-           выделение полезного сигнала из смеси с шумом или другими мешающими сигналами;

-           усиление полезного сигнала;

-           ослабление мешающего действия помех, присутствующих в спек­тре воспринимаемых электромагнитных колебаний;

-           детектирование радиочастотных сигналов с целью формирова­ния колебаний, соответствующих передаваемому сообщению. Помимо вышеперечисленных основных функций для многих со­временных радиоприемных устройств характерно выполнение до­полнительных достаточно сложных операций, например:

-            частотное преобразование принимаемых радиосигналов с целью перенесения в область частот, где обеспечиваются наилучшие условия для их обработки;

-            изменение отдельных параметров радиоприемного устройства для достижения заданного или наилучшего качества его работы, т.е. адаптация при изменениях электромагнитной обстановки в месте приема, определяемой совокупностью воздействующих помех.

Обобщенная структурная схема, отражающая основные рабочие функции радиоприемных устройств, приведена на рис. 1. Схе­ма состоит из пяти функциональных блоков.

Рис.1 Функциональная схема радиоприемного устройства

В усилительно-преобразовательном блоке (УПБ) осуществляет­ся выделение полезного сигнала из всей совокупности поступающих от антенны А сигналов и помех, не совпадающих по частоте с по­лезным сигналом, и усиление последнего до уровня, необходимого для нормальной работы последующих каскадов.

В информационном блоке (ИБ) осуществляется основная обра­ботка принятого сигнала с целью выделения содержащейся в нем информации (демодуляция) и ослабление мешающего воздействия помех. При этом важнейшей задачей является выделение инфор­мации с максимальной достоверностью — так называемый опти­мальный прием. Для этого в составе ИБ могут использоваться оп­тимальный фильтр, цепи последетекторной обработки, следящие системы частотной (ЧАПЧ) и фазовой (ФАПЧ) автоматических под­строек частоты, используемые для демодуляции сигнала, а также для его поиска.

Гетеродинный блок (ГБ) преобразует частоту собственного или внешнего опорного генератора и формирует сетки частот, необхо­димые для работы преобразователей частоты в УПБ, следящих систем и устройств обработки сигнала в ИБ. Фактически гетеродин­ный блок представляет собой синтезатор частот.

Блок адаптации, управления и контроля (БАУК) позволяет осу­ществлять ручное, дистанционное и автоматическое управление режимом работы радиоприемного устройства (включение и выклю­чение, поиск и выбор сигнала, адаптация к изменяющимся услови­ям приема) и отражает качество его работы на специализированных индикаторах.

В оконечном устройстве (ОУ) энергия принятого сигнала исполь­зуется для получения требуемого выходного эффекта — акустиче­ского (телефон, громкоговоритель), оптического (кинескоп, дис­плей), механического (печатающее устройство).

Рассмотренная структурная схема является наиболее общей, однако в конкретных радиоприемных устройствах отдельные связи между блоками и даже некоторые блоки могут отсутствовать или выполнять более ограниченный набор операций, при этом упроще­ние структуры приемного устройства и ограничение функций от­дельных блоков снижают полноту реализации возможностей радио­приема.

Существуют различные системы классификации радиоприемных устройств. По основному функциональному назначению радиопри­емные устройства делятся на профессиональные и вещательные. К профессиональным приемникам, предназначенным для использо­вания в системах передачи информации, относятся связные, телеви­зионные, телеметрические и другие радиоприемные устройства. Ве­щательные приемники обеспечивают прием программ звукового и те­левизионного вещания. Их массовое производство и необходимость относительно невысокой стоимости обусловливают сравнительно простые технические решения. Профессиональные радиоприемный устройства отличаются большой сложностью и стоимостью, зачастую соизмеримой со стоимостью передающего оборудования.

Радиоприемные устройства классифицируются и в зависимости от используемого спектра радиочастот. Приемники различных диа­пазонов волн могут существенно отличаться по структуре, схемной и конструктивной реализациям, элементной базе. Однако сущест­вуют радиоприемные устройства звукового и телевизионного веща­ния, которые работают в нескольких диапазонах радиоволн, т.е. яв­ляются «всеволновыми».

