латунного сердечника. Ка­тушки переменной индуктивности можно характеризовать, как и конденсаторы, коэффициентом перекрытия или относи­тельным диапазоном регулирования. Объемные конструкции могут быть многослойными и од­нослойными (в последнем случае они имеют сплошную или шаговую намотку). Применяются как каркасные (пластмас­сы, керамика), так и бескаркасные конструкции. Катушки специальных типов, применяемые в мощных каскадах пере­датчиков, должны быть рассчитаны на значительные токи и напряжения.

 

 

 

3.      ПРИНЦИПЫ  РАДИОСВЯЗИ

 

Телекоммуникации как часть инфраструктуры общества служат одним из источников обеспечения функционирования и подъема эко­номики государства.

На рубеже XXI века телекоммуникации оказались одной из наибо­лее быстро развивающихся частей общества. При этом темпы разви­тия мировой телекоммуникационной отрасли в 2 раза превышают темпы роста всей мировой экономики. В настоящее время объем до­ходов отрасли превышает триллион долларов, причем 70 % этой суммы придется на услуги, а 30 % - на продажу оборудования связи.

Заметим, что в среде телекоммуникационных услуг пока еще боль­шая часть доходов приходится на кабельную телефонную сеть, число абонентов которой превысило в мире 900 млн.

Наступивший XXI век, по мнению большинства аналитиков многих стран, станет веком перехода от индустриального общества к инфор­мационному, в основе которого будет лежать информационная ин­фраструктура, во многом определяемая создаваемыми системами многопрограммного ТВ вещания (МПТВ).

Практическая реализация МПТВ возможна только в случае пере­хода к цифровым способам обработки, передачи и консервации ТВ сигналов. При этом становится очевидной конвергенция телевидения, компьютерной и телекоммуникационной техники. Например, уже сей­час изучаются возможности использования ТВ сетей для высокоско­ростной передачи данных.

Использование цифровых технологий в ТВ вещании - это новый этап в развитии технических средств массовой информации. Естест­венно, что внедрение новых технологий, коренным образом изме­няющих основной состав и многомиллионный парк телевизоров такой огромной сети, как сеть ТВ вещания, может происходить только путем постепенной модернизации.

Опыт, накопленный в ТВ вещании, показал, что телевидение, пе­реходя в цифровую эру, способно предоставить ряд новых возможно­стей при сохранении экономической эффективности. В целом, приме­нение цифровых методов обработки, передачи и консервации ТВ сиг­налов по сравнению с аналоговыми дает ряд следующих преиму­ществ:

1.  Передача ТВ сигнала в двоичной форме по линии связи с по­мехами позволяет значительно увеличить помехоустойчивость пе­редачи.

2.   , Цифровая ТВ система обеспечивает прозрачную передачу видеосигналов. В дан­ном случае под прозрачностью понимается неизменность сигналов источника, когда сохраняются первоначальное качество видеомате­риала и его способность к дальнейшей обработке.

3.   Цифровые системы открывают широкие возможности обработки ТВ сигнала в цифровой форме для устранения в нем статистической и физиологической избыточности т.е. обеспечивают высокую степень сжатия видеоинформации, что позволяет уже сейчас передавать в стандартном ТВ канале с по­лосой пропускания 8 МГц сигналы до десяти ТВ программ в на­земном ТВ вещании и до 10 программ через один ствол спутникового канала связи или одну программу телевидения высокой четкости (ТВЧ), а также большие потоки данных при сохранении высокого ка­чества передачи. Соответственно уменьшаются удельные затраты на телеканал по аренде спутникового сегмента.

4.  Допускается более широкая унификация аппаратуры ТВ и дру­гих стволов линий связи с целью создания однотипных коммутирую­щих, корректирующих и других устройств.

5.  Обеспечиваются гибкость передачи, позволяющая плавно изме­нять скорость передачи цифровой информации в канале связи при соответствующем изменении качества декодированного изображения, адаптируемость к требованиям конкретного потребителя.

6.  Сравнительно легко реализуются операции по уплотнению ТВ канала дополнительной информацией. Упрощается аппаратура для передачи одновременно с видеосигналом сигналов звукового сопро­вождения, звукового вещания, контрольных частот, сигналов точного времени, сигналов телеигр, телегазет и ряда других видов информа­ции. Таким образом обеспечивается возможность введения новых служб вещания, развлечений, образования, бытового обслуживания.

7.   Возможность регенерации цифрового сигнала позволяет без по­тери качества широко консервировать ТВ программы, осуществлять их тиражирование. Хранение информации в двоичном коде может быть неограниченно долгим и допускает многократные обращения к запи­сям. В случае необходимости хранящаяся информация легко регене­рируется, что особенно важно для создания фондовых и архивных ма­териалов.

8.   Полное проникновение цифровой техники в ТВ тракт от камеры до монтажных аппаратных удешевляет производство ТВ программ. Цифровая техника предлагает более эффективную и менее дорогую автоматизацию ТВ вещания.

9.   Цифровое телевидение позволяет ТВ вещательным компаниям вступить в прямой контакт со зрителями, предлагая услуги, например, по исключительной демонстрации различных событий и мероприятий. При этом реклама, основанная на изучении пристрастий и вкусов зри­телей, может стать целевой.

10.   Наконец, цифровые технологии позволяют придать телевиде­нию интерактивный характер. Интерактивная реклама, услуги по про­даже товаров, ТВ игры будут, видимо, первыми проявлениями инте­рактивности, за которыми должны последовать образовательные и другие программы.

Для внедрения цифрового телевидения, в принципе, необходимо создание единого мирового стандарта. В настоящее время техноло­гическими лидерами в этой области являются США, Европейский Со­юз и Япония. Соответственно существует и несколько проектов циф­рового ТВ вещания, разработанных в США, Европе и Японии.

С недавнего времени звуковые сигналы различных программ спут­никового телевидения и радиовещания также передаются цифровым методом. При этом основными способами передачи звуковых сигна­лов пока являются D2-MAC, NICAM и цифровое спутниковое радио­вещание DSR. В перспективе предполагается переход на использо­вание системы DAB (DigitalAudioBroadcasting), которая находится в завершающей стадии разработки. Эта система придет на смену многопрограммного вещания с частотной модуляцией (МВ-ЧМ).

В соответствии с решением Международной администрации ра­диовещания, начиная с 1992 г. для радиослужб, включая службы ра­диовещания через спутники, высвобождается частотный диапазон 1452-1492 МГц. Этот процесс должен быть завершен к 2007 г. В стра­нах СНГ планируется 95 % территории обеспечивать 16 высококаче­ственными стереопрограммами с помощью спутников.

Одной из наиболее быстро развивающихся отраслей связи сего­дня является мобильная связь Стремление обеспечить связь с любым абонентом, где бы он не находился, является естест­венным и понятным. В настоящее время это становится возможным благодаря внедрению мобильных сетей, использующих наземные и спутниковые системы радиосвязи.

Дальнейшее развитие подвижной связи должно происхо­дить путем использования в основном мировых и европейских технологий в на­правлении постепенной замены аналоговых сетей цифровыми, соз­дания многодиапазонных сетей GSM, укрупнения существующих и создания новых сетей, эволюции существующих цифровых сетей к предоставлению высокоскоростных услуг, развертывания сетей третьего поколения на основе европейской версии UMTS междуна­родного стандарта IMT-2000.

Известно, что организация доступа составляет 60 % затрат на ин­фраструктуру сети связи. Технология доступа определяет величину доходов и прибыли оператора. При ее выборе необходимо учитывать:

•  требуемую для организации доступа ширину спектра частот;

•  соотношение цены и качества;

•  скорость установки и наладки.

Радиосредства, используемые для подключения абонента к теле­фонной сети общего пользования, можно условно разделить на два класса: оборудование радиодоступа (WirelessLocalLoop - WLL) к АТС и аппаратура бесшнуровой связи (CordlessTelephone - СТ). Такое деление позволяет более дифференцированно рассматривать перспективы внедрения этих радиосредств на сетях электросвязи и определять условия их использования.

К оборудованию радиодоступа можно отнести одноканальные или многоканальные радиоудлинители телефонных линий, у которых ра­диоканал организован на участке АТС - абонентское устройство.

К системам радиодоступа к АТС относятся и распределительные радиосистемы (Point-to-Multipoint), В основном для этих систем, которые исполь­зуют технологию радиорелейных линий (РРЛ), разрешены диапазоны частот 1,5 ГГц и 2,3-2,5 ГГц. Радиоканал в таких системах, как прави­ло, организован на участке АТС - абонентский блок коллективного пользования, который обеспечивает переход от радиоканала к або­нентским устройствам.

К другому классу оборудования, использующего радиотехнологии для подключения абонента к телефонной сети, относится аппаратура бесшнуровой связи. В этом случае радиоканал не является частью АЛ, так как она заканчивается на базовом блоке индивидуального пользования (в случае бесшнуровых телефонных аппаратов) или на базовом блоке коллективного пользования (в случае систем бесшну­ровой связи). Радиоканал используется между базовым блоком, вы­полняющим функции абонентских устройств, и радиоэлектронной трубкой, работающей по принципу дистанционных устройств. Систе­мы бесшнуровой связи пригодны для телефонизации дома или офи­са, а также небольших населенных пунктов. В последнем случае функциональные возможности подобных систем приближаются к сис­темам персональной связи, которые базируются на сотовой тополо­гии с малым радиусом сот (микроячейки и пикоячейки).

 

3.1.Некоторые сведения об электромагнитных волнах

В конце XIX столетия были открыты и исследованы свойства неви­димых электромагнитных волн, способных распространяться на большие расстояния. Эти волны были названы радиоволнами. Обоб­щая обширный опытный материал, собранный естествоиспытателя­ми, английский физик Джеймс Максвелл создал теорию электромаг­нитного поля, установившую общую природу световых и радиоволн, а также открыл законы их распространения. В дальнейшем были изу­чены другие виды излучения: ультрафиолетовое, инфракрасное, рентгеновское и т.п. Исследования показали, что несмотря на разли­чие ряда свойств этих видов излучения природа их одна и та же: все они представляют собой электромагнитные волны, а особенности их физических проявлений определяются различием в длине волны.

В 1886-1888 гг. Генрих Герц экспериментально подтвердил основ­ные выводы теории Максвелла, показав, что законы распростране­ния, отражения и преломления радиоволн аналогичны законам рас­пространения света.

При создании электромагнитной теории света Максвелл сразу столкнулся с большой трудностью. Все известные до этого волнооб­разные движения материи объяснялись механическим движением и упругим взаимодействием частиц тех сред, в которых они происходят. Как же объяснить то, что световые волны беспрепятственно рас­пространяются в мировом пространстве, которое можно считать поч­ти идеальным вакуумом? Максвелл предположил, что все мировое пространство заполнено каким-то неощутимым видом материи, на­званным им эфиром, а распространение электромагнитных волн, в том числе и света, объясняется колебаниями частиц эфира.

Это движение или смещение частиц эфира было названо током смещения.

Вместе с тем экспериментальная физика накапливала все новые и новые данные о свойствах электромагнитных волн. Замечательные опыты П.Н. Лебедева, проведенные в 1901 г., позволили обнаружить и измерить давление света.

Теория электромагнитного поля Максвелла, за исключением гипо­тезы об эфире, правильно отражает объективную физическую реаль­ность, являясь обобщением основных законов электричества, уста­новленных опытным путем.

В ней содержится очень важный вывод, что переменное электри­ческое поле порождает переменное магнитное поле. Если же учесть, что закон электромагнитной индукции устанавливает обратную зави­симость, то следует заключить, что переменные электрические и маг­нитные поля всегда существуют совместно и связаны между собой определенной количественной зависимостью. Переменное электри­ческое поле создает переменное магнитное поле, а переменное маг­нитное поле создает переменное электрическое поле. Поэтому лю­бое возмущение, т.е. изменение электрического или магнитного по­ля, приводит к возникновению единого переменного электромагнит­ного поля.

Электромагнитные волны являются носителями энергии. За счет лучистой энергии, приносимой ими с поверхности Солнца, существует жизнь на Земле. Следовательно, создание электромагнитного излу­чения должно явиться результатом процессов преобразования энер­гии.

Теория Максвелла позволила установить, что скорость распро­странения электромагнитных волн в какой-либо среде

с - скорость распространения света в вакууме;  ε- диэлектрическая проницаемость среды, а μ - магнитная проницаемость среды. Для воздуха μ≈ε≈1, а скорость распространения электромагнитных волн близка к скорости света в вакууме:v= с ≈ 300 000км/с

 

Продолжение табл. 1.1

 

Автор (ор­ганизатор). Время	Событие			Примечание
	краткая формулировка	суть	значимость
Г. Маркони (Италия), 1896, июль- август	Подача заявки на патент на устрой­ство беспроволоч­ного телеграфиро­вания	Передающее устройство в заявке было аналогич­но излучателю Г. Герца, а приемное - тождест­венно приемнику А.С. Попова	Маркони получил патент в 1897 г. Это стало свиде­тельством при­знания практиче­ской значимости зарождающейся радиотехники
А.С. Попов (Россия), 1900, февраль	Организация пер­вой практической линии радиосвязи	Была обеспечена радио­связь между городом Котка и островом Гог- ланд, где шли работы по снятию с камней броне­носца «Генерал-адмирал Апраксин». Протяжен­ность радиолинии со­ставляла 44 км	Начало практиче­ской радиосвязи и радиотехники	Во время рабо­ты этой линии связи А.С. Поповым на борт ледо­кола «Ермак» была передана радиограмма с заданием (вы­полненным успешно и вовремя) спа­сти унесенных на льдине рыбаков
Ли де Фо-рест (США), 1906	Изобретение уси­лительного элек­тровакуумного прибора - лампо­вого триода	Введение в электроваку­умный диод между ано­дом и катодом третьего электрода - управляю­щей сетки, что позволя­ло усиливать слабые радиосигналы	Начало эпохи «активной» ра­диотехники. От­крытие широких возможностей усиления слабых сигналов
Мейснер (Германия), 1913	Изобретение лам­пового генератора электрических колебаний	Построение замкнутой колебательной системы, в которой восполнение потерь энергии электриче­ских колебаний и их режим обеспечивались с помо­щью лампового триода	Создание лампо­вых передатчиков, возрастание их мощности. Начало внедрения гетеро­динного метода радиоприема
М.А. Бонч- Бруевич и др. (СССР), 1934	Разработка первой в мире радиолока­ционной станции (РЛС)	Коллективом инженеров во главе с М.А. Бонч- Бруевичем была создана первая РЛС, работаю­щая в непрерывном режиме	Начало практиче­ских работ по раз­работке принци­пов и техники ра­диолокации	В период 1937- 1938 гг в США, Англии и СССР были созданы импульсные РЛС
Дж. Бардин, У. Браттейн (США), 1948	Изобретение тран­зистора	Соединение кристаллов германия, обладающих электронной п- и «ды­рочной» р-полупрово- димостями, в структуру р-п-р или n-p-п позволи­ло создать схемы управ­ления электрическими токами в относительно мощных цепях с помо­щью слабых токов в	Расширение гра­ниц применений, повышение на­дежности и эко­номичности ра­диоэлектронной аппаратуры, зна­чительное умень­шение ее габари­тов

 

Колебания электронов в антенне создаются источником периоди­чески изменяющейся ЭДС с периодом Т. Если в некоторый момент поле у антенны имело максимальное значение, то такое же значение оно будет иметь спустя время Т. За это время существовавшее в на­чальный момент у антенны электромагнитное поле переместится на расстояние X = VT.

Минимальное расстояние между двумя точками пространства, по­ле в которых имеет одинаковое значение, называется длиной волны. Длина волны X зависит от скорости ее распространения и периода колебаний электронов в антенне. Так как частота токаf = 1/T, то дли­на волны X = V/f.

В табл. 1.1 сделана попытка систематизировать сведения о глав­ных событиях в области радиотехники, начиная с опытов Генриха Герца.

3.2.Особенности распространения и использования радиоволн различных видов

3.2.1. Виды радиоволн. В соответствии с Регламентом радиосвязи ра­диоспектр подразделяется на девять диапазонов. Разделение радио­волн на диапазоны в первую очередь связано с особенностями их распространения и использования. Принятая в настоящее время классификация видов радиоволн приведена в табл. 1.2.