По виду принимаемых сигналов приемники делят на аналоговые и цифровые. По характеру принимаемой информации различают радиотелефонные, звукового вещания, факсимильные, телевизион­ные, передачи данных и другие радиоприемные устройства. В зави­симости от вида используемой модуляции бывают приемники амплитудно-модулированных (AM), частотно-модулированных (ЧМ), фазомодулированных (ФМ) сигналов, сигналов с одной боковой по­лосой частот (ОБП) и различными видами импульсной модуляции.

Кроме того, различают радиоприемные устройства по месту ус­тановки (стационарные, мобильные, бортовые, переносные), по способу питания (питаемые от сети переменного тока, от аккумуля­торов, солнечных батарей, с универсальным питанием), по способу управления (с ручным, частично или полностью автоматизирован­ным, дистанционным, комбинированным управлением).

Метки: Радиоканал, Радиоприемное устройство.

В соответствии с классификацией радиоволн 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 и 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 микросекунды, разделенные интервалами около 1 миллисекунды, 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, 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 ив 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 в том, 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 4…30 МГц абсолютному отклонению частоты от 60 до 450 Гц. Некоторые системы радиосвязи по своему принципу работы 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 переда-тика, 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 f_2, спектр тока содержит, помимо составляю­щих с этими частотами и их гармоник, также составляющие с часто­тами вида mf1 ±nf₂, где m и п — 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 10000 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%-ной модуляции. Эксплуатационный персонал часто употребляет термин «уровень шумов», который оценивается в децибелах относительно уровня модулирующего сигнала с частотой 10ОО Гц, соответствующего коэффициенту мо­дуляции 100 %. Численно он равен величине защищенности от ин­тегральной помехи, взятой со знаком «минус».

Радиопередатчики можно классифицировать по назначению, по диапазону волн, по мощности, по роду работы, способу транспорти­ровки. Так, в зависимости от назначения передатчики делятся на связ­ные, радиовещательные, телевизионные, радиолокационные, радио­навигационные, телеметрические и т.д. По мощности передатчики подразделяются на маломощные (до 100 Вт), средней мощности (до 10 кВт), мощные (до 1000 кВт) и сверхмощные (свыше 1000 кВт). По роду работы (виду излучения) различают передатчики телеграфные, телефонные, однополосные, импульсные и т.д. По способу транспор­тировки передатчики классифицируются на стационарные и подвиж­ные (переносные, автомобильные, корабельные, самолетные и т.д.).

Метки: Длина волны, Передатчики.

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

-   получение высокочастотных колебаний требуемой частоты и мощности;

-   модуляция высокочастотных колебаний передаваемым сигналом;

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

-   излучение колебаний через антенну.

Рис.1 Функциональная схема радиопередатчика

Остановимся более подробно на требованиях к отдельным функ­циональным узлам 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:

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

-     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 КПД.

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. 1. Например, частотная модуляция может получаться в синтеза­торе частоты либо (реже) в генераторе; 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).

Метки: Радиопередатчики, Узлы радиопередатчика.

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.

Антенны указанных диапазонов можно разделить на две группы: вибраторные и поверхностные. В диапазоне метровых волн наибо­лее часто используются различные симметричные и несимметрич­ные вибраторы.

Рассмотрим в качестве примера некоторые типы телевизионных антенн.

Самой простой телевизионной приемной антенной является дипольный вибратор (линейный полуволновой вибратор) (рис. 1, а), а наиболее удобным в конструктивном отношении — петлевой виб­ратор Пистолькорса (см. рис. 1, 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 Ь и d, отстоящих от с на 0,25Х, образуются узел тока и пучность напряжения. На зажимах антенны а не возникает пуч­ность тока. Наличие узла напряжения в точке с позволяет крепить вибратор в этой точке к стреле или мачте непосредственно без изоляторов.

Описанные антенны обычно могут обеспечить качественный прием телевизионных передач на сравнительно небольших рас­стояниях от телецентра, так как они являются слабонаправленными (см. рис. 1, в). Для приема на больших расстояниях или при не­удовлетворительных условиях приема на малых расстояниях при­меняются более сложные антенны, имеющие лучшую направлен­ность.

В диапазоне MB в качестве направленных антенн большое рас­пространение получили антенны типа «волновой канал». Антенна «волновой канал» (рис. 2) состоит из активного вибратора А, рефлектора Р и нескольких директоров Д1, Д2, Д3. Из приведенной на рис. 2, 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 выше.

Рис.2 Антенна типа "волновой канал" (а) и ее диаграмма направленности (б)

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)A_, а расстояние между рефлектором и активным вибратором (0,15…0,25)А, 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.

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)Х. Расстояние между директорами и первым директором и активным вибратором выбирают (0,1 …0,34)Х. 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 MB 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 (около 8 МГц).

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 (рис. 3, а).

Если вертикальный размер антенны выбрать 0,25λ, то эту антенну можно рассматривать как обычный симметричный вибратор, совме­щенный с короткозамкнутым шунтом (рис. 3, б). В нем, так же как и в рассмотренном на рис. 1 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.

Рис.3 Устройства передающей телевизионной антенны

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 (рис. 3, в).

Большое распространение получили Ж-образные вибраторы, совмещающие в себе два плоских трапецеидальных вибратора (рис. 3, 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 0,25Л. Одинаковые фазы во всех этажах получаются автоматически, так как расстояние между этажами равно X.

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 называется раскрывом антенны. Отверстие 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. 4).

Рис.4 Конструкция рупорной антенны

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. 5). 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.5 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. 6).

Рис.6 Рупорно-параболическая антенна

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 а выбирается равным 30…40°, а длина рупора λ= 50Х. 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. 7), 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. 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.

Рис.7 Перископическая антенна

Метки: Вибратор Брауде, Вибратор Пистолькорса.

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 коэффициент полезного действия (КПД), ее размеры должны приближаться, по крайней мере, к 0,25л, т.е. на длин­ных волнах (ДВ) ее высота 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. 1, а). Эти катушки часто называют удлинительными (L_y). Сопротивление излучения у антенн с малой электрической длиной весьма мало. В то же время активное сопротивление удлинительных катушек довольно значительно. Поэтому сопротивление потерь в цепи антенны становится больше или того же порядка, что и сопротивление излучения, и КПД антенны получается довольно низким.

Рис.1 Устройство антенны длинных и средних волн: а-заземленный вибратор с удлинительной катушкой, б- Г-образная антенна, в- распределение тока в антенне с катушкой, г- распределение тока в Г-образной антенне, д- Т-образная антенна, е- зонтичная антенна

На средних волнах (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.

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. Поэтому для получения большой мощности излучения в таких антеннах приходится возбуждать большие токи. Малое сопротивление излучения приводит также к тому, что резонансная характеристика антенны становится очень ост­рой; вследствие этого антенна очень критична в настройке. Кроме того, при низком сопротивлении излучения приходится особенно тщательно выполнять заземление нижнего конца антенны, где проходит большой.

Для увеличения КПД вместо использования катушки индуктивно­сти часто увеличивают длину антенны до резонансной и сгибают ее на высоте мачты под прямым углом, образовав оставшейся частью горизонтальный участок. Такая Г-образная антенна излучает лучше, чем прямая антенна с удлинительной катушкой, но она требует уста­новки второй мачты (рис. 1, б). Если высота подвеса Г-образной 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. В ней укладыва­ется часть стоячей волны тока, близкая к пучности, к тому же пуч­ность располагается ближе к верхнему концу, который находится в наиболее благоприятных для излучения условиях (рис. 1, в, г).

Увеличить амплитуду тока на конце антенны можно также, соз­дав дополнительную горизонтальную часть в виде двух горизон­тальных лучей (Т-образная антенна на рис. 1.17, д) или в виде мно­гих лучей (зонтичная антенна на рис. 1.17, 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. 2) и антенн-мачт (рис. 3). 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.

Рис.1 Конструкция антенны-башни: 1-опорный изолятор, 2-ёмкостная шкала

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.