Наряду с перечисленными названиями и обозначениями пользу­ются другими условными названиями для полос частот, выделяемых для тех или иных частных применений: сверхдлинные волны (СДВ), длинные (ДВ), средние (СВ), короткие (KB), ультракороткие (УКВ). Со­ответствующие сокращенные обозначения можно видеть на шкалах настройки радиовещательных приемников. Сверхдлинные волны в целом соответствуют мириаметровым, длинные - километровым, средние - гектометровым, короткие - метровым, а ультракороткие волны объединяют диапазон с номерами 8-12. Иногда к УКВ относят и дециметровые волны. В данном учебнике используются и эти на­звания диапазонов.

 

Таблица 1.2.Классификация видов радиоволн

 

Номер полосы частотного спектра	Метрическое наименование	Диапазон длин	Диапазон частот
4	Мириаметровые	100...10 км	3...30 кГц
5	Километровые	10...1 км	30...300 кГц
6	Гектометровые	1 ...0,1 км	300...3000 кГц
7	Декаметровые	100...Юм	3...30 МГц
8	Метровые	10...1 м	30...300 МГц
9	Дециметровые	1..Д1 м	300...3000 МГц
10	Сантиметровые	1...10 см	3...30 ГГц
11	Миллиметровые	1...10 мм	30...300 ГГц
12	Децимиллиметровые	0,1... 1 мм	300...3000 ГГц

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2.2.      Общие свойства радиоволн

Распространение радиоволн в зем­ном пространстве зависит от свойств поверхности земли и свойств атмосферы. Условия распространения радиоволн вдоль поверхности земли в значительной мере зависят от рельефа местности, электри­ческих параметров земной поверхности и длины волны. Подобно дру­гим волнам радиоволнам свойственна дифракция, т.е. явление оги­бания препятствий. Наиболее сильно дифракция сказывается в слу­чае, когда геометрические размеры препятствий соизмеримы с дли­ной волны. Радиоволны, распространяющиеся у поверхности земли и частично за счет дифракции огибающие выпуклость земного шара, называются земными, или поверхностными радиоволнами.

Атмосферу земли нельзя считать однородной средой. Давление, плотность, влажность, диэлектрическая проницаемость и другие па­раметры в разных объемах воздушного слоя имеют различные значе­ния. По этим причинам скорости распространения в различных объе­мах неодинаковы и зависят от длины волны. Траектория радиоволн в атмосфере искривляется. Явление искривления или преломления волн при распространении их в неоднородной среде получило назва­ние рефракции. Радиоволны, распространяющиеся на большой высо­те в атмосфере и возвращающиеся на землю вследствие искривле­ния траектории, рассеяния или отражения от атмосферных неодно-родностей, называются пространственными, или ионосферными. В точку приема могут приходить как пространственная, так и земная волны от одного и того же источника. Если фазы колебаний этих волн совпадают, то амплитуда суммарного поля возрастает, и наоборот - при сдвиге фазы волн на 180° суммарное поле ослабляется и может стать равным нулю. Указанное явление называется интерференцией.

 

3.2.3.Влияние земли и атмосферы на распространение радиоволн

Как известно, воздух не вызывает ослабления радиоволн практически во всех диапазонах частот и, казалось бы, поэтому земная волна должна распространяться без поглощения. Однако это верно лишь в том случае, если земная волна проходит высоко над поверхностью земли. Если же радиоволны проходят вблизи от поверхности земли, то часть энергии волны отклоняется в землю.

Если бы земная поверхность была идеально проводящей, радио­волны отражались бы от нее без потерь, т.е. земля в этом случае бы­ла бы экраном, препятствующим прохождению волн в глубь почвы. В реальных условиях земля не является ни идеальным проводником, ни идеальным изолятором. Радиоволны, попавшие в землю, возбуж­дают в ней переменные электрические токи, которые часть своей энергии расходуют на нагрев почвы. Величина потерь энергии в зем­ле очень сильно зависит от частоты радиоволн и сопротивления поч­вы электрическому току.. Поэтому дальность распространения поверхност­ных радиоволн очень быстро уменьшается с увеличением частоты.

Еще изо­бретатель радио А.С. Попов заметил, что над поверхностью моря дальность радиосвязи увеличивается по сравнению с дальностью связи над сушей. Кроме того, с ростом частоты ухудшаются условия огибания (дифракции) радиоволнами препятствий.

Вышеперечисленные факторы ограничивают возможности исполь­зования поверхностной волны диапазонами сравнительно длинных волн (мириаметровые, километровые, гектометровые и частично декаметровые).

 

 

 

Рис.9. Ионизированные слои ионосферы

 

Атмосферой называется газообразная оболочка Земли, прости­рающаяся на высоту более 1000 км. Атмосферу подразделяют на три основные сферы (слоя): тропосферу - приземный слой атмосферы, верхний слой которой лежит на высоте 10... 14 км; стратосферу - слой атмосферы до высот 60...80 км; ионосферу - ионизированный воз­душный слой малой плотности над стратосферой, переходящий за­тем в радиационные пояса Земли. На высотах в сотни километров различные газы, составляющие воздух, располагаются слоями, более тяжелые - ниже, более легкие - выше. Под влиянием лучей Солнца, космических лучей и других факто­ров воздух ионизируется, т.е. часть атомов газов, входящих в состав воздуха, распадается на свободные электроны и положительные ионы. Ионизированный воздух оказывает сильное влияние на распро­странение радиоволн.

Ионизированный слой атмосферы - ионосфера - состоит из нескольких слоев (рис. 9.). На высоте 60...80 км находится слой D, существующий только днем. Следующий слой Е располагается на высоте 90... 130 км. Еще выше находится слой F, имеющий ночью вы­соту 250...350 км, а днем разделяющийся на два слоя: F₁ - на высоте 180...220 км иF₂ - на высоте 220...500 км.

Высота, толщина и проводимость ионизированных слоев различйы в разное время суток и года вследствие изменения ионизирующего действия солнечных лучей. Чем больше ионизирующее действие солнечных лучей, тем больше проводимость и толщина ионизирован­ных слоев и тем ниже они располагаются. Днем проводимость и тол­щина их больше, а высота над землей меньше, чем ночью. Летом проводимость и толщина ионосферных слоев больше, а высота меньше, чем зимой. Через каждые 11 лет на Солнце повторяется максимум солнечных пятен, являющихся мощными источниками ио­низирующих излучений. В это время проводимость и толщина иони­зированных слоев

достигают максимума, и они располагаются ниже. Таким образом, свойства земной атмосферы, влияющие на распро­странение радиоволн, изменяются по довольно сложным законам..

Ионосфера оказывает существенное влияние на распространение радиоволн. Оно заключается прежде всего в том, что радиоволны, попадая в ионосферу, изменяют свое направление.. Так как в ио­носфере имеются свободные электроны, ее относительная диэлек­трическая проницаемость меньше диэлектрической проницаемости неионизированного воздуха. Вследствие этого при переходе из воз­духа в ионосферу происходит преломление волны, а поскольку кон­центрация электронов в верхних слоях ионосферы возрастает, то волна, многократно преломляясь, возвращается на землю.

Кроме изменения направления распространения радиоволн в ио­носфере происходит поглощение их энергии. Объясняется это тем, что радиоволны, попадая в ионосферу, вызывают колебания находя­щихся там свободных электронов. Совершая колебательное движе­ние, электроны сталкиваются с тяжелыми частицами - ионами и мо­лекулами. При этом они теряют энергию, приобретенную от радио­волны, и передают ее указанным частицам; ионосфера нагревается. Таким образом, часть энергии радиоволны в ионосфере теряется. Чем выше частота радиоволн, тем меньше скорость колебательного движения электронов.. Поэтому с повышением частоты потери энергии радиоволны в ионосфере уменьшаются.

Подводя итоги вышесказанному, можно отметить следующее:

-   из-за неоднородностей ионосферы радиоволны преломляются в ней и отражаются на землю;

-  с ростом частоты отражательная способность уменьшается;

-  с ростом частоты уменьшается поглощение волн в ионосфере;

-  состояние ионосферы и связанные с ним условия распростране­ния имеют периодические и непериодические изменения.

 

3.2.4.      Распространение мириаметровых и километровых волн (сверх­длинных и длинных).

Отличительной особенностью волн 4-го и 5-го диапазонов (см. табл. 1.2) является их способность хорошо огибать землю. Поэтому напряженность поля земной волны значительна на расстояниях 1500...2000 км от источника электромагнитных волн. Однако практическая возможность держать на этих волнах связь на расстоянии до 20 000 км не может быть объяснена только дифракци­ей. Не только слой Е, но в дневные часы даже слойD имеет такую плотность ионизации, при которой радиоволны этих диапазонов спо­собны отражаться при любом угле возвышения, в том числе и при вертикальном.

-        Отраженная этими слоями пространственная волна частично по­глощается землей, а частично отражается от нее, вновь достигая ио­низированных слоев. Такое отражение может быть многократным. Учитывая, что при отражении от ионосферы волны сильно поглоща­ются, для обеспечения связи требуются передатчики большой мощ­ности. Кроме того, недостатками этого диапазона волн являются не­обходимость строить антенны высотой в несколько сотен метров, большой уровень атмосферных помех и невозможность размещения в этих диапазонах большого числа каналов связи.

-        Условия распространения в диапазонах мириаметровых и кило­метровых волн характеризуются стабильностью. Поэтому в этих диапазонах волн созданы очень мощные радиостанции для глобальной (всемирной) радиосвязи. Такие системы имеют важное стратегическое значение и обеспечивают бесперебойную радиосвязь с объектами, находящимися на любом удалении от радиопередатчика (в том числе с подводными лодками в погруженном состоянии). В этом же диапазоне создана служба передачи точных частот, необ­ходимая для систем связи во всех диапазонах частот, а также для систем радионавигации, службы времени и других научно-исследовательских и хозяйственных целей. В диапазоне километровых волн ведется также радиовещание с амплитудной модуляцией.

 

3.2.5.      Распространение гектометровых (средних) волн.

Гектометровые волны могут быть как поверхностными, так и пространственными. Для этого диапазона волн характерны ограниченная дальность рас­пространения в дневные часы и увеличение дальности в ночное вре­мя. В дневные часы пространственные волны практически от­сутствуют. В слоеD эти волны испытывают незначительные погло­щение и преломление. Но попав в слой Е с большей степенью иони­зации, они испытывают такое сильное поглощение, что на землю пой­ти не возвращаются. Поэтому днем связь на средних волнах осуще­ствляется только поверхностной волной. Практически дальность дей­ствия поверхностных волн ограничивается расстоянием 1000... 1500 км.

Вечером и ночью поглощение ионосферой уменьшается. Про­странственная волна отражается от слоя Е и мало поглощается им.

Рис. 10. Распространение гектометровых волн

 

Напряженность поля в пункте приема является результатом интер­ференции земной и пространственной волн. Участие ионосферы в распространении средних волн в ночное время сопровождается не­которыми особенностями. Первой из таких особенностей следует счи­тать замирания (уменьшения) амплитуды сигнала в точке приема. Предположим, что в пункте А (рис. 10.) находится передатчик, а в пункте Б ведется прием. Если днем в пункт Б доходят только земные волны, то ночью туда же могут попадать и волны, отраженные ионо­сферой.

Вторым неизбежным следствием влияния ионосферы на распро­странение СВ оказывается изменение сигнала в точке приема в тече­ние суток. На очень близких расстояниях от передатчика, где основ­ным является поле земных волн, принимаемый сигнал практически не меняется в течение суток. На средних расстояниях, куда земные вол­ны доходят с большим ослаблением, днем прием может быть плохой, а ночью, когда главенствует поле ионосферных волн, он улучшается, но сопровождается замираниями. На больших же расстояниях, куда земные волны практически не доходят, прием возможен лишь в тем­ное время за счет ионосферных волн.

Бороться с замираниями довольно трудно. Наиболее эффектив­ным средством является прием на 2-3 антенны, находящиеся на рас­стоянии 200-300 м друг от друга. Антенны соединяются линиями с приемником, имеющим отдельные усилители высокой частоты и де­текторы для каждой антенны, но общий усилитель низкой частоты. Этот метод основан на том, что замирание не происходит одновре­менно в разных местах. В то время как в одной антенне сигнал уменьшается, в другой - он увеличивается и, таким образом, сигнал на выходе приемника мало изменяется. Некоторое уменьшение коле­баний слышимости дают также автоматические регуляторы усиления.

К недостаткам этого диапазона волн следует также отнести боль­шой уровень атмосферных и промышленных помех.

В диапазоне гектометровых волн появилось и стало основным способом радиовещательной передачи синхронное радиовещание позволяющее значительно улучшить технико-экономические характеристики сети радиовещания при одновременном по­вышении качества радиоприема. Диапазон гектометровых волн во многих странах является основным для организации радиовещания.

 

3.2.6.      Распространение декаметровых (коротких) волн

При распро­странении декаметровых волн энергия поверхностной волны сильно поглощается земной поверхностью, особенно над пересеченной ме­стностью. Явление дифракции на коротких волнах не играет заметной роли, поскольку эти волны поглощаются обычно раньше, чем станет ощутимой кривизна земли. Величина напряженности поля поверхно­стной волны в пункте приема зависит от направленности передающей антенны. На более коротких волнах этого диапазона сказывается также высота подъема передающей и приемной антенн над землей. Дальность распространения поверхностной волны обычно не превы­шает десятков километров, особенно для верхней половины диапазо­на (50...10 м).

Рис.11. Распространение декаметровых волн:

а - при одном скачке; б- при двух скачках

 

Радиосвязь на коротких волнах (KB) ионосферными лучами явля­ется экономичным способом дальней связи. В нормальных условиях состояния ионосферы для отражения лучей KBосновной оказываетсяобластьF,а нижележащие области Е иDсоздают вредное поглоще­ние энергии КВ. Такое прохождение KBизображено на рис. 3., а, а на рис. 3., 6 показана возможность увеличения дальности коротковол­новой связи путем двух «скачков», т.е. двукратного отражения от ио­носферы. Дальность такой связи определяется углом, под которым волны падают на границу ионосферы (и отражаются от нее): чем больше угол падения, тем больше дальность скачка.

Экономичность связи достигается благодаря тому, что при пра­вильном выборе длины волны поглощение энергии в ионосфере на KB незначительно (гораздо меньше, чем на СВ), поэтому в пунктах возвращения отраженных волн к Земле напряженность их поля может оказаться достаточной для приема даже при сравнительно неболь­шой мощности передатчика.

Для того чтобы пояснить смысл выбора выгодной части KBдиапа­зона, рассмотрим рис. 4. Здесь изображены лучи распространения короткой волны, частота которой выше так называемой критической частоты слояF ионосферы. Угол 0, образованный лучом волн и каса­тельной прямой к поверхности Земли в пункте излучения, называется углом возвышения.

При крутом падении 0 ≈90° волны проходят сквозь ионосферу в космос. При некотором угле 0_кр (критический угол для данной сте­пени ионизации слоя и данной частоты) происходит полное внутрен­нее отражение и луч направляется в ионосфере параллельно земной поверхности. При углах, меньших критического, лучи возвращаются к Земле, и тем дальше от пункта излучения, чем меньше угол 0. При излучении касательно к Земле достигается наибольшая дальность скачка, составляющая приблизительно 4000 км. Необходимая даль­ность связи определяет тот угол 0, под которым антенна должна из­лучать максимум энергии. Зная высоту отражающего слоя, Легко оп­ределить этот угол простым геометрическим построением. Для того чтобы получить в намеченном пункте приема достаточную напряжен­ность поля ионосферных KB, нужно выполнить следующие два условия прохождения этих волн: во-первых, выбрать такую частоту, кото­рая была бы ниже максимального значения, еще отражаемого слоем при требуемом угле возвышения; во-вторых, необходимо, чтобы энер­гия волн этой частоты не поглощалась чрезмерно при двукратном прохождении (вверх и вниз) через области Е иD (поглощение умень­шается с ростом частоты).

Рис.12. К выбору рабочих частот диапазона декаметровых волн

 

Днем для дальних связей применяются наиболее короткие волны этого диапазона (примерно от 10 до 25 м); такие волны при малом угле возвышения способны отражаться от слоя F. Конечно, более длинные волны и подавно стали бы отражаться, но при высокой дневной ионизации в областях Е иD потери в них были бы слишком большими и потребовалось бы невыгодное увеличение мощности пе­редатчиков.

Ночью для дальних связей используется нижняя часть KB диапа­зона (приблизительно от 35 до 100 м), так как при уменьшении иони­зации слоя F более короткие волны от него не отразились бы даже при пологом падении. Потери же в нижних слоях ионосферы ночью не столь опасны, ибо областьD отсутствует, а ионизация области Есильно уменьшается.