Рис. 3 Устройство антенны-мачты: 1-опорный изолятор, 2-световое ограждение мачты, 3-изоляторы

На СВ на расстояниях 100…300 км поля поверхностной и про­странственной волн могут оказаться соизмеримыми по амплитуде и случайными по фазе. 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)Х.

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

Метки: Длинные волны, Средние волны.

Рис.1 Симметричный вибратор и его эквивалентная схема

Рассмотрим процесс свободных электрических колебаний в сим­метричном вибраторе. Присоединим обе его половины к зажи­мам источника постоянной ЭДС (рис. 2, а). После того как рас­пределенные емкости проводов вибратора зарядятся и между его половинами возникнет разность потенциалов, отключим источник питания и замкнем обе половины вибратора перемычкой (см. рис. 2, б). При этом распределенные емкости начнут разряжаться че­рез перемычку. Очевидно, что через отрезки провода вибратора, расположенные у середины, протекает наибольший электрический заряд, и поэтому разрядный ток имеет наибольшее значение; к кон­цам же провода ток уменьшается до нуля.

Рис.2 Свободные колебания в симметричном вибраторе

Ток в проводе нарастает постепенно, поскольку в распределен­ных индуктивностях возникает ЭДС самоиндукции. Разность потен­циалов между точками, равноудаленными от середины вибратора, тем больше, чем больше эти точки удалены от середины, так как тем большая часть распределенной индуктивности провода участ­вует в его создании (см. рис. 2, б). Знак потенциала относительно средней точки по обе стороны от нее различен, так как в одной по­ловине вибратора ток течет к ней, а в другой — от нее.

По мере разрядки распределенной емкости ток в проводе нарас­тает и достигает максимума, когда она полностью разрядится. При этом вся энергия электрического поля, запасенная емкостью, пере­ходит в энергию магнитного поля распределенных индуктивностей (см. рис. 2, б). Если вначале индуктивность проводов вибратора препятствовала нарастанию тока, то теперь она препятствует его уменьшению. Поэтому ток уменьшается постепенно, сохраняя прежнее направление (см. рис. 2, г). За счет этого происходит перезаряд распределенной емкости, и когда ток спадает до нуля, емкости оказываются перезаряженными (см. рис. 2, д). После этого процесс протекает в обратном направлении (см. рис. 2, е- и). Таким образом в вибраторе возникают свободные электрические колебания. При этом в нем устанавливаются стоячие волны тока и напряжения и вдоль его длины укладывается половина стоячей волны тока и напряжения. Следовательно, длина волны Х₀ собст­венных колебаний симметричного вибратора вдвое больше его длины, т.е. л = 21. Поэтому симметричный вибратор называют также полуволновым диполем, 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. 3, а), второй зажим генератора при этом заземляется.

Если предположить, что земля является идеальным проводником, то в ней наводится ЭДС, которая действует как зеркальное изображение основного вибратора (см. рис. 3, б). Такая антенна называется вертикальной несимметричной антенной, ее высота приблизительно равна А/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: закапывают в землю металлические листы, провода; улучшают хими­ческий состав почвы, пропитывая ее различными солями.

Рис.1 Конструкция четвертьволнового вибратора

Опыт показывает, что нет надобности осуществлять полную ме­таллизацию земли, достаточно хорошо работает система радиаль­ных расходящихся проводов, закопанных в землю на глубину 20..,50 см. Качество металлизации улучшается, если радиальные провода соединяются между собой перемычками.

Часто заземление заменяют системой проводов, не зарытых, а поднятых над землей, называемых противовесом. Последний должен достаточно хорошо экранировать антенный провод от зем­ли, играя роль хорошо проводящей поверхности. Он обычно дает худшие результаты, но на передвижных радиостанциях является единственным выходом из положения. Обычно в качестве противо­веса используется корпус автомобиля, на котором расположена ра­диостанция. Таким же образом поступают при необходимости уста­новки радиостанции на каменистом грунте.

Метки: Симметричный вибратор, Электрические колебания.

Рис.1 Диаграммы направленности вертикального вибратора (штриховая линия) и антифединговой антенны (сплошная линия)

Особенностью распространения ионосферных волн в гектометровом диапазоне являются нелинейные эффекты, возникающие в ионосфере. Нелинейность ионосферы проявляется в том, что ее параметры — диэлектрическая проницаемость и удельная проводи­мость — зависят от амплитуды распространяющейся в ионосфере волны. Практически необходимо учитывать нелинейный эффект, заключающийся в перекрестной модуляции радиоволн. Перекрест­ная амплитудная модуляция возникает в том случае, когда две амплитудно-модулированные волны различных станций отражаются от одной области ионосферы. При этом более мощное поле изме­няет поглощение в ионосфере в такт с амплитудной модуляцией: при большей амплитуде поглощение возрастает, при меньшей — падает. Это изменяет поглощение другой волны в ионосфере, что приводит к ее дополнительной модуляции, от которой в приемном устройстве избавиться невозможно. Возможность возникновения перекрестной модуляции необходимо учитывать при размещении радиостанций гектометровых волн и при выборе их мощности.

Гектометровые волны применяют для связи на небольшие рас­стояния с помощью земной волны.

Километровые (длинные) и мириаметровые (сверхдлинные) вол­ны отражаются от самой нижней границы ионосферы — днем от слоя D и ночью от слоя Е, не проникая в ее глубину. Потери энергии этих радиоволн в ионосфере незначительны. Земная волна в диапазоне длинных и сверхдлинных волн также распространяется со сравни­тельно небольшим поглощением. Благодаря этому километровые и мириаметровые волны распространяются в сферическом волноводе, образованном поверхностью Земли и нижней границей ионосферы. Для этого волновода критической является длина волны около 100 км. Более длинные волны в пространстве между Землей и ионосферой распространяться не могут. Поскольку длинные и сверхдлинные вол­ны отражаются от нижней границы ионосферы, их распространение мало подвержено ионосферным возмущениям. Это позволяет ис­пользовать волны этих диапазонов для аварийной связи в полярных районах. Вследствие узости частотного диапазона на длинных и сверхдлинных волнах удается передавать небольшие потоки инфор­мации. Километровые и мириаметровые волны сравнительно глубоко проникают в морскую воду. Поэтому их используют для связи с под­водными лодками, находящимися в погруженном состоянии. Кило­метровые и мириаметровые волны применяют для передачи сигна­лов точных частот, времени и радионавигации. Для звукового веща­ния применяют радиоволны длиной до 2 км, особенности распро­странения которых мало отличаются от особенностей распростране­ния гектометровых волн.

Метки: Отражение волн, Распространение волн.

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

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

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

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

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

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

Рис.1 Функциональные схемы организации радиосети: а-сложный симплекс, б-сложный дуплекс

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

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

Таблица 1. Классификация деления радиоволн на диапазоны

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

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

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

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

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

Метки: Дуплексная связь, Симплексная связь.

Рис.1 Осаждение стекла при изготовлении заготовки методом внешнего химического осаждения из газовой фазы

После устранения стержня-затравки остается только заготовка оптического стекла, кото­рая окончательно спекается, т.е. остекловывается, и «схлопывается» под воздействием высокой температуры. После этого вытягивается волокно методом, аналогичным описанному в предыдущем параграфе.

Метки: OCVD, Стержень-затравка.

Рис.1 Модифицированный метод химического осаждения из газовой фазы

После осаждения необходимого количества слоев, удовлетворяющих требованиям изготовления волокна, к трубке подают дополнительное те­пло, что приводит к ее «схлопыванию» и образованию твердого стержня или заготовки. Эту заготовку затем помещают в башню для вытяжки, как показано на рис. 2. Конец заготовки опускают в высокотемпера­турную печь, где он плавится, что позволяет сформировать волокно. Это волокно пропускается через устройство, измеряющее диаметр вытянуто­го волокна.