Волны, занимающие участок между дневными и ночными (пример­но от 25 до 35 м), успешно применяются для связи в часы восхода и захода Солнца. Конечно, точное разграничение этих трех участков KB диапазона невозможно, так как их границы зависят от сезона (лето - зима) и от фазы 11-летнего периода солнечной активности.

К недостаткам диапазона декаметровых волн относится наличие замираний и образование зоны молчания. Рис. 12 поясняет образо­вание зоны молчания. Поверхностный луч не удается принять в этой зоне, потому что он оказывается сильно ослабленным. Пространст­венный луч не может быть направлен в зону молчания, так как для этого его надо послать под большим углом к земле, но тогда луч про­нижет атмосферу и уйдет в космическое пространство. Ширина зоны молчания зависит от времени суток и длины волны: чем короче длина волны, тем шире зона молчания.

   Другое явление, играющее существенную роль при организации радиосвязи на декаметровых волнах, - замирание.

Рис.13. Образование зоны молчания

 

В отличие от за­мираний на гектометровых волнах, которые происходят главным об­разом вследствие интерференции поверхностных и пространствен­ных лучей, замирания на коротких волнах обусловлены в основном интерференцией двух или нескольких пространственных лучей, при­шедших в пункт приема различными путями. Объясняется это тем, что передающая антенна излучает волны не в единственном направ­лении, а в пределах более или менее широкого угла.

В пунктах приема обнаруживаются лучи, которые распространяют­ся путем однократных или многократных отражений от ионосферы.

Многолучевое распространение является также причиной возник­новения эха, когда из-за разности хода в точку приема приходят лучи с запозданием на 0,2... 1,0 мс. Такой вид искажений получил название ближнего эха. Иногда радиосигналы за счет многократных отражений обегают вокруг Земли, вызывая кругосветное эхо.

Несмотря на перечисленные недостатки и на интенсивное разви­тие связи в других диапазонах волн, в частности с использованием искусственных спутников Земли, значение связи в декаметровом диа­пазоне велико. Декаметровые волны позволяют при сравнительно небольшой мощности передатчиков осуществлять связь на большие расстояния. Поэтому связь на гектометровых волнах остается пока основным видом межконтинентальной связи, являясь важнейшим звеном глобальной связи. По этим же причинам данный диапазон частот широко используется для радиовещания на труднодоступные районы страны и вещания на другие страны.

 

3.2.7.      Распространение волн короче 10 м

Волны короче 10 м в соот­ветствии с табл. 1.2 разбиты на пять диапазонов, которые часто на­зывают диапазонами ультракоротких волн (УКВ). В течение многих лет использование УКВ ограничивалось требованием прямой види­мости между антеннами передатчика и приемника, которое вытекает из прямолинейности распространения этих волн. Действительно, ди­фракция практически не свойственна УКВ, и они не могут огибать вы­пуклости земной поверхности. Степень же ионизации ионосферы не­достаточна для отражения этих радиоволн.

Дальность распространения на расстояние прямой видимости со­ставляет:

где h₁ и h₂- высоты расположения передающей и приемной антенн (м).

Таким образом, если поднять антенны на высоту 25 м, то расстоя­ние прямой видимости составит 36 км. Для осуществления связи на большие расстояния необходимо между пунктами связи устанавли­вать промежуточные станции (ретрансляторы), либо поднимать ан­тенны на большие высоты. Первый принцип используется в радиоре­лейных системах передачи, где промежуточные станции располага­ются на расстоянии 50...70 км. Для увеличения зоны обслуживания телевизионного вещания используются антенны, расположенные на башнях большой высоты. Так, высота Останкинской телевизионной башни составляет 525 м.а высота Ташкентской телебашни 375 м.

Связь в пределах прямой видимости характеризуется возможно­стью одновременного прихода в точку приема не только прямой вол­ны, но и волны, отраженной от земной поверхности. Эффект интер­ференции может привести к резкому снижению напряженности поля в точке приема. Однако в отличие от диапазонов гектометровых и де­каметровых волн, интерференционные явления здесь могут быть сведены до минимума оптимальным подбором высот антенн, рас­стояния между ними и длины волны.

Диапазон УКВ является, пожалуй, наиболее широко используемым участком радиодиапазона. Диапазон УКВ позволяет одновременно передавать большое число телевизионных программ, организовать тысячи телефонных каналов и цифровых систем связи. Диапазон широко используется для радиолокации, радионавигации, связи с искусственными спутни­ками, звукового и телевизионного вещания и в радиоастрономии. Диапазон метровых и дециметровых волн используется в основном для телевидения, радиовещания и радиосвязи с подвижными объек­тами. Диапазон сантиметровых волн отведен для различных видов многоканальной связи.

На практике наблюдаются случаи дальнего распространения метровых и более коротких волн. Искривление траек­тории радиолуча вследствие рефракции увеличивается, становится возможным распространение радиоволн параллельно земной по­верхности или даже попадание их после преломления на поверх­ность земли (явление сверхфракции). Падающие на землю волны отражаются, распространяются вверх, опять преломляются и т.д. Это создает возможность приема телевизионных программ из других городов и даже стран.

Известно, что в тропосфере постоянно присутствуют малые слу­чайные колебания температуры и влажности. Коэффициент прелом­ления воздуха зависит от этих величин, поэтому радиоволны рассеи­ваются неоднородностями ионосферы. Это рассеянное поле наблю­дается далеко за горизонтом. Существенно, что, несмотря на малое значение напряженности поля и его флуктуации, в среднем напря­женность поля за горизонтом отличается большим постоянством. Яв­ление рассеяния волн тропосферными неоднородностями называют дальним тропосферным распространением радиоволн.

Однако создание линии тропосферной связи значительно более сложная задача, нежели линии декаметрового диапазона, поскольку напряженность поля отраженных от тропосферы волн уменьшается с расстоянием очень быстро. Поэтому требуются значительные мощ­ности передатчиков (от 1 до 50 кВт), антенны высокой направленно­сти и высокочувствительные приемники.

Для линий тропосферного рассеяния могут быть использованы диапазоны метровых, дециметровых и часть сантиметровых волн.

Несомненное достоинство тропосферных линий связи - возмож­ность передачи по ним широкополосных сигналов, т.е. организация многоканальных систем связи. Кроме того, эта связь не требует сме­ны длины волны в течение суток. Тропосферные линии связи успеш­но конкурируют в труднодоступной местности с кабельными линиями. Тропосферные станции могут образовывать радиорелейные системы передачи с интервалом между станциями до 300...500 км.

Дальнее распространение волн УКВ диапазона возможно также за счет их рассеяния на неоднородностях ионосферы. Здесь рассеяние происходит в слоеD или в нижней части слоя Е за счет неоднородно­сти электронной концентрации. Наибольшая неоднородность поля наблюдается в диапазоне 30...60 МГц при длине трассы 800...2000 км. Для ионосферных линий связи характерны замирания, сезонные и суточные изменения уровня.

Преимуществом связи на метровых волнах за счет ионосферного рассеяния является возможность работы круглосуточно на одной час­тоте. Ионосферное рассеяние целесообразно использовать для связи с труднодоступными районами. В периоды ионосферных возмущений, особенно характерных для арктических широт, когда связь в диапазо­не декаметровых волн с отражением от слояF₂ прекращается, неод­нородности в нижних областях ионосферы возрастают и ионосфер­ная связь даже улучшается.

 

3.3.Антенно-фидерные устройства

3.3.1. Общие принципы построения антенн

Антенна является необ­ходимым элементом любого радиопередающего и радиоприемного устройства. Антенна радиопередатчика (передающая антенна) пред­назначена для преобразования тока высокой частоты в энергию излу­чаемых ею электромагнитных волн. Антенна радиоприемника (прием­ная антенна) предназначена для преобразования принятых ею элек­тромагнитных волн в энергию тока высокой частоты.. Обратимость антенн находит выражение не только в принципиальной возможности использования одной и той же антенны в качестве передающей или приемной, но и в том, что основные параметры антенны сохраняются при использова­нии ее как для передачи, так и для приема. Это имеет большое прак­тическое значение. Так, многие передвижные радиостанции, предна­значенные для связи, имеют общую антенну для передачи и для приема.

Рис.14. Симметричные антенны

 

Электрическая цепь и вспомогательные устройства, с помощью которых энергия радиочастотного канала подводится от радиопере­датчика к антенне или от антенны к радиоприемнику, называется фи­дером. Конструкция фидера зависит от диапазона передаваемых по нему частот. При передаче электромагнитной энергии по линии стре­мятся уменьшить излучение самой линии.

Для этого провода линии располагают параллельно и по возмож­ности ближе друг к другу. При этом поля двух одинаковых по значе­нию, но противоположно направленных токов взаимно компенсируют­ся и излучения энергии в окружающее пространство не происходит. При создании антенны ставится противоположная задача: получение возможно большего излучения. Для этого можно использовать те же длинные линии, устранив одну из причин, лишающих фидер излу­чающих свойств. Можно, например, раздвинуть провода линии на не­который угол, в результате чего их поля не будут компенсировать друг друга. На этом основана работа V-образных и ромбических ан­тенн, излучающие провода которых расположены под острым углом один к другому (Рис. 14, а, б), и симметричного вибратора, полу­чающегося при разведении проводов на 180° (см. Рис. 14, в).

Рис.15. Несимметричные антенны

 

 

Компенсирующее действие одного из проводов фидера можно устранить, исключив его из системы. Это приводит к по­лучению несимметричного виб­ратора (Рис. 15, а). Все антен­ны, использующие этот принцип работы, относятся к классу не­симметричных антенн. К ним также принадлежат Г-образные и Т-образные антенны (см. Рис. 15, б, в).

 

 

Рис.16. Синфазные (а,б) и противофазные (в-д) антенны

 

Фидер излучает, если соседние участки его двух проводов обтека­ются токами, совпадающими по фазе, поля которых усиливают друг друга. Для этого необходимо создать фазовый сдвиг в половину дли­ны волны, например за счет неизлучающего шлейфа (Рис. 16, а). На таком же принципе основаны синфазные антенны, получившие широ­кое распространение (см. Рис. 16, 6).

Остановимся на работе симметричного вибратора как излучателя, ко­торый входит в состав многих антенн. Симметричный вибратор можно представить как длинную линию, разомкнутую на конце, провода которой развернуты на 180°. Каждый элемент данной линии обладает опреде­ленной индуктивностью и емкостью между проводами (рис. 9.).

Рис.17. Симметричный вибратор и его эквивалентная схема

 

Если длина вибратора равна половине длине волны то такой симметричный вибратор называют  полуволновым, чем подчеркивается, что он вдвое короче длины волны собст­венных колебаний.

Если полуволновый вибратор расположить вертикально, его раз­мер можно уменьшить вдвое благодаря проводящим свойствам зем­ли. При вертикальном расположении нижний конец антенны подклю­чается к одному из зажимов генератора электромагнитных колебаний (Рис. 18, а), второй зажим генератора при этом заземляется. Если предположить, что земля является идеальным проводником, то в ней наводиться ЭДС, которая действует как зеркальное изображение ос­новного вибратора Такая антенна называется вер­тикальной несимметричной антенной, ее высота приблизительно равна λ/4. Все сказанное справедливо только в том случае, когда земля представляет собой идеальный проводник. Когда же земля обладает плохими проводящими свойствами, характер распределения тока в земной поверхности изменяется. Особенно большое значение имеет сопротивление земли вблизи основания антенны. Для улучше­ния проводимости этого участка применяют металлизацию земли: закапывают в землю металлические листы, провода; улучшают хими­ческий состав почвы, пропитывая ее различными солями.

Рис.18. Четвертьволновый вибратор

 

 

3.3.2.Основные характеристики и параметры антенн

Излучаемая мощность (Р_и) - мощность электромагнитных волн, излучаемых ан­тенной в свободное пространство. Это активная мощность, так как она рассеивается в пространстве, окружающем антенну. Следова­тельно, излучаемую мощность можно выразить через активное со­противление, называемое сопротивлением излучения R_и:R_и=P_и/ I_а² , где I_а - эффективный ток на входе антенны.

Сопротивление излучения характеризует способность антенны к излучению электромагнитной энергии и качество антенны в большей степени, чем излучаемая ею мощность, поскольку последняя зависит не только от свойств антенны, но и от создаваемого в ней тока.

Мощность потерь(Р_п) - мощность, бесполезно теряемая пере­датчиком во время прохождения тока по проводам антенны, в земле и предметах, расположенных вблизи антенны. Эта мощность также является активной и может быть выражена через активное сопротивление, называемое сопротивлением потерь: R_п=P_п / I_а²

   Мощность в антенне (Р_а) - мощность, подводимая к антенне от передатчика. Эту мощность можно представить в виде суммы излу­чаемой мощности и мощности потерь:

Р_а = Р_и + Р_п.

Коэффициент полезного действия (КПД) антенныη - отношение излучаемой мощности к мощности, подводимой к антенне:

Направленность антенны - способность излучать электромагнит­ные волны в Определенных направлениях. Об этом свойстве антенны судят по диаграмме направленности, которая графически показывает зависимость напряженности поля или излучаемой мощности от на­правления. Обычно пользуются нормированными диаграммами на­правленности, где величины, характеризующие напряженность поля или мощность излучения, выражены не в абсолютных значениях, а отнесены к максимальному значению. В целях упрощения исполь­зует не пространственную диаграмму направленности, а ограничи­ваются диаграммами направленности в двух плоскостях: горизон­тальной и вертикальной.

HaРис. 19, а показана диаграмма направленности симметрично­го вертикального вибратора в горизонтальной плоскости, а наРис. 11., б и в - в вертикальной плоскости в полярной и прямоуголь­ной системах координат соответственно.

Рис.19. Диаграмма направленности симметричного вертикального вибратора

 

Шириной диаграммы направленности называют угол 2θ (см. Рис. 19., б, в), в пределах которого мощность излучения уменьшает­ся не более чем в 2 раза по сравнению с мощностью в направлении максимального излучения. Так как мощность пропорциональна квад­рату напряженности поля, то границы угла раствора диаграммы

на­правленности определяются величиной от напряженно­сти поля в направлении максимального излучения.

Коэффициентом направленного действия (D) называется отно­шение плотности потока мощности, излучаемой данной антенной в определенном направлении, к плотности потока мощности, которая излучалась бы абсолютно ненаправленной антенной в любом на­правлении при условии равенства общей излучаемой мощности в обеих антеннах. Наибольший интерес представляет коэффициент направленного действия в направлении максимального излучения.

Коэффициентом усиления антенны (G_a) называется произведе­ние коэффициента направленного действия антенны на ее КПД: G_a =Dη. Этот коэффициент дает полную характеристику антенны: он учитывает, с одной стороны, концентрацию энергии в определенном направлении благодаря направленным свойствам антенны, а с дру­гой - уменьшение излучения вследствие потерь мощности в антенне.

3.3.3.Антенны километровых и гектометровых волн

Километровые и гектометровые волны (длинные и средние) используются для ра­диосвязи, радиовещания, навигации и других целей.

На длинных и средних волнах земная поверхность имеет обычно хорошую проводимость. У поверхности же хорошего проводника электрическое поле может быть направлено только перпендикулярно его поверхности. Поэтому как передающие, так и приемные антенны для этих волн должны обладать развитой вертикальной частью. Для того чтобы антенна была резонансной и имела достаточно большие сопротивление излучения и КПД, ее размеры должны приближаться,по крайней мере, к 0,25λ, т.е. на ДВ высота ее должна быть равна не­скольким сотням метров. Практически удается построить антенны (мачты) высотой не более 200...300 м. Поэтому на волнах длиннее 1000 м, как правило, приходится работать с антеннами длиной меньше резонансной. Вследствие этого входное сопротивление антенны имеет реактивную составляющую емкостного характера, для компенсации которой последовательно с антенной приходится включать катушку индуктивности (Рис. 20, а). Эти катушки часто называют удлинитель­ными.

На СВ при работе антенны в широком диапазоне частот может оказаться, что частота подводимых к ней колебаний ниже резонанс­ной. В этом случае реактивная составляющая ее входного сопротив­ления имеет индуктивный характер, и для настройки антенны прихо­дится применять конденсатор, который принято называть укорачи­вающим. В общем случае цепь настройки диапазонной антенны должна содержать как емкость, так и индуктивность.