Информация о диаметре волокна затем используется регулятором ско­рости вытяжки для коррекции темпа, с которым волокно вытягивается. Затем для защиты волокна на него наносится специальное покрытие, для чего свежевытянутое волокно проходит через ванну для нанесения по­крытия. После того как материал покрытия затвердевает (используемый для покрытия акрилат затвердевает под воздействием ультрафиолетового излучения; для этого волокно проходит через область создаваемого лампами мощного УФ-излучения), волокно наматывается на приемную бобину. Приемный механизм может включать в себя также контрольное устройство, в котором к волокну прикладывается определенное усилие для проверки его на прочность.

Метки: MCVD, УФ излучение.

Изменяя показатель преломления n симметрично относительно цилиндра, можно имитировать показатель распределения потерь. При этом многомодовое оптическое волокно с градиентным профилем действует на пучок света, распространяющийся по нему, как совокупность линз

Такой подход, проиллюстрированный рис. 1, может применяться для уменьшения количества отдельных мод, распространяющихся по волокну, приблизительно от 10 000, что типич­но для многомодовых волокон со ступенчатым профилем, примерно до 300 мод, что типично для многомодовых волокон с градиентным профи­лем.

Плавное изменение показателя преломления приводит к тому, что моды, распространяющиеся на большем расстоянии от центра, прохо­дят вблизи границы сердцевина оболочка по среде с меньшим показа­телем преломления, чем показатель преломления в центре. Фактически зти моды более высокого порядка проходят такой же оптический путь, как и моды более низкого порядка, поскольку более низкий показатель преломления среды, расположенной на большем расстоянии от централь­ной оси, уравновешивает более длинную пространственную траекторию. Трудности, связанные с модовым шумом, чувствительностью к изгибам и, в конечном счете, с полосой пропускания, являются причиной того, что в области телекоммуникаций преимущественно используются одно- модовые оптические волокна. То же самое относится и к использованию волокон в высокопроизводительных волоконно-оптических датчиках.

Метки: Оптоволокно с градиентным профилем, Показатель преломления.

Подобные методы совер­шенствовались и развивались столетиями. Хорошо известен видеотеле­фон Александра Грейама Белла, использовавшийся для передачи сооб­щений с помощью светового луча на расстояние около 200 м. Развитие подобных методов сдерживалось из-за отсутствия хороших источников света и надежных каналов передачи с низкими потерями. Ситуация полно­стью изменилась в 1962 году благодаря изобретению лазера. В свободном пространстве когерентный свет, испускаемый таким источником, может быть получен удаленным приемником, находящимся на расстоянии сотен тысяч километров. Отсутствие подходящей передающей среды тем не ме­нее продолжало препятствовать развитию оптической связи, пока Капрон и др.  не продемонстрировали, что затухание света в волокне из пла­вленого кварца настолько мало, что позволяет создавать протяженные линии связи. Используя длинные волокна толщиной с волос, можно про­кладывать многокилометровые волоконные линии для передачи сигналов с помощью модулированного лазерного излучения.

На рис. 1 показа­но, как свет передается по волокну. Рассмотрим пловца на дне водоема. Если он посмотрит на поверхность воды под достаточно малым углом, дно водоема полностью отразится на поверхности раздела вода — воздух. Примерно то же происходит внутри волокна; свет передастся благода­ря множеству внутренних отражений. Внутри волокна свет отражается от материала оптической оболочки, имеющей меньший коэффициент пре­ломления, снова в сторону сердцевины. Таким образом, непрерывные вну­тренние отражения позволяют свету распространяться по ходу движения. Одновременное начало производства компаниями Corning Inc. и Bell Labs волокна с низкими потерями открыло дверь оптической связи и дешевым волоконно-оптическим датчикам, способным обеспечить высокую произ­водительность.

Метки: Канал передачи, Передача света по волокну.

Весогабаритные характеристики датчиков являются критичными при их использовании в таких областях, как аэрокосмическая, и здесь, благодаря своим небольшим весу и размеру, волоконно-оптические датчи­ки получают существенное преимущество по сравнению со многими дру­гими изделиями. К тому же такие датчики невосприимчивы к электро­магнитным помехам. Традиционные электрические датчики часто при­ходится размещать в тяжелой экранирующей оболочке, что значительно увеличивает их стоимость, размер и вес.