 

 

Рис.20. Антенны длинных и средних волн:

А- заземленный вибратор с удлинительной катушкой; б – Г-образная антенна; и- распределение тока в антенне с катушкой; г – распределение тока в Г-образной антенне; д – Т – образная антенна; е – зонтичная антенна

 

Применение элементов настройки не изменяет сопротивления из­лучения антенны, которое определяется только ее электрической длиной, и поэтому при работе с короткими антеннами сопротивление излучения всегда невелико. Такая Г-образная антенна излучает лучше, чем прямая антенна с удлинительной катушкой, но она требует уста­новки второй мачты (см. Рис. 20, 6). Если высота подвеса Г-образ- ной антенны невелика, то горизонтальная часть ее практически не излучает, так как она образует со своим зеркальным изображением двухпроводную линию. Однако при этом распределение тока в излу­чающей вертикальной части существенно улучшается.

Увеличить амплитуду тока на конце антенны можно также, создав дополнительную горизонтальную часть в виде двух горизонтальных лучей (Т-образная антенна на рис. 20, д) или в виде многих лучей (зонтичная антенна на Рис. 20, е). Во всех случаях горизонтальные элементы образуют с землей некоторую емкость. Благодаря этому амплитуда тока на конце вертикальной части антенны уже не равна нулю, и распределение тока вдоль нее становится более равномер­ным. Площадь тока, а следовательно, и действующая высота антен­ны увеличиваются.

Конструктивно антенны ДВ и СВ очень часто выполняются в виде установленных на изоляторы стальных свободно стоящих антенн- башен (Рис. 21, а) и антенн-мачт (см. Рис. 21, б). Ток от передатчи­ка подводится к нижнему концу башни или мачты, которая является непосредственным излучателем энергии. Для радиовещания приме­няются антенны высотой 75...300 м. Для увеличения емкости антенны на вершине башни или мачты устанавливается емкостная шапка из металлических трубок.

Недостатком передающих антенн-мачт и антенн-башен, имеющих высоту до 300 м и более, является их высокая стоимость. Кроме того, во многих случаях применение высоких антенн недопустимо вследст­вие близости радиоцентров к аэропортам. Во всяком случае все ан­тенны этого типа оборудуются системой светового ограждения мачт.

На средних волнах на расстояниях 100...300 км поля поверхност­ной и пространственной волн могут оказаться соизмеримыми по ам­плитуде и случайными по фазе.

Рис.21. Антенна – башня (а) и антенна мачта (б):

1-      Опорный изолятор; 2 – емкостная шапка; 3 – световое ограждение мачты; 4 - изоляторы

 

Здесь наблюдаются замирания (фе­динги) селективного характера. В рабочей полосе отдельные частоты замирают по-разному, вызывая искажения передаваемого сигнала. Чтобы отодвинуть дальше от передающей станции зону, подвержен­ную замираниям, необходимо на передаче применять антенны со специальной формой диаграммы направленности в вертикальной плоскости. Эти антенны должны иметь максимум излучения, направ­ленного вдоль поверхности земли, и малое излучение под углом бо­лее 55°. Антенны с подобной диаграммой направленности называют­ся антифединговыми. Такими, например, являются несимметричные вертикальные вибраторы высотой (0,53...0,6)λ.

В отличие от передающих, приемные антенны, как правило, не на­страиваются на частоту принимаемых радиостанций. Для вещатель­ного приема часто используют вертикальные Г-, Т-образные и зонтич­ные антенны.

 

3.3.4.Антенны декаметровых волн

Чем короче волна, тем больше разнообразие используемых типов антенн. Для KB проводимость поч­вы ухудшается, и вследствие этого возрастают потери в заземлении. Поэтому на этих волнах обычно избегают использования заземлен­ных вибраторов. В диапазоне декаметровых (коротких) волн (10... 100 м) отношение длины антенны к длине волны может быть получено достаточно большим. Поэтому обеспечение большого сопротивления излучения и высокого КПД не вызывает затруднений. Более актуальным при по­строении коротковолновых антенн является вопрос о диаграмме на­правленности, к которой предъявляются следующие требования:

1.   Она должна быть по возможности неизменной во всем диапазо­не волн, в котором поддерживается связь в течение длительного времени. Это требование вызвано тем, что по условиям распростра­нения приходится производить смену волн даже в течение одних су­ток связи. Антенны, имеющие неизменные диаграммы направленно­сти в широком диапазоне частот, называются диапазонными, в отли­чие от настроенных.

2.   Направление максимального излучения и приема должно быть таким, чтобы число отраженных волн от ионосферы и земли было минимальным, так как каждый скачок волны сопровождается потеря­ми энергии. Поэтому угол возвышения луча следует уменьшать по мере удлинения линии связи. Например, для линий протяженностью 600 км рекомендуется выбирать угол 30...45°, а для линий длиной 3000 км-10...25°.

3.   В связи с неустойчивостью состояния ионосферы направленное действие антенны не должно быть чрезмерно большим во избежание того, что излучаемая волна окажется вне сферы действия приемной антенны. Поэтому ширину угла диаграммы направленности коротко­волновой антенны в вертикальной и горизонтальной плоскостях ре­комендуется устанавливать равной 10...30°.

Рис.22. Диполь С.И.Надененко

 

4. Для ослабления влияния промышленных помех на радиоприем максимум диаграммы направленности приемной антенны не должен быть слишком близок к земной поверхности. С этой точки зрения в коротковолновых антеннах предпочтительнее применять горизон­тальные вибраторы, а не вертикальные. Однако симметричный гори­зонтальный вибратор не рассчитан на работу в широком диапазоне частот, так как его входное сопротивление сильно зависит от частоты, что приводит к нарушению согласования с питающим фидером.

Входное сопротивление вибратора будет изменяться в меньших пределах, если уменьшить его волновое сопротивление. Это может быть достигнуто за счет увеличения диаметра излучающих проводов. В диполе С.И. Надененко (антенны типа ВГД) плечи вибратора обра­зованы системой из 6-12 проводов, расположенных по образующей цилиндра диаметром 1... 3 м (Рис. 22.).

С изменением частоты входное сопротивление такого вибратора изменяется в небольших пределах и согласование с фидером обес­печивается в более широком диапазоне частот. Рабочий диапазон волн диполя С.И. Надененко составляет (1,7...3,3)l. Эта антенна на­ходит применение на передающих и приемных станциях, если требу­ется слабонаправленная диапазонная антенна.

Симметричные вибраторы широко используются как элемент более сложных антенн, состоящих из нескольких вибраторов. Такие многовиб­раторные антенны обеспечивают остронаправленные излучения и при­ем. Антенная система состоит из горизонтальных полуволновых вибра­торов, расположенных рядами в несколько этажей. Расстояние между этажамиλ/2 , а между вибраторамиλ. Если токи во всех вибраторах возбуждаются в фазе, такую антенну называют синфазной.

На Рис. 23. изображена синфазная горизонтальная антенна. Рассмотрим, чем будет определяться диаграмма направленности та­кой антенны в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Рис.23. Синфазная горизонтальная антенна

 

Предположим, что такая антенна используется как приемная. Диа­грамма направленности каждого вибратора в вертикальной плоскости представляет собой окружность. На Рис. 24. показаны горизонтальные полуволновые вибраторы, расположенные в два этажа (плоскость чер­тежа совпадает с вертикальной плоскостью) на расстоянии l =λ/2.

При достаточном удалении источника принимаемых волн линии г_л и г₂, соединяющие вибраторы с этим источником, можно считать па­раллельными. Поэтому токи от вибраторов будут складываться в об­щей линии, присоединенной к ним. Если угол прихода φ= 90°, то r₁ иr₂ равны и токи складываются с одинаковой фазой. При ср ф≠90° появляется разность расстояний r₁ иr₂,, представленная на рис. 16., а отрезком d. Если жеd = λ/2, то токи в вибраторах окажутся в противоположных фазах, суммарный ток будет равен нулю и приема сигналов с этого направления не будет.

Таким образом, система из двух горизонтальных вибраторов, рас­положенных на разных высотах (этажах) относительно земли, даст диаграмму направленности в вертикальной плоскости, изображенную на Рис. 24, б сплошной линией. Чем больше этажей, тем уже диа­грамма направленности.

Для магистральной связи в качестве приемных и передающих ан­тенн применяются антенны с узкими диаграммами направленности в обоих плоскостях, содержащие 32 и более вибраторов. Коэффициент усиления этих антенн более 160. С изменением длины волны рас­стояние между этажами будет отличаться от значения 0,5λ. В резуль­тате вибраторы разных этажей будут питаться токами разных ампли­туд и фаз. Все это искажает диаграмму направленности. Поэтому та­кие антенны могут применяться в узком диапазоне волн (λ_max/λ._min≈1,35 для двухэтажной;λ_max/λ._min≈1,15 для четырехэтажной).

 

Рис.24. К пояснению влияния числа вибратора на диаграмму направленности синфазной горизонтальной антенны в вертикальной плоскости

 

Для того чтобы получить остронаправленную диапазонную антен­ну, необходимо обеспечить без перестройки элементов антенно-фидерной системы постоянство направления максимального излуче­ния, а по возможности и всю диаграмму направленности при измене­нии длины волны. Это может быть успешно решено, если во всей ан­тенной системе создать режим бегущих волн. К такому типу антенн относится ромбическая антенна, изображенная на рис. 17. Она со­стоит из четырех горизонтальных проводов 1-4, образующих стороны ромба. Генератор подключается к проводам 1 и 3 с помощью фидера, волновое сопротивление которого равно волновому сопротивлению антенны. Концы проводов 2 и 4 замкнуты на активное сопротивление, также равное волновому. Таким образом, во всей антенной системе создается режим бегущих волн.

Каждый провод антенны создает излучение, максимум которого направлен под углом φ_max к проводу. Если острый угол ромба равен 2φ_max, то основные лепестки (a₁, а₂, а₃, а₄) диаграммы направленно­сти всех четырех проводов совпадают по форме и направлению. При этом максимум излучения совпадает с направлением большой диаго­нали ромба.

При достаточно большой длине провода (l> 4λ) изменение дли­ны волны существенно не изменяет угол φ_max, следовательно, на­правление максимального излучения ромбической антенны сохра­няется постоянным в широком диапазоне волн. Рабочий диапазон волн ромбической антенны составляет (0,8...2,5)h. Для перекрытиявсего диапазона коротких волн достаточно иметь две ромбические антенны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.25.Ромбическая антенна

 

Недостатком ромбической антенны является сравнительно низкий КПД, обусловленный тем, что часть энергии, поступающей от пере­датчика, поглощается в сопротивлении нагрузки и не расходуется на излучение, а диаграмма направленности характеризуется довольно большими боковыми лепестками (b₁-b₄на Рис. 25) Последний не­достаток в значительной степени устраняется в двойной ромбической антенне (РГД). Антенна состоит из двух полотен ромбических антенн, смещенных по горизонтали в направлении малой диагонали и соеди­ненных параллельно в вершинах острых углов. Высота подвеса ром­бов отличается на 2...3 м, что исключает возможность замыкания ме­жду проводами антенны. Это позволяет уменьшить интенсивность боковых лепестков и значительно увеличить коэффициент усиления антенны.

Для получения диаграммы направленности с одним главным на­правлением излучения или приема рассмотрим систему, состоящую их двух вибраторов 1 и 2, удаленных друг от друга на расстояние d= 0,25λ, токи в которых равны по амплитуде, а фазы сдвинуты отно­сительно друг друга на 90° (Рис. 26, а) так, что ток вибратора 2 опе­режает ток вибратора

1. Следовательно, в любой момент около виб­ратора 2 формируется поле Е2, опережающее по фазе на 90° поле Е1, излученное вибратором 1. За время прохождения полем Е2 рас­стояния d= 0,25λ от вибратора 2 до вибратора 1 произойдет отстава­ние по фазе на угол 90°. Имевшееся опережение по фазе окажется скомпенсированным, и около вибратора 1 поля Е1 и Е2 обоих излуча­телей будут иметь одинаковые фазы. Таким образом, в направлении вибратора 1 будет распространяться волна с удвоенной напряженно­стью поля (левая векторная диаграмма на Рис. 26, а).

Рис.26. Система из двух вибраторов:

а – вибратор с активным рефлектометром; б – вибратор с пассивным рефлектометром: в – вибратор с пассивным директором

 

При распространении в направлении вибратора 2 поле Е1 вибра­тора 1, пройдя путьd = 0,25λ до вибратора 2, получит отставание по фазе на угол 90° и окажется в противофазе с полем Е2 вибратора 2 (ф₁ = -90°, ф₂ = +90°). Здесь поля взаимно компенсируются, и излу­чения в этом направлении не будет (правая векторная диаграмма на Рис. 26, а). В рассмотренной системе вибратор 2 является отража­телем и называется рефлектором или зеркалом. Рефлектор, кото­рый питается непосредственно от генератора, называется активным рефлектором.

Для упрощения конструкции антенн вибратор 2 часто выполняется пассивным. К нему не подводят питания. Пассивный вибратор возбу­ждается в этом случае полем активного вибратора. Рассмотрим, на­пример, систему, состоящую из активного вибратора 1 и пассивного вибратора 2 (см. Рис. 26 б). Предположим, что в вибраторе 1 гене­ратором возбуждается ток 11. В вибраторе, как и в разомкнутой на конце линии с малыми потерями, устанавливается режим стоячей волны, при котором напряжение U1отстает от тока I1 на угол, близ­кий к 90° (векторная диаграмма на Рис. 26, 6). Напряжение U1 соз­дает около вибратора 1 поле Е1 , совпадающее с ним по фазе. При распространении поля Е1 до пассивного вибратора 2 произойдет за­паздывание фазы поля на угол 90° и поле у вибратора 2 - Е12 будет отставать по фазе от тока I1 на 180°. Поле Е12 в вибраторе 2 наведет ЭДС е2, совпадающую по фазе с Е12.

Пассивный вибратор 2 должен иметь плечо l>0,25λ, т.е. общую длину, несколько большую 0,5λ. Реактивное сопротивление такого вибратора имеет индуктивный характер, и ток 12, обусловленный ЭДС е2, будет отставать от нее на угол, близкий к 90°. В результате ток 12 пассивного вибратора 2 оказывается отстающим от тока 71 активного вибратора 1 на угол, близкий к 270°, что эквивалентно опережению на 90°. Пассивный вибратор с длиной 2l₂> 0.5λ, в рассматриваемой сис­теме ведет себя как пассивный рефлектор.

Если пассивный вибратор взять короче 0.5λ, (см. Рис. 26, в), то его реактивное сопротивление будет иметь емкостный характер. Те­перь токI2 будет опережать ток I1 на угол, близкий к 90°. Максимум излучения будет направлен в сторону пассивного вибратора 2. За ак­тивным вибратором поле будет ослаблено. Такой пассивный вибра­тор называется директором.

Отметим, что антенны, использующие вышеописанный принцип, широко применяются и в диапазоне метровых волн. Наибольшее применение они нашли в качестве приемных телевизионных антенн метрового и дециметрового диапазонов.

 

3.3.5.Антенны метровых, дециметровых и сантиметровых волн

В диапазоне УКВ используются преимущественно антенны, обла­дающие направленными свойствами хотя бы в одной плоскости. При малой длине волны такие антенны получаются достаточно компакт­ными, что дает возможность, не встречая больших технических труд­ностей, делать их вращающимися. Благодаря этому имеется возмож­ность, получая большой выигрыш в мощности и уменьшая взаимные помехи радиостанций, осуществлять связь по любым желаемым на­правлениям.

Рассмотрим в качестве примера некоторые типы телевизионных антенн.

Самой простой телевизионной приемной антенной является ди-польная антенна (линейный полуволновой вибратор) (рис. 27, а), а наиболее удобным в конструктивном отношении - петлевой вибра­тор Пистолькорса (см. рис. 27, б). Этот петлевой вибратор можно рассматривать как два полуволновых синфазных вибратора, распо­ложенных на малом расстоянии друг от друга. В точке с вибратора располагаются пучность тока и узел напряжения, что соответствует режиму короткого замыкания. В точках b и d, отстоящих отс на 0,25λ, образуются узел тока и пучность напряжения. На зажимах антенны а и е возникает пучность тока. Наличие узла напряжения в точке с позволяет крепить вибратор в этой точке к стреле или мачте непо­средственно без изоляторов.

Рис. 27. Дипольный (а) и петлевой (б) вибраторы и их диаграмма направленности (в)

 

Описанные антенны обычно могут обеспечить качественный прием телевизионных передач на сравнительно небольших расстояниях от телецентра, так как они являются слабонаправленными (см. рис. 27, в). Для приема на больших расстояниях или при неудовлетворительных условиях приема на малых расстояниях применяются более сложные антенны, имеющие лучшую направленность.

В диапазоне метровых волн в качестве направленных антенн большое распространение получили антенны типа «волновой канал». Антенна «волновой канал» (рис. 28) состоит из активного вибратора А, рефлектора Р и нескольких директоров Д1, Д2, ДЗ. Из приведенной на рис. 20, б диаграммы направленности видно, что коэффициент усиления этой антенны довольно высок и она не будет реагировать на помехи с других направлений. Принцип действия рефлектора и ди­ректора рассмотрен нами выше.

Антенна типа «волновой канал» может работать и как передающая антенна. Активный вибратор А в этом случае излучает электромаг­нитное поле как в направлении рефлектора, так и в направлении ди­ректоров. Под воздействием этого поля в рефлекторе наводится ток, который создает вторичное поле - поле излучения рефлектора. Если длину рефлектора выбрать равной (0,51...0,53)λ, а расстояние между рефлектором и активным вибратором (0,15...0,25)λ, то вторичное по­ле, созданное рефлектором, будет опережать по фазе поле активного вибратора на угол около 90°. Результирующее поле за рефлектором будет равно разности напряженностей полей, созданных активным вибратором и рефлектором. В главном направлении - направлении директоров и далее - поля от активного вибратора и рефлектора бу­дут складываться в одной фазе и результирующее поле увеличится. В реальной антенне опережение фазы тока в рефлекторе несколько отличается от 90°, а амплитуда тока в рефлекторе несколько меньше, чем в активном вибраторе. Поэтому некоторая часть энергии излуча­ется антенной за рефлектор.

Рис. 28. Антенна типа «волновой канал» (а) и ее диаграмма направленности (б)

 

Директоры антенны возбуждаются результирующим полем актив­ного вибратора и рефлектора. Для того чтобы вторичное поле дирек­торов повышало напряженность поля в главном направлении, наве­денные в них токи должны отставать по фазе от тока активного виб­ратора. Это достигается соответствующим выбором длин директоров и их взаимным расположением. Длины директоров выбирают равны­ми (0,41...0,45)λ. Расстояние между директорами и первым директо­ром и активным вибратором выбирают (0,1... 0,34)λ. С уменьшением расстояний между активными и пассивными вибраторами ток в пас­сивных вибраторах увеличивается, но при этом за счет влияния по­следних сильно уменьшается входное сопротивление активного виб­ратора. Для облегчения согласования антенны с фидером активный вибратор часто выполняют петлевым.

Специфические требования предъявляются к передающим антен­нам метровых волн для звукового и телевизионного радиовещания, так как они располагаются на большой высоте и несут большую ме­ханическую нагрузку от ветра; кроме того, увеличивается вероятность удара в них молнии. Поэтому при конструировании антенн избегают применения керамических изоляторов, а по мере возможности ис­пользуют жесткие механические конструкции.

Телевизионные передающие антенны должны обеспечивать воз­можно большую зону обслуживания. Так как в большинстве случаев телецентр располагается вблизи середины зоны обслуживания, диа­грамма направленности передающей антенны в горизонтальной плоскости должна быть круговой. Для уменьшения бесполезного из­лучения сигнала в верхнее полупространство в вертикальной плоско­сти желательна концентрация излучения в направлении горизонта. Кроме того, передающая антенна должна обеспечивать широкую по­лосу пропускания порядка 8 МГц.

Рис. 29. Передающая телевизионная антенна

 

На первых телевизионных станциях в нашей стране применялись антенны Б.В. Брауде, представляющие собой вибратор плоской кон­струкции, в котором излучающие пластины для уменьшения ветровой нагрузки заменены проводниками (см. рис. 29, а).

Если вертикальный размер антенны выбрать 0,25λ, то эту антенну можно рассматривать как обычный симметричный вибратор, совме­щенный с короткозамкнутым шунтом (рис. 29, б). В нем, так же как и в рассмотренном на рис. 1.25 петлевом вибраторе, точки а-а имеют нулевой потенциал, и антенну в этих точках можно непосредственно крепить к мачте без изоляторов. Это упрощает грозозащиту. Изолято­ры необходимо устанавливать лишь в точках питания вибратора.

Недостатком вибратора Брауде является то, что горизонтальные проводники в нем возбуждаются токами разных амплитуд. Объясня­ется это тем, что по мере продвижения по шунту напряжение от мак­симального значения в точках подключения питания падает до нуля в точках короткого замыкания. Токи в проводниках можно выровнять, выполнив плечи вибратора в виде трапеции (см. рис. 29, в).

Большое распространение получили Ж-образные вибраторы, со­вмещающие в себе два плоских трапецеидальных вибратора (см. рис. 29, г). Питание подводится к середине вибратора, в том месте, где расположены короткие горизонтальные проводники. Для получе­ния ненаправленного излучения в горизонтальной плоскости две Ж- образные антенны располагаются под углом 90° друг к другу и пита­ются со сдвигом фаз в 90°, образуя так называемую турникетную ан­тенну. Для концентрации излучения в вертикальной плоскости не­сколько турникетных антенн располагаются этажами одна под другой и возбуждаются в одинаковых фазах. Сдвиг по фазе во взаимно пер­пендикулярных вибраторах осуществляется за счет увеличения дли­ны одного из фидеров на 0,25λ. Одинаковые фазы во всех этажах получаются автоматически, так как расстояние между этажами равно λ.

В диапазоне дециметровых и сантиметровых волн широко приме­няется антенна в виде рупора. Простейшей рупорной антенной явля­ется открытый конец металлической трубы прямоугольного или круг­лого сечения, так называемого волновода. Излучающая часть антен­ны называетсяраскрывом антенныОтверстие волновода можно рассматривать как многовибраторную антенну, образованную из большого числа элементарных излучателей.Но такая антенна имеет ряд недостатков. Резкое изменение условий распространения на от­крытом конце волновода приводит к значительному отражению. Кро­ме того, в раскрыве имеет место огибание излученными волнами кра­ев конца волновода, что ухудшает направленные свойства антенны. Для уменьшения отражений и улучшения направленных свойств ко­нец волновода выполняют в виде рупора (рис. 30).

Направленность рупорной антенны увеличивается с ростом площади раскрыва рупора. В качестве самостоятельных антенн рупоры применяются редко, но часто входят в конструкцию многих более сложных антенн. Одной из них является зеркальная параболическая рефлекторная антенна (рис. 31).В ней роль отражателя выполняет металлическое зеркало, имеющее форму па­раболоида вращения или параболического цилиндра. При этом ан­тенна излучает почти параллельный пучок лучей. Коэффициент на­правленного действия таких антенн очень высок и достигает 10⁴.

            Рис.30. Рупорная антенна                      Рис.31. Зеркальная параболическая антенна   

 

Недостаток рассмотренной антенны состоит в том, что часть энер­гии, отраженной от зеркала, попадает обратно через рупор в волно­вод. Это снижает эффективность передачи энергии и приводит к ис­кажениям передаваемого сигнала. От этого недостатка свободна рупорно-параболическая антенна (рис. 32).

Из волновода 1 высокочастотная энергия поступает в пирами­дальный рупор 2, являющийся облучателем сегмента параболоида вращения 3. Излученные антенной волны получаются плоскими, так как фазовый центр рупора, расположенный в его вершине, находится в фокусе параболоида. Для хорошего согласования рупора с волно­водом угол раскрыва выбирается равным 30...40°, а длина рупора l = 50λ,. Коэффициент усиления антенны растет с возрастанием пло­щади раскрыва антенны S. При площади раскрыва 6...8 м² коэффи­циент усиления равен 10⁴ В этом случае ширина диаграммы направ­ленности равна примерно 2° как в горизонтальной, так и в вертикаль­ной плоскостях.

Разновидностью зеркальных антенн являются перископические антенны (рис. 33), позволяющие при помощи зеркал передавать вы­сокочастотную энергию на вершину башни без линии или волновода. Поступающая от передатчика энергия излучается рупорной антенной в сторону эллипсоидального зеркала 3, расположенного у подножия мачты под углом 45° к горизонту.

 

  Рис.32. Рупорно-параболическая антенна                      Рис.33. Перископическая антенна

 

Зеркало отражает падающие на него волны перпендикулярно вверх на плоское зеркало, установленное на вершине мачты также под углом 45°. Вторым зеркалом волны отра­жаются в нужном направлении. Коэффициент полезного действия передачи энергии в перископической антенне - порядка 50 %, что ' выше, чем если бы энергия подавалась наверх по волноводу.

 

Контрольные вопросы

1.    Поясните принципы организации симплексной и дуплексной радиосвязи.

2.    Как влияют Земля и ионосфера на распространение радиоволн?

3.    Чем отличается распространение радиоволн различных видов?

4.    Поясните общие принципы построения антенн.

5.    Чем отличается природа возникновения замираний радиосигнала в диа­пазонах гектометровых и декаметровых волн?

6.    Какие показатели характеризуют работу антенн?

7.    Каковы особенности антенн километровых и гектометровых волн?

8.    Какие требования предъявляются к антеннам декаметровых волн?

9.    Каким образом формируется диаграмма направленности антенн декамет­ровых волн?

10.  Каким образом работает антенна типа «волновой канал»?

11.  Опишите принцип работы антенн ультракоротких волн.

Список литературы

1.    Изюмов Н.М., Линде Д.П. Основы радиотехники. - М.: Радио и связь, 1983. - 376 с.

2.    Гершензон Е.М., Полянина Г.Д., СоинаH.B. Радиотехника. - М.: Просвещение, 1986.-319 с.

3.  .Дубровский В.А., Гордеев В.А. Радиотехника и антенны. - М.: Радио и связь,

1992.-368 с.

4.    Чернышов В.П. Антенно-фидерные устройства радиосвязи и радиовещания. - М.: Связь, 1978.-288 с.

 

 

4. ПЕРЕДАЮЩИЕ И ПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА СИСТЕМ РАДИОСВЯЗИ И ВЕЩАНИЯ

 

4.1.1. Радиопередающие устройства

Основные функциональные узлы радиопередатчика. Схема и конструкция радиопередатчика зависят от различных факторов: на­значения, диапазона рабочих волн, мощности и т.д. Тем не менее, можно выделить некоторые типичные блоки, которые с теми или иными вариациями имеются в большинстве передатчиков.

Структура передатчика (рис. 1) определяется его основными об­щими функциями, к которым относятся:

2.      получение высокочастотных колебаний требуемой частоты и мощности;

3.      модуляция высокочастотных колебаний передаваемым сигналом;

-фильтрация гармоник и прочих колебаний, частоты которых вы­ходят за пределы необходимой полосы излучения и могут создать помехи другим радиостанциям;

4.      излучение колебаний через антенну.

Остановимся более подробно на требованиях к отдельным функ­циональным узлам радиопередатчика.

 

Рис. 1. Функциональная схема радиопередатчика

 

Генератор высокой частоты, часто называемый задающим или опорным генератором, служит для получения высокочастотных коле­баний, частота которых соответствует высоким требованиям к точно­сти и стабильности частоты радиопередатчиков.

Синтезатор преобразует частоту колебаний опорного генератора, которая обычно постоянна, в любую другую частоту, которая в данное время необходима для радиосвязи или вещания. Стабильность час­тоты при этом преобразовании не должна существенно ухудшаться. В отдельных случаях синтезатор частоты не нужен, например, если генератор непосредственно создает колебания нужной частоты. Од­нако с синтезатором легче обеспечить требуемую высокую точность и стабильность частоты, так как он, во-первых, работает на более низ­кой частоте, на которой легче обеспечить требуемую стабильность; во-вторых, он работает на фиксированной частоте. Кроме того, со­временные синтезаторы приспособлены для дистанционного или ав­томатического управления синтезируемой частотой, что облегчает общую автоматизацию передатчика.

Промежуточный усилитель высокой частоты, следующий за син­тезатором, необходим по следующим причинам:

5.  благодаря промежуточному усилителю с достаточно большим коэффициентом усиления от опорного генератора и синтезатора не требуется значительной мощности;

6.  применение промежуточного усилителя между синтезатором и мощным усилителем ослабляет влияние на генератор и синтезатор возможных регулировок в мощных каскадах передатчика и в антенне.

Усилитель мощности (его называют генератором с внешним воз­буждением) увеличивает мощность радиосигнала до уровня, опреде­ляемого требованиями системы радиосвязи. Главным требованием к усилителю мощности является обеспечение им высоких экономиче­ских показателей, в частности коэффициента полезного действия.

Выходная цепь служит для передачи усиленных колебаний в ан­тенну, для фильтрации высокочастотных колебаний и для согласова­ния выхода мощного оконечного усилителя с антенной, т.е. для обес­печения условий максимальной передачи мощности.

Модулятор служит для модуляции несущих высокочастотных ко­лебаний передатчика передаваемым сигналом. Для этого модулятор воздействует в зависимости от особенностей передатчика и вида мо­дуляции (амплитудная, частотная, однополосная и др.) на один или несколько блоков из числа обведенных пунктиром на рис. 2.1. Напри­мер, частотная модуляция может получаться в синтезаторе частоты либо (реже) в генераторе высокой частоты; амплитудная модуляция получается воздействием на мощный и промежуточный усилители.

Устройство электропитания обеспечивает подведение ко всем блокам токов и напряжений, необходимых для нормальной работы входящих в их состав транзисторов, ламп и прочих электронных эле­ментов, а также систем автоматического управления, устройств защи­ты от аварийных режимов и прочих вспомогательных цепей и уст­ройств. Система электропитания содержит выпрямители, электрома­шинные генераторы с двигателями внутреннего сгорания, аккумуля­торы, инверторы (преобразователи) низкого постоянного напряжения в более высокое или обратно, трансформаторы, коммутационную ап­паратуру, резервные источники питания и устройства для автомати­ческого перехода с основного источника на резервный в случае неис­правностей и т.п.

На рис. 1 не показаны многочисленные объекты вспомогательно­го оборудования, входящие в состав передатчика (особенно мощно­го), например средства автоматического и дистанционного управле­ния; контрольно-измерительные приборы, устройства дистанционного контроля и сигнализации; устройства защиты и блокировки, выклю­чающие цепи высокого напряжения при аварийных режимах или опасности для обслуживающего персонала и др.

Радиопередатчики диапазонов километровых, гектометровых и декаметровых волн обычно размещаются группами на специальных предприятиях - передающих радиостанциях. При большом числе пе­редатчиков радиостанции называются радиоцентрами. Радиовеща­тельные передатчики метровых и дециметровых волн, как правило, размещаются вместе с передатчиками телевизионного вещания. Предприятия связи, на которых установлены эти передатчики, назы­ваются радиотелевизионными передающими станциями (центрами).

 

4.1.2. Технические показатели радиопередатчиков

К основным по­казателям радиопередатчика относятся: диапазон волн, мощность, коэффициент полезного действия, вид и качество передаваемых сигналов.

В соответствии с классификацией волн (см. табл. 1.2) различают передатчики километровых, гектометровых, декаметровых и других волн. С этим различием связаны соответствующие особенности кон­струкций, так как в разных диапазонах различны конструкции колеба­тельных контуров и типов усилительных элементов. Передатчик мо­жет работать на одной или нескольких выделенных для него фикси­рованных волнах, либо он может настраиваться на любую длину вол­ны в непрерывном диапазоне волн.

Мощность передатчика обычно определяется как максимальная мощность высокочастотных колебаний, поступающая в антенну при отсутствии модуляции, при непрерывном излучении. Однако этой ха­рактеристики недостаточно для оценки мощности радиопередатчика. Дело в том, что в технике радиосвязи часто приходится иметь дело с сигналами, напряжение которых изменяется в очень широких преде­лах и в сравнительно короткие промежутки времени может принимать значения, в несколько раз превосходящие средний уровень. Харак­терным примером подобного режима может служить радиолокацион­ный передатчик, излучающий импульсы длительностью около 1 мкс, разделенные интервалами около 1 мс, т.е. в 1000 раз большей дли­тельности. Если бы при проектировании передатчика расчет велся на то, что в моменты этих выбросов мощность излучения соответствова­ла бы номинальной мощности, то фактическая средняя мощность из­лучения была бы во много раз меньше. Передатчик был бы использо­ван значительно слабее своих возможностей, а при необходимости обеспечить большую дальность радиосвязи потребовалось бы при­менить передатчик значительно большей мощности.

В системах радиовещания промежутки времени, в которые ампли­туда колебаний достигает максимальных значений, занимают обычно большую часть общего времени работы передатчика (например, 10-20 %), длительность их доходит до десятков миллисекунд, но и в этом случае описанное временное форсирование передатчика воз­можно, хотя и в меньших пределах.

В соответствии с изложенным мощность передатчика, помимо цифры максимальной мощности, при непрерывной работе характери­зуют значениями пиковой мощности, которая может быть обеспечена в течение ограниченных промежутков времени.Например, если сред­няя мощность передатчика при непрерывной работе 100 кВт, то она может доходить до 200 кВт, если длительность импульсов не превы­шает интервалов между ними.

Важнейшими показателями радиопередатчика являются стабиль­ность излучаемой им частоты и уровень побочных излучений. Дело втом, что если строго соблюдается присвоенная данному передатчи­ку частота сигнала, то настроенный на эту частоту приемник начинает принимать передаваемые сигналы тотчас после включения, не требуя подстроек; это способствует удобству эксплуатации и высокой надеж­ности радиосвязи, а также облегчает автоматизацию оборудования. Кроме того, частотные диапазоны, используемые для радиосвязи и вещания, переуплотнены сигналами одновременно работающих радиостанций, поэтому если частота передатчика отличается от раз­решенного значения, то она может приблизиться к частоте другого передатчика, что вызовет помехи приему его сигналов.

По существующим международным нормам отклонение от номи­нала частоты передатчика для радиосвязи на гектометровых волнах не должно превышать 0,005 %; для радиовещательных передатчиков отклонение частоты в этом диапазоне не должно превышать 10 Гц. На декаметровых волнах допустимая нестабильность частоты для передатчиков мощностью более 0,5 кВт равна 15-10^-6, что соответст­вует в диапазоне от 4 до 30 МГц абсолютному отключению частоты от 60 до 450 Гц. Некоторые системы радиосвязи по своему принципу требуют, чтобы стабильность частоты была значительно лучше, чем предусматривается указанными нормами.

Побочными излучениями радиопередатчика называются излучения на частотах, расположенных за пределами полосы, которую занимает передаваемый радиосигнал. К побочным излучениям относятся гар­монические излучения передатчика, паразитные излучения и вредные продукты взаимной модуляции.

Гармоническими излучениями (гармониками) передатчика называ­ются излучения на частотах, в целое число раз превышающих частоту передаваемого радиосигнала.

Паразитными излучениями называются возникающие иногда в передатчиках колебания, частоты которых никак не связаны с час­тотой радиосигнала или с частотами вспомогательных колебаний, используемых в процессе синтеза частот, модуляции и других про­цессов обработки сигнала.

Известно, что при действии в нелинейной цепи, например двух ЭДС с частотами f₁ и f₂, спектр тока содержит, помимо составляю­щих с этими частотами и их гармоник, также составляющие с часто­тами вида nf₁±nf₂, где т иn - целые числа. Это явление и лежит в основе взаимной модуляции; оно обусловлено наличием в передат­чике элементов, обладающих нелинейными характеристиками, глав­ным образом транзисторов или электронных ламп.

Интенсивность побочных излучений характеризуется мощностью соответствующих колебаний в антенне передатчика. Например, по действующим международным нормам радиопередатчики на частотах до 30 МГц должны иметь мощность побочных излучений не менее чем в 10 000 раз (на 40 дБ) ниже мощности основного излучения и не более 50 мВт.

Показатели, определяющие качество передачи вещательного сиг­нала (электроакустические показатели), в принципе не отличаются от аналогичных параметров электрического канала вещания, что ес­тественно, поскольку передатчик является частью канала - трактом вторичного распределения.

Некоторое отличие заключается лишь в том, что эти показатели нормируются и измеряются относительно уровня сигнала, соответст­вующего определенному коэффициенту модуляции, сигналом часто­той 1000 Гц. Для допустимого отклонения амплитудно-частотной ха­рактеристики этот коэффициент равен 50 %.

Коэффициент гармоник определяется при коэффициенте модуля­ции 50, 90, а также 10 %, что обусловлено наличием в модуляторе передатчика специфических искажений вида двустороннего ограни­чения, заметных при большом коэффициенте модуляции, вида «цен­тральной отсечки», заметных при малом коэффициенте модуляции. Защищенность от интегральной помехи и от псофометрического шу­ма измеряется относительно уровня модулирующего сигнала, соот­ветствующего 100 % модуляции. Эксплуатационный персонал часто употребляет термин «уровень шумов», который оценивается в деци­белах относительно уровня модулирующего сигнала с частотой 1000 Гц, соответствующего коэффициенту модуляции 100 %. Числен-' но он равен величине защищенности от интегральной помехи, взятой со знаком «минус».

 

4.1.3.Особенности усилителей мощности радиопередающих уст­ройств Усилители мощности в технике радиопередающих устройств принято называть генераторами с внешним возбуждением.

Нагрузкой выходного каскада является контур, настроенный на частоту усиливаемых колебаний.

Требования к усилителям мощности в радиопередающих устрой­ствах отличаются двумя характерными особенностями:

•  во-первых, требуется получить большую выходную мощность при минимуме потерь;

•  во-вторых, нет необходимости сохранять форму усиливаемых ко­лебаний, как в усилителях звуковой частоты.

Генератор с внешним возбуждением (ГВВ) представляет собой преобразователь мощности источника постоянного тока Р₀ в мощ­ность высокой частотыР_к. Работа ГВВ возможна только при подаче на его вход внешнего сигнала Р_вх (от возбудителя). При этом Р_вх<Р_к. Основные показатели работы ГВВ: мощность радиочастоты в нагрузке Р_к, КПД генератора η_г=Р_К/Р₀, коэффициент усиления по мощно­стиК_р =Р_к/Р_вх, спектр колебаний в нагрузке внутри и вне занимаемой полосы частот, отсутствие самовозбуждения.

В качестве усилительных приборов в ГВВ используют электрон­ные лампы, биполярные и полевые транзисторы, а в ключевых гене­раторах - и тиристоры. Электронные лампы широко применяют бла­годаря их универсальности. Они работают в широком диапазоне частот и обеспечивают выходную мощность от единиц ватт до не­скольких мегаватт, устойчивы к внешним воздействиям (температура, давление, механические нагрузки), имеют срок службы до 5000 ч. По­лупроводниковые приборы применяют в передатчиках малой и средней мощности.

Физические процессы, лежащие в основе работы ламп и транзи­сторов, различны, однако их вольтамперные характеристики качест­венно одинаковы, хотя и имеют некоторые различия. Лампы облада­ют левыми характеристиками, а характеристики транзисторов сдвину­ты вправо, и запирание транзистора происходит при нулевом напря­жении на базе.

Степень влияния сеточного тока характеризует напряженность режи­ма работы генератора. По напряженности различают три режима ра­боты: недонапряженный режим, характеризующийся остроконечной формой импульса анодного тока; критический режим, когда импульс анодного тока несколько усечен в верхней части, и перенапряженный режим, при котором возникает провал на вершине импульса анодного тока Напряженность режима в значительной мере определяется вели­чиной нагрузочного сопротивления (эквивалентным сопротивлением контура Я_э), так как от него зависит напряжение на аноде лампы. Зависимостимощностей и КПД анодной цепи от сопротивления нагрузки выражаются нагрузочными характеристиками (рис. 6). Колебатель­ная мощность в контуре Р_к1 =U_k1I_k1/I₂максимальна в критическом режиме (Я_э=Я_экр)- В недонапряженном режиме напряжение на кон­туре U_к1 мало, так как сопротив­ление контура Я_э невелико. В об­ласти перенапряженного режима в импульсах анодного тока появля­ются провалы, что приводит к уменьшению первой гармоники тока I_а1.

 

Рис. 6. Зависимость мощности и КПД оконечного каскада от сопротивления нагрузки

 

Из характеристик также видно, что при возрастании сопротивле­ния нагрузки потребляемая мощ­ность Р₀ уменьшается. Однако в об­ласти недонапряженного режима это уменьшение незначительно, так как форма импульса анодного тока почти не изменяется. При увеличении сопротивления R₃в пере­напряженном режиме подводимая мощность резко уменьшается вследствие появления провала в импульсах анодного тока и соответ­ственного уменьшения постоянной составляющей анодного питания.

Мощность рассеяния на аноде Р_а представляет собой разность подводимой и колебательной мощностей. В области недонапряжен­ного режима рассеиваемая мощность может быть настолько велика, что анод лампы расплавится. Это, в частности, происходит, если вы­ключить задающий генератор при работе усилителя мощности в ре­жиме с малым углом отсечки.

 

4.1.4.Генерирование высокочастотных колебаний

Рассмотренный выше генератор требует для свой работы внешнее возбуждение.

Вместе с тем существует класс колебаний, возникновение которых не связано с каким-либо внешним воздействием. Они появляются как бы сами собой в специальных устройствах, имеют вполне определен­ную форму, параметры, свои особенности. Разумеется, из ничего эти колебания появиться не могут. Для их возникновения необходимы определенные условия, причины; о них будем говорить позже. Сейчас же обратим внимание на то, что колебания формируются самостоя­тельно, без постороннего воздействия. Такие колебания называются автоколебаниями, а устройства, их порождающие, -автогенерато­рами, которые далее будем называть просто генераторами.

Определим те предпосылки, которые необходимы для самопроиз­вольного возникновения автоколебаний. Для этого обратимся к обыч­ному параллельному колебательному LC-контуру. Если контур под­вергнуть кратковременному воздействию (например, импульсному), в нем возникнут электрические колебания, меняющиеся по синусои­дальному закону. Из электротехники известно, что колебательный процесс в контуре не может продолжаться бесконечно долго, рано или поздно он затухнет. Причина зату­хания тоже известна: из-за потерь в кон­туре энергия колебания непрерывно уменьшается, рассеивается. В конечном итоге колебание уменьшится до нуля.

  Значит, для того чтобы колебание не исчезло, необходимо постоянно попол­нять рассеиваемую энергию. Поскольку в контуре отсутствует источник энергии, придется это делать за счет внешнего источника. В качестве него можно взять источник постоянного напря­жения или тока.

Рис. 7. К вопросу колебаний в LC-контуре

 

Обратимся к схеме рис. 7. Если в отсутствие в LC-контуре коле­баний ключ К перевести в положение 2, конденсатор С зарядится до напряжения источника Е, получив некоторое количество энергии. При переводе ключа в положение 1 в контуре возникнут свободные коле­бания. Чтобы колебания не затухали (из-за наличия сопротивления потерь Я_п), будем периодически в такт с колебательным процессом подключать конденсатор С к источнику Е. В результате конденсатор будет постоянно порциями подзаряжаться от источника, пополняя свою энергию. За счет этого колебания в контуре станут незатухаю­щими. Для поддержания в контуре колебаний необходимо синхронное с ними переключение ключа К. Для этого необходима цепь управле­ния (цепь обратной связи), передающая соответствующие команды на переключения. Очевидно, источником команд должен быть сам контур, который определяет периодичность колебаний с частотой  .

Рис. 8. Схема автогенератора

 

Рассмотренная простейшая схема может считаться моделью авто­генератора гармонических колебаний. Практическая реализация этой модели представлена схемой на рис. 8. Частотно-задающим звеном является LC-контур, источником энергии - источник постоянного на­пряжения Е_с, включенный в цепь стока полевого транзистора VT. Роль ключа К выполняет затвор транзистора. Напряжение U₃на затворе управляет током стока I. Переменная составляющая этого тока пополняет энергию контура. Обратная связь обеспечивается катушкой связи L_CB, индуктивно связанной с катушкой контура LСтепень обратной связи опреде­ляется, таким образом, коэффициентом взаимоиндукции М. Транзистор не только выполняет функ­цию ключа К, но и «помогает» обратной связи, обеспечивая за счет своего усиления поступление в контур необходимых порций энергии. Дополнительный источник Е в цепи затвора играет вспомогательную, роль, устанавливая, как увидим далее, необходимый режим работы транзистора.

Таким образом, все необходимые для генерации элементы, опре­деляемые моделью генератора (см. рис. 7), находим в принципи­альной схеме рис. 8. Однако для генерации колебаний необходимо еще выполнить определенные условия, которые нужны, во-первых, для появления колебаний (баланс фаз) и, во-вторых, для поддержа­ния возникших колебаний с определенной амплитудой и частотой (баланс амплитуд).

Рассмотрим более простую ситуацию, связанную с появлением то­ка в момент включения источника напряженияЕ_с. При появлении то­ка стока I конденсатор контура С зарядится и в контуре начнутся сво­бодные затухающие колебания. Переменный ток i_L, проходящий по катушке L, за счет взаимоиндукции вызывает появление переменного напряженияU₃на катушке связи L_CB. Это напряжение, приложенное к затвору, вызывает пульсацию тока стока. В нем содержится пере­менная составляющая, которая создает на контуре переменное на­пряжениеU_K. Фактически напряжениеU_Kявляется усиленным тран­зистором переменным напряжением затвора. Частота напряжения на затворе равна частоте собственных колебаний контура. Следова­тельно, и переменная составляющая тока стока имеет ту же частоту. Поэтому в контуре автоматически всегда будет резонанс токов иLC- контур для переменной составляющей тока стока представляет большое резистивное сопротивление R_ЭK.

Для самовозбуждения обратная связь должна быть достаточно большой, иначе переменное напряжение на затворе вызовет слишком малую переменную составляющую тока стока, энергия которой ока­жется недостаточной для компенсации потерь в контуре.

В принципе генератор похож на усилитель. Колебания, возникающие в контуре, с помощью обратной связи подаются на вход усилительного элемента (в данном случае транзистора), усиливаются им и выделяются на контуре, далее вновь поступают на вход транзистора, снова усили­ваются и т.д. Амплитуда колебаний возрастает и доходит до опреде­ленного предела. По сути генератор является усилителем собствен­ных колебаний контура. По этой причине (если выполняются условия самовозбуждения) любой усилитель может превратиться в генератор. Например, микрофонный усилитель становится генератором звуко­вых колебаний, если из-за неудачной акустики помещения или плохой экранировки цепей возникают каналы акустической или электрической обратной связи, приводящие к самовозбуждению усилителя. В дан­ном случае обратная связь играет вредную роль.

Обратная связь станет отри­цательной, при которой ни самовозбуждение, ни даже поддержание уже возникших колебаний окажется невозможным.

Действие положительной и отрицательной обратной связи можно проследить на простой механической модели маятника (или качелей). Если подталкивать маятник в такт с его собственными колебаниями, маятник будет раскачиваться. Если в «противотакт» - маятник будет тормозиться. Таким образом, для самовозбуждения генератора и поддержания в нем незатухающих колебаний должны выполняться два условия: обратная связь должна быть положительной, а ее зна­чение -достаточно большим для полной компенсации рассеиваемой энергии в контуре.

Рис. 9. Схемы автогенераторов

Рассмотренная картина дает нам, конечно, только качественное представление о тех физических процессах, которые протекают в ав­тогенераторе.

Две схемы генераторов с самовозбуждением показаны на рис. 10. В схеме рис. 10, а применена автотрансформаторная связь: на вход усилителя подается часть напряжения с контура при помощи отвода от катушки в точкет.

В схеме рис. 10, б применена емкостная связь. Полная емкость контура образована включенными последовательно конденсаторами С1 и С2, а на вход усилителя подается напряжение с конденсатора С2. Усиленные колебания подаются в контур через конденсатор С_р, а питающее напряжение на усилительный элемент подается через сопротивлениеR_n. При уменьшении амплитуды колебаний это напряжение уменьшается, а усиление возрастает, что способствует восстановлению первона­чальной амплитуды колебаний.

Генераторы с обратной связью для диапазонов дециметровых и сантиметровых волн, в принципе, не отличаются от описанных. Они отличаются только конструкцией колебательного контура, а в случае наиболее коротких волн - также типом усилительного элемента. На дециметровых и сантиметровых волнах используют­ся соответственно короткозамкнутые отрезки коаксиальных линий и волноводов и объемные резонаторы. В качестве усилительного элемента на сантиметровых волнах применяют клистроны и лампы бегущей волны.

При необходимости в генераторе с высокой стабильностью часто­ты предпочтение отдается усилительным элементам минимальной мощности; в них выделяется соответственно мало тепла, что облег­чает стабилизацию температуры генератора, которая представляет одно из условий постоянства частоты. Широко применяются мало­мощные транзисторы и туннельные диоды.

 

Рис. 10. Автогенератор на туннельном диоде

Характеристика туннельного диода имеет падающий участок, ко­торому соответствует отрицательное сопротивление в пределах этого участка (АВ на рис. 10, а). Из приведенных выше схем видно, что в автогенераторе с обратной связью действие усилителя эквивалент­но шунтированию колебательного контура отрицательным сопротив­лением; в случае туннельного диода это отрицательное сопротивле­ние получается более просто, путем выбора рабочей точки на па­дающем участке характеристики. Туннельный диод ТД подключается параллельно колебательномуLC-контуру (см. рис. 10, б) или после­довательно с его элементами. Рабочая точка устанавливается при помощи делителя напряжений из сопротивлений R1 иR2.Генераторы с туннельными диодами делаются для любых частот радиотехниче­ских диапазонов, вплоть до миллиметровых волн.

 

4.1.5.Стабилизация частоты

Частота свободных колебаний в контуре зависит главным образом от его индуктивности и емкости. Эти пара­метры не только связаны со свойствами катушки и конденсатора, но зависят и от присоединенных к колебательному контуру внешних це­пей. Температура и другие параметры окружающей среды могут вы­зывать изменение результирующих индуктивности и емкости и через них влиять на частоту колебаний контура. В случае генератора это приведет к изменению частоты генерируемых колебаний, которая из­меняется также при любых регулировках или изменениях в присоеди­ненных цепях. Внутренняя емкость усилительного элемента и его входное и вы­ходное активные сопротивления зависят от приложенного напряже­ния питания. Поэтому непостоянство напряжения питания транзисторами туннельного диода и других электронных элементов, входящих в состав генератора или подключенных к нему, также вызывает изме­нение частоты. Механические сотрясения и удары также могут приво­дить к изменениям частоты из-за изменений емкости и индуктивности.

Для улучшения температурной стабильности при изготовлении ко­лебательного контура выбирают материалы, наименее подверженные влиянию температуры. Дополнительно применяют температурную компенсацию, включая в состав контура компенсационный конденса­тор, емкость которого благодаря специальному подбору изоляционно­го материала уменьшается при повышении температуры и вызывает повышение частоты, что компенсирует ее понижение из-за влияния температуры на другие элементы.

Чтобы устранить влияние внешней температуры и других свойств внешней среды на генератор, его помещают в герметический термо­стат-камеру с точно стабилизированной температурой.

Нестабильность питающего напряжения устраняется применением стабилизатора. Воздействие механических сотрясений предотвраща­ется амортизацией, т.е. упругой подвеской генератора.

Эффективный способ получения колебаний стабильной частоты состоит во включении в генератор кварцевого резонатора. Такой ре­зонатор представляет собой пластину, вырезанную из кристалла кварца и помещенную между двумя металлическими обкладками (электродами). Кварцевые пластины обладают пьезоэлектрическим эффектом. При механической деформации пластины на ее поверхно­сти возникают электрические заряды (пря­мой пьезоэлектрический эффект); при дей­ствии электрического поля пластина де­формируется (обратный пьезоэлектриче­ский эффект). Если приложенное напряже­ние переменное, то пластина совершает механические колебания.

 

 

 

Рис. 11. Эквивалентная электрическая схема кварцевого резонатора

 

Кварцевая пластина, как и всякое упругое тело, обладает резонансной частотой меха­нических колебаний, зависящей от ее раз­меров. Будучи включенной в электрическую цепь, пластина представляет собой обыч­ную резонансную систему, т.е. обладает свойствами колебательного контура. Экви­валентная электрическая схема кварцевого резонатора представляет собой последовательно включенные индук­тивность, емкость и активное сопротивление, параллельно которым включена емкость между выводами резонатора (рис. 11). В соответ­ствии со схемой рис. 2.12 кварцевый резонатор имеет две резонанс-, ные частоты: частоту последовательного резонанса

,  и частоту параллельного резонанса. Пос­кольку емкость последовательно соединенных С_к и С₀ меньше емко­сти С_к, то ω₀>ω_к. Следует отметить, что разница между этими час­тотами составляет несколько сотен герц. Так как С₀ зависит и от внешних цепей, то она менее стабильна, чем со_к.

Замечательным свойством кварцевого резонатора является сла­бая зависимость его параметров от изменения температуры и напря­жения питания.

Существует большое число различных схем автогенераторов с кварцевым резонатором, отличающихся активным (усилительным) элементом (лампа, транзистор, туннельный диод, интегральный мо­дуль и т.д.) и способом или местом включения резонатора (резонатор в качестве одного из сопротивлений трехточечной схемы, резонатор в цепи положительной обратной связи и т.д.). Наиболее часто в качест­ве активного элемента используются транзистор и туннельный диод.

Одна из возможных практических схем транзисторного кварцевого автогенератора приведена на рис. 12. Кварцевый резонатор возбу­ждается на частоте, близкой к частоте последовательного резонанса со_к. Для коррекции частоты предусмотрена катушка L, включенная последовательно с резонатором. Рабочая точка транзистора определятся резисторамиR1-R2. Конденсаторы С1 и С2 совмест­но с резонатором П и катушкой Lобразуют схему емкостной трехточки.

Рис. 12. Схема кварцевого автогенератора

 

Современные передатчики, как правило, предназначены для работы не на одной часто­те, а в широком диапазоне час­тот. При этом на какой бы час­тоте ни работал передатчик, он должен обеспечить требуемую стабильность частоты. Исполь­зовать для каждой частоты кварцевый генератор нецелесообразно. Поэтому разработаны специ­альные устройства -синтезаторы частоты, в которых используют­ся способы прямого или косвенного синтеза частоты на основе стабильного опорного генератора.

Деление частоты производится специальными каскадами - дели­телями частоты, в качестве которых можно использовать, например, триггеры.

В качестве умножителей обычно используются генераторы гармо­ник, формирующие короткие импульсы из колебания, частота которо­го подлежит умножению. Спектр этих импульсов богат гармониками. С помощью узкополосного полосового фильтра из спектра импульсов выделяется сигнал требуемой гармоники.

Сложение и вычитание частот получается в процессе преобразо­вания частоты в преобразователях (иногда их называют смесителя­ми). На входы преобразователя подаются два сигнала с частотами, которые надо сложить или вычесть. При взаимодействии этих сигна­лов в преобразователе возникают составляющие различных комби­национных частот, в том числе суммарной и разностной, одна из ко­торых
выделяется фильтром

 

Рис. 13. Структурная схема синтезатора частоты

 

Принцип прямого синтеза частоты можно пояснить с помощью рис. 13, где приняты следующие обозначения: Г - кварцевый гене­ратор частоты 1 МГц; Д1-ДЗ - делители частоты на 10; У1-УЗ – умножители частоты с изменяемым коэффициентом умножения; Пр1, Пр2 - преобразователи частоты. Предположим, что необходимо по­лучить частоту 156 кГц. После делителей частоты Д1-ДЗ получаются частоты соответственно 100, 10 и 1 кГц. Установив переключатели настройки умножителей У1-УЗ в положения n₁ = 1, п₂ = 5 и п₃ = 6, получим на выходах умножителей соответственно частоты 100, 50 и 6 кГц. На выходе преобразователя Пр2 выделяется суммарный сиг­нал с частотой 50 + 6 = 56 кГц, а после преобразователя Пр1 - нуж­ная частота 156 кГц.

Выделение нужных частот после умножителей и преобразовате­лей производится резонансными контурами или фильтрами. Следует иметь в виду, что для уменьшения побочных составляющих (соседние гармоники, остатки слагаемых или вычитаемых в преобразователях сигналов, их комбинационных составляющих) необходимо использо­вать достаточно сложные фильтрующие устройства.

В синтезаторах косвенного синтеза источником колебаний рабочей частоты служит перестраиваемый по частоте управляемый напряже­нием генератор (УГ). Текущая частота УГ преобразуется в частоту, равную частоте опорного сигнала или частоте другого колебания, по­лученного из сигнала опорного генератора, и сопоставляется с ней. В результате сравнения частот (с точностью до фазы) вырабатывает­ся сигнал ошибки, который и подстраивает управляемый генератор. Цепь, выполняющая эти операции, называется системой фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ).

 

4.2.Радиоприемные устройства

4.2.1.Назначение и классификация радиоприемных устройств

Ра­диоприемные устройства используют для радиосвязи, звукового и телевизионного вещания, радионавигации, радиолокации, радио-, телеуправления и т.д. Радиоприемное устройство должно содержать все необходимые узлы для осуществления следующих процессов:

-   выделения из всей совокупности электрических колебаний, соз­даваемых в антенне внешними электромагнитными полями, сигнала от нужного радиопередатчика;

-  усиления высокочастотного сигнала;

-  детектирования, т.е. преобразования высокочастотного модули­рованного сигнала в ток, изменяющийся по закону модуляции;

-  усиления продетектированного сигнала.

Дальнейшее преобразование сигнала зависит от конкретных осо­бенностей применения радиоприемника. Если, например, приемник предназначен для одноканальной радиотелефонной связи либо зву­кового или телевизионного вещания, то принятый сигнал после уси­ления превращается в звук и изображение при помощи телефона, громкоговорителя и приемной телевизионной трубки.

Если приемник предназначен для многоканальной радиосвязи, то продетектированный и усиленный сигнал подводится к оконечному устройству, в котором происходит разделение сигналов по отдельным каналам и, если требуется, дополнительная их обработка.

Применяемые в настоящее время радиоприемники делятся на профессиональные и бытовые. Первые предназначаются для исполь­зования на линиях радиосвязи и для решения различных навигацион­ных, телеметрических и других специальных задач. Вторые служат для приема программ звукового и телевизионного вещания.

Радиоприемные устройства можно классифицировать:

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

-  по виду модуляции (с амплитудной модуляцией (AM), частот­ной модуляцией (ЧМ), однополосной амплитудной модуляцией (ОБП) и т.д.);

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

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

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

 

4.2.2. Основные показатели радиоприемников

Показатели радиопри­емников определяются их назначением. Для радиоприемников раз­ных типов они могут быть различными.

Чувствительность характеризует способность приемника прини­мать слабые сигналы. Она обычно оценивается наименьшим значе­нием ЭДС или мощностью радиосигнала в антенне, при которой воз­можен устойчивый прием с нормальным воспроизведением сигнала без недопустимого искажения его помехами.

Чувствительность приемников в зависимости от их назначения может колебаться в широких пределах. Так, чувствительность радио­вещательных приемников находится в пределах 50...300 мкВ в зави­симости от класса качества. Чувствительность радиолокационных приемников имеет значения порядка 10^-12... 10^-15 Вт. Для приемников с ферритовой антенной используется понятие чувствительности по напряженности поля. Она имеет значение от 0,3 до 5 мВ/м.

Высокая чувствительность может быть практически реализована лишь в том случае, если уровень внешних помех или собственных шумов на выходе приемника в несколько раз ниже уровня сигнала. Поэтому приемники разных видов необходимо характеризовать не только их чувствительностью, но и так называемой реальной чувстви­тельностью, под которой понимается минимальная ЭДС в антенне, при которой обеспечивается не только нормальная мощность на вы­ходе, но получается определенное превышение уровня сигнала над уровнем внешних помех или собственных шумов.

 

Рис. 14. К пояснению избирательности радиоприемника

 

Избирательностью (селек­тивностью) радиоприемного устройства называется его спо­собность выделять из различных сигналов, отличающихся по час­тоте, сигнал принимаемой стан­ции. В соответствии с этим изби­рательность приемника оцени­вается как относительное ослаб­ление сигналов посторонних ра­диостанций, работающих на раз­личных волнах, по отношению к сигналам принимаемого пере­датчика, на волну которого этот приемник настроен. Избиратель­ность осуществляется главным образом входящими в состав прием­ника колебательными контурами и фильтрами.

Понятие избирательности поясняет рис. 14, на котором показан спектр частот трех радиостанций, из которых две крайние мы рас­сматриваем как помехи. Из рис. 14 видно, что если фильтры прием­ника обладают прямоугольной частотной характеристикой, соседние (мешающие) радиостанции не создадут на его выходе никакого сиг­нала (см. рис. 14, б). Если же частотная характеристика фильтра далека от идеальной, то на его выходе кроме полезного сигнала бу­дет прослушиваться помеха (см. рис. 14, в).

Рис. 15. Резонансная характери­стика приемника

 

В первом приближении количественную оценку избирательности можно производить по резонансной характеристике приемника, изо­бражающей зависимость коэффициента усиления от частоты колеба­ний в антенне. Благодаря применению колебательных контуров и фильтров резонансная характеристика при настройке приемника на какую-либо частоту сигнала имеет вид, подобный рис. 15. Избира­тельность в отношении помехи на частотеf_cопределяется в этом случае как Se=K₀/K_п, где К₀ - коэффициент усиления на частоте настройки;К_п - коэффициент усиления на частотеf_n.

Частотная характеристика реального приемника отличается от прямоугольной. Полосой пропускания в данном случае называют об­ласть частот, в пределах которой ослабление спектра принимаемых колебаний не превышает заданного значения. Считается, что искаже­ния будут не заметны на слух, если неравномерность АЧХ в пределах полосы пропускания не превышает 3 дБ. Это соответствует уровню . Именно на этом уровне отсчитывается полоса пропус­кания. Частотные свойства контура могут быть заданы его добротно­стью Q=f₀/(2Δf).

Качество воспроизведения принятого сигнала зависит от различ­ного рода искажений сигнала в отдельных каскадах приемника. К этим искажениям относятся частотные, фазовые и нелинейные. На качест­во принятого сигнала будут влиять также различного рода помехи: атмосферные, промышленные, помехи от соседних по частоте пере­датчиков, а в диапазонах УКВ - собственные шумы приемника.

 

4.2.3.Структурные схемы радиоприемников

В настоящее время на­ходят применение приемники прямого усиления, регенеративные, су­перрегенеративные, супергетеродинные с одинарным и двойным преобразованиями частоты. Рассмотрим более подробно структурные схемы приемника прямого усиления и супергетеродинного. На рис. 16 представлена структурная схема приемника прямого усиления.

         

         Рис. 16. Структурная схема приемника прямого усиления

 

Входная цепь (ВЦ) выделяет полезный сигнал из всей совокупно­сти колебаний, наводимых в антенне от различных радиопередатчи­ков и других источников электромагнитных колебаний, ослабляет ме­шающие сигналы. Усилитель радиочастоты (УРЧ) усиливает посту­пающие из входной цепи полезные сигналы и обеспечивает даль­нейшее ослабление сигналов мешающих станций. Детектор (Д) пре­образует модулированные колебания радиочастоты в колебания, со­ответствующие передаваемому сообщению: звуковому, телеграфно­му и др. Усилитель звуковой частоты (УЗЧ) усиливает продетектированный сигнал по напряжению и мощности до величины, достаточной для приведения в действие оконечного устройства (громкоговорителя реле, приемной телевизионной трубки и др.). Оконечное устройство (ОУ) преобразует электрические сигналы в исходную информацию (звуковую, световую, буквенную и др.).

Приемник прямого усиления не может обеспечить хорошую избира­тельность и высокую чувствительность, особенно в диапазонах коротких и ультракоротких волн. Это объясняется тем, что по мере повышения частоты возрастает полоса пропускания резонансной цепи. Так полоса пропускания одиночного контура2Δfего добротность Qсвязаны соот­ношением 2Δf=f_c/Q,гдеf_c- частота принимаемого сигнала.

На высоких частотах полоса пропускания контура возрастает и кроме полезного сигнала контур будет пропускать помеху.

Заметим, что сделать селективную цепь приемника прямого уси­ления с прямоугольной или даже близкой к ней характеристикой прак­тически невозможно, так как этот контур должен быть перестраивае­мым. Фильтры, обеспечивающие прямоугольные характеристики - это многоконтурные системы, перестраивать которые одной ручкой настройки невозможно. В связи с этим приемник прямого усиления обладает плохой избирательностью.

Усилитель радиочастоты, осуществляющий усиление радиосигна­лов с различными несущими частотами, при наличии неизбежной па­разитной обратной связи (например, через источники питания или паразитные емкости) может самовозбудиться и превратиться в авто­генератор. Вероятность самовозбуждения растет с ростом частоты и коэффициента усиления. Для повышения устойчивости работы УРЧ его коэффициент усиления приходится ограничивать. Поэтому чувст­вительность приемника прямого усиления оказывается относительно низкой. Например, для того чтобы УРЧ обеспечил на входе детектора необходимое для линейного детектирования напряжение около 0,1 В напряжение на его входе, характеризующее чувствительность долж­но быть не менее 1000 мкВ. Плохая избирательность и низкая чувст­вительность, изменяющиеся в рабочем диапазоне частот, являются существенными недостатками приемника прямого усиления ограни­чивающими его использование.

 

Рис. 17. Структурная схема супергетеродинного приемника

 

От указанных недостатков свободен супергетеродинный приемник (рис. 17). Его отличительной особенностью является использование в нем преобразователя частоты, состоящего из смесителя (С) и гете­родина (Г). На выходе преобразователя мы получаем промежуточную частоту, усиливаемую в дальнейшем усилителем промежуточной час­тоты (УПЧ).

Преобразователем частоты называется устройство, предназна­ченное для переноса спектра сигнала из одной области частот в дру­гую без изменения амплитудных и фазовых соотношений между ком­понентами спектра. Поскольку при таком переносе форма спектра сигнала не меняется, то не будет меняться и закон модуляции сигна­ла. Изменяется только значение несущей частоты сигнала f_c, которая становится равной некоторой преобразованной частоте f

К преобразователю частоты кроме напряжения сигнала с частотой f_cподводится напряжение гетеродина (маломощного автогенератора) с частотой f_г. При взаимодействии этих напряжений в преобразова­теле частоты возникают составляющие различных комбинационных частот, из которых используется только одна. Обычно используется составляющаяf_np =f_г-f_c.

На практике значение fобычно меньше частоты несущей сигна­ла f_c, но больше частоты модулирующего сигнала F_c. Поскольку пре­образованная частотаf_прзанимает промежуточное значение междуf_cи F_c, то она называется промежуточной частотой.

Название «супергетеродин» составное (супер+гетеродин), в кото­ром слово «гетеродин» указывает на характерный для супергетеро­динных приемников каскад - гетеродин. Этот каскад является неотъем­лемой частью преобразователя частоты. Приставка «супер» означает, что в супергетеродинных приемниках преобразованная частота f_пррас­положена в области частот выше (сверх) частоты модуляции F_c.

В супергетеродинных приемниках основное усиление и избира­тельность осуществляются после преобразования частоты в усилите­ле промежуточной частоты (УПЧ). Важным достоинством супергете­родинного приемника является то, что в процессе его перестройки на другую станцию промежуточная частота f_npне меняется. Достигается это за счет того, что при перестройке приемника на другую частоту сигнала f_cодновременно изменяется частота гетеродина f_rтаким образом, чтобы разность f_г -f_c= f_npосталась неизменной.

Следовательно, при перестройке супергетеродинного приемника достаточно изменить резонансные частоты входной цепи, УРЧ и гете­родина. Перестраивать УПЧ при этом не требуется. Поскольку УПЧ не перестраивается, то его характеристики не меняются. При этом час­тотная характеристика контуров УПЧ может быть получена достаточ­но близкой к прямоугольной, так как в нем могут быть использованы фильтры любой степени сложности. Именно по этой причине суперге­теродинные приемники обеспечивают высокую избирательность.

Поскольку УПЧ работает на существенно более низкой частоте, чем УРЧ, он может обеспечить существенно большее усиление, так как усилительные свойства элементов улучшаются по мере пониже­ния частоты. Кроме того, при снижении частоты уменьшится влияние паразитных обратных связей, что способствует повышению коэффи­циента устойчивого усиления УПЧ. Это позволит обеспечить высокую чувствительность супергетеродинного приемника (около 1 мкВ).

Недостатком супергетеродинных приемников является наличие в них побочных каналов приема, главным из которых является зер­кальный.

Рис. 18. К вопросу возникновения зеркальной помехи

 

Зеркальный канал имеет несущую частоту f_зepк,отличающуюся от частоты полезного сигнала f_cна удвоенную промежуточную частоту f_зepк=f_c+f_np(рис. 18). Частотыf_cи f_зepкрасположены зеркально симметрично относительно частоты гетеродина f_r. Разность между f_зepкиf_rравна промежуточной частоте, как и в случае полезного сиг­нала. Поэтому, если напреобразователь частоты поступают сигналы станций f_cи f_зepк, то на его выходе обе станции дадут напряжение промежуточной частоты. Если сигнал частоты f_cявляется полезным, то сигнал частотыf_зepк,попавший на преобразователь, является по­мехой. Очевидно, что ослабление помехи по зеркальному каналу должно происходить до преобразователя частоты. Для улучшения избирательности по зеркальному каналу промежуточная частота должна быть высокой. Тогда несущие частотыf_cиf_зepк значительно различаются. При этом коэффициент передачи входной цепи (она тоже обладает резонансными свойствами) на частоте f_зepксущест­венно меньше, чем на частоте f_c, и сигнал «зеркальной» станции бу­дет значительно подавлен входной цепью. При наличии в приемнике УРЧ зеркальная помеха дополнительно подавляется за счет избира­тельных свойств УРЧ.

В бытовых радиовещательных приемниках несущая частота со­ставляет 465 кГц, т.е. она расположена в «окне» между границами радиовещательных диапазонов ДВ и СВ - 285,5. . 525 кГц.

    В приемниках, работающих на магистральных линиях радиосвязи, требуются более высокие чувствительность и избирательность как по соседнему, так и по зеркальному каналам. Это невозможно выпол­нить при выборе одной промежуточной частоты, поэтому в таких при­емниках применяют двойное преобразование частоты. При двойном преобразовании частоты первую промежуточную частоту выбирают достаточно высокой (около 1 МГц), за счет чего обеспечивается высо­кая избирательность по зеркальному каналу. Вторая промежуточная частота выбирается достаточно низкой (около 100 кГц), что позволяет получить высокий коэффициент устойчивого усиления в каскадах УПЧ и таким образом повысить чувствительность приемника при высокой избирательности по соседнему каналу.

 

4.2.4.Радиоприемные устройства систем персонального радиовы­зова

Системы персонального радиовызова (СПР) позволяют пере­давать вызов и необходимый минимум информации одному человеку или группе людей независимо от места их нахождения. Первоначаль­но СПР функционировали с радиусом действия, ограниченным терри­торией или помещениями, охваченными многовитковой проводной петлей. Подобные системы с индуктивной связью, использующие магнитное поле с низкими частотами несущих колебаний, находят в настоящее время некоторое применение.

Для значительных территорий СПР строятся на основе радиосвязи на метровых и дециметровых волнах. Абонент СПР использует мало­габаритный вызывной приемник (пейджер), имеющий индивидуаль­ный номер (адрес). Вызывающий набирает номер нужного абонента на любом телефонном аппарате, вызов поступает по телефонной се­ти на центральную станцию, преобразуется в кодированный радио­сигнал и передается на выделенной для СПР частоте в то место, где находится абонент. Если радиус действия одного передатчика цен­тральной станции не позволяет обслужить всю территорию, то она разбивается на отдельные зоны, в каждой из которых имеется свой передатчик. Сигнал вызова длительностью 1...2 с передается всем пейджерам, однако срабатывает только тот из них, который настро­ен на определенную частоту и имеет соответствующий адрес. Полу­чив вызов, абонент по телефонному аппарату по заранее известно­му номеру принимает адресованное ему сообщение, либо сигнал вызова совмещается в пэйджере с визуальным отображением со­общения небольшого объема на дис­плее. Сигнал вызова может подаваться не только одному, но и группе абонентов, которым присвоен единый адрес.

Рис. 19. Обобщенная схема пейджера

 

Пейджер реализуется в виде миниа­тюрного носимого приемника. Обобщенная схема пейджера показана на рис. 19. В усилительно-преобразовательном трак­те (УТ) осуществляются усиление, селекция и преобразование сигнала; в информационном тракте (ИТ) он де­кодируется для определения соответствия или несоответствия при­нятого адреса собственному адресу абонента и если помимо вызова передается дополнительная информация, она обрабатывается, при необходимости, записывается в память и отображается на дисплее (ДС); устройство сигнализации (УС) сигнализирует в той или иной форме о наличии вызова; блок управления (БУ), управляя работой всего пейджера, содержит таймер, переключатель вида сигнализации, переключатель ждущего режима, источник питания.

В современных миниатюрных пейджерах УТ часто реализуется по схеме с прямым преобразованием. В подобных приемниках нет зер­кального канала, что позволяет существенно упростить преселектор; применение гираторов либо цифровых фильтров позволяет сделать УТ менее сложным. В пейджерах с более широкими возможностями, предназначенными для работы в глобальных СПР, УТ выполняется по схеме с двойным преобразованием частоты.

Устройство УС может включать в себя акустическую, световую и тактильную сигнализацию.Последняя обеспечивает воздействие на кожу человека с помощью миниатюрного вибратора. Абонент выби­рает вид сигнализации по своему усмотрению. Если пейджер распо­ложен не непосредственно на теле абонента, целесообразнее ис­пользовать звуковую сигнализацию, которая, однако, может оказаться незамеченной в шумном помещении. Тогда о вызове оповестит све­товая сигнализация. В пейджерахвозможно автоматическое пере­ключение со звуковой сигнализации на тактильную, и наоборот.

-миниатюризации и повышению эргономических качеств пэй-джеров.

В настоящее время намечается обеспечение возможности ответ­ной сигнализации от абонента, либо о приеме им сообщения, либо о необходимости переадресования вызова и сообщений другим або­нентам. Рассматривается возможность приема пейджером речевой информации. Разнос между частотами передатчиков в СПР в выде­ляемых полосах частот лежит в пределах от 2,5.. .6,5 до 25 кГц.

Особого внимания заслуживает проблема ждущего режима приема сигналов, гарантирующего непрерывную круглосуточную работоспо­собность пейджера при минимальном расходе ресурса источника пи­тания. Стремление уменьшить размеры пейджера вызывает необхо­димость уменьшения размеров источника питания, что, естественно, приводит к уменьшению его ресурса. Проблема одновременной ми­нимизации размеров пейджера и увеличения ресурса источника пита­ния решается использованием в пейджере таймера, работающего в непрерывном микромощном режиме и обеспечивающего автомати­ческое прерывистое включение пейджера на время, существенно меньшее длительности выключенного состояния, и периодическим повторением от передатчика в течение определенного времени сиг­нала вызова. Естественно, при этом срок службы источника питания пейджера увеличится в число раз, примерно равное отношению дли­тельностей выключенного и включенного состояний.

Надежность вызова обеспечивается увеличением длительности и выбором периода его повторения таким образом, чтобы, по крайней мере, одно включение пейджера совпало с передаваемым вызовом. При достоверном совпадении адреса пейджера, хранящегося в его памяти, с адресом вызываемого абонента приемник сохраняется во включенном состоянии и обеспечивает дальнейший прием сообще­ния, вводя его в оперативную память.

На экономию источника питания пейджера существенно влияют синтез алгоритма его работы в ждущем режиме и выбор вида кода. Обычно в пейджере при работе в ждущем режиме на время его вклю­чения остаются обесточенными цепи, потребляющие наибольший ток (в основном это цепи сигнализации); питание на них подается только в случае приема пейджером предназначенного ему сообщения. Эко­номии ресурса источника питания способствует и применение в пейджерах дисплеев на жидких кристаллах, которые значительно эконо­мичнее светодиодов.

 

Контрольные вопросы

1.      Приведите функциональную схему радиопередатчика и поясните назна­чение ее основных узлов.

2.      Какими показателями характеризуется радиопередатчик?

3.      В чем заключаются особенности работы усилителей мощности (генерато­ров с внешним возбуждением) радиопередающих устройств?

4.      Поясните принцип работы автогенератора.

5.      Каким образом обеспечивается стабильность частоты в кварцевом авто­генераторе?

6.      Приведите структурные схемы синтезаторов частот различных типов.

7.      Как можно классифицировать радиоприемные устройства?

8.      Какие параметры характеризуют работу радиоприемного устройства?

9.      Произведите сравнительную оценку приемника прямого усиления и супер­гетеродинного приемника.

10.  Каким образом возникает «зеркальная» помеха и как можно ее умень­шить?

11.  Каковы особенности построения систем персонального радиовызова?

 

Список литературы

1.      Гершензон Е.М., Полянина Г.Д., Соина Н.В. Радиотехника. - М.: Просвещение, 1986. -319 с.

2.      Машкова Т.Т., Степанов С.Н. Основы радиотехники. - М.: Радио и связь, 1992. - 232 с.

3.      Радиосвязь, радиовещание и телевидение / Под ред. А.Д. Фортушенко. - М.: Радио и связь, 1981.-288 с.

4.      Радиоприемные устройства / Под ред. Н.Н. Фомина. - М.: Радио и связь, 1996. - 512 с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

1.ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ СВЯЗИ УЗБЕКИСТАНА

1.1. Начальный период развития почты и электросвязи в Узбекистане………………….2

          1. 1.1. Состояние и развитие средств связи Туркестана…………………….………....2

          1.1.2. Создание базы почтовой связи электросвязи Узбекистана……………………5

1.1.3.  Развитие радиосвязи и радиовещания…………………………………………..10

          1.1.4.  Первые шаги телевидения……………………………………………………….13

 

2.            ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ

 

2.1. Материалы, компоненты, устройства……………………………………………..14

  2.2. Классификация электрорадиоэлементов………………………………………… 14

2.3. Электровакуумные приборы………………………………………...….…………...16

2.4. Газоразрядные приборы……………………………………………………………...18

2.5. Полупроводниковые приборы…………………………………………………….……19

2.6. Линейные интегральнысхемы………………………………………………………22

2.7. Цифровые интегральнысхемы………...……………………………………………24

2.8. Пассивные электрорадиоэлемекты………………………..……………………………25

 

3.            ПРИНЦИПЫ  РАДИОСВЯЗИ

 

   3.1.  Некоторые сведения об электромагнитных волнах…………………………………..………….30

   3.2. Особенности распространения и использования радиоволн различных видов…..35

           3.2.1. Виды радиоволн.…………………………………………………………………35

           3.2.2. Общие свойства радиоволн………………………………………...……………36

           3.2.3. Влияние земли и атмосферы на распространение радиоволн……………..….36

           3.2.4. Распространение мириаметровых и километровых волн (сверх­длинных и длинных).…………………………………………………………………………...………….38

3.2.5.Распространение гектометровых (средних) волн. ……………………………….…….39

          3.2.6.Распространение декаметровых (коротких) волн……………………………….……….40

          3.2.7.Распространение волн короче 10 м……………………………………………………………..43

    3.3. Антенно-фидерные устройства………………………………………………………………..…..45

3.3.1. Общие принципы построения антенн…………………………………………….……..45

     3.3.2.Основные характеристики и параметры антенн……………………………………48

3.3.3.Антенны километровых и гектометровых волн………………………….....…50

3.3.4.Антенны декаметровых волн…………………………………………………..…………….52

3.3.5.Антенны метровых, дециметровых и сантиметровых волн…………………….58

 

4.            ПЕРЕДАЮЩИЕ И ПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА СИСТЕМ РАДИОСВЯЗИ И ВЕЩАНИЯ

 

4.1.1.Радиопередающие устройства……………………………………………………….…………63

4.1.2. Технические показатели радиопередатчиков…………………………...……....65

4.1.3.Особенности усилителей мощности радиопередающих уст­ройств….………..67

4.1.4.Генерирование высокочастотных колебаний……………………………....……69

4.1.5. Стабилизация частоты………………………………………………………………………..………73

 4.2. Радиоприемные устройства…………………………………………………………………………………76

4.2.1. Назначение и классификация радиоприемных устройств……………………..76

4.2.2.Основные показатели радиоприемников………………………………...…….………………77

 

4.2.3.Структурные схемы радиоприемников……………………………………….……..…………79

 

4.2.4.Радиоприемные устройства систем персонального радиовызова….....................82

 

ПРИЛОЖЕНИЕ…………………………………………………………………….…………86

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1.    Изюмов Н.М., Линде Д.П. Основы радиотехники. - М.: Радио и связь, 1983. - 376 с.

2.    Гершензон Е.М., Полянина Г.Д., СоинаH.B. Радиотехника. - М.: Просвещение, 1986.-319 с.

3.  Дубровский В.А., Гордеев В.А. Радиотехника и антенны. - М.: Радио и связь,

1992.-368 с.

4.    Чернышов В.П. Антенно-фидерные устройства радиосвязи и радиовещания. - М.: Связь, 1978.-288 с.

5.    Гершензон Е.М., Полянина Г.Д., Соина Н.В. Радиотехника. - М.: Просвещение, 1986. -319 с.

6.    Машкова Т.Т., Степанов С.Н. Основы радиотехники. - М.: Радио и связь, 1992. - 232 с.

7.    Радиосвязь, радиовещание и телевидение / Под ред. А.Д. Фортушенко. - М.: Радио и связь, 1981.-288 с.

8.    Радиоприемные устройства / Под ред. Н.Н. Фомина. - М.: Радио и связь, 1996. - 512 с.

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ В СПЕЦИАЛЬНОСТЬ

Часть 1

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

рассмотрено на заседании кафедры ТВ И РВ

 

и рекомендовано к печати

Рассмотрено на

Научно-методическом Совете ТУИТ

(протокол № ___от ________)

и рекомендовано к печати.

Составитель:

ст.преп. Кан В.С.

Отв. редактор ст.преп. Шахобиддинов А.Ш.

Корректор ст.преп. АбдуллаеваС.Х.