Устойчивость к воздействи­ям внешней среды является определяющей при использовании волоконно- оптических датчиков в условиях высокой температуры, а твердотельная структура позволяет им выдерживать предельные уровни вибрационных и ударных нагрузок. К перечисленным выше свойствам можно добавить высокую чувствительность и широкополосность. При объединении кана­лов матрицы датчиков широкая полоса пропускания самих оптических волокон позволяет передавать получающиеся в результате данные и тем самым обеспечивает определенное преимущество.

Метки: Преимущества датчиков, Широкополосность.

Проектировщики ЦОД оптимизи­руют инфраструктуру с целью ради­кального снижения операционных рас­ходов. К примеру, в США типовой пока­затель энергопотребления ЦОД — 1.5 кВт м и делать свыше 3 кВт на стойку считается плохим тоном. Ока­зывается выгодным даже устанавли­вать стойки с неполной забивкой. Здесь «играет» и возможность эффективного отвода тепла, которую легче обеспе­чить как раз при указанных условиях. Так что все озабочены повышением производительности на единицу пло­щади.

Еще один тренд — повышенное вни­мание к спектру и качеству услуг, что включает в себя SLA (Service Level Argeement — соглашение об уровне качества услуг) — показатели надеж­ности доступность, квалифицирован­ный эксплуатационный персонал. Конечно, показатели качества услуг — это сегодня банальность, но что делать если с точки зрения поставщика v потребителя они разные? Надо искать и находить компромиссы.

Чего не хватает рынку ЦОД гак это квалифицированных консультантов. Как минимум, чтобы просчитать v минимизировать риски Невредно под­считать и энергетическую эффектив­ность. разработав соответствующие методики, дабы определить, сколько денег «выбрасывается» непосред­ственно «в форточку» в виде тепла. Собственно, чем больше тепла уходит на непосредственно работу, тем пра­вильнее построен ЦОД. Кстати, что касается наукоемких вычислительных задач, то они нарушают сложившееся мнение о среднем потреблении на стойку и по прогнозам зарубежных спе­циалистов требуют от 30 до 80 кВт. К примеру, ЦОД, действующий в МГУ, потребляет 33 кВт на стойку. Куда девать все это избыточное тепло? Можно, например, подогреть корпора­тивный бассейн. А вообще-то с этой точки зрения ЦОД целесообразно строить на севере. Ну и разводить пар­никовое хозяйство в придачу. Правда есть опасения что призыв «Приез­жайте к нам на Колыму’» вряд ли «зажжет» сердца ИТ специалистов.

А теперь пару слов о глобальном ЦОД построении. Поскольку потреби­тельскими свойствами обладает не сам ЦОД и не связь, а решение в целом, российская компания Synterra приме­нила глобальный и одновременно ком­плексный подход к проблеме строи­тельства ЦОД в рамках известной про­граммы «40×40″, что означает создание 40 собственных ЦОД в различных горо­дах РФ с подключением их к магист­ральной сети на скоростях 40 Гбит/с. Так создается контентно-ориентированная инфраструктура на всей терри­тории РФ, которая является связующим звеном для всех составляющих инфра­структуры компании: магистральной транспортной сети, сети дальней связи, IP MPLS-сети передачи данных и др. Да и клиенты получают не просто каналы и серверы, а всю ИТ инфраструктуру «под ключ».

Что касается будущего ЦОД то хотя бы перспективы «облачных вы­числений» надолго снимают все вопросы. А касательно облика ЦОД складывается интересная ситуация: согласно закону Мура, серверы не­прерывно уменьшаются в размерах с одновременным увеличением объемов хранимой информации. И если вы начали проектировать ЦОД то к мо­менту его постройки он успевает морально устареть, потому что то, что вчера помещалось в комнате, сегодня уже легко помещается в стойке а то что было в стойке, — глядишь, уже по­мещается в кассете и вроде бы дешевле просто подождать… но ждать-то нельзя, потому что информа­ция требует, чтобы вы шли дальше, дальше, дальше…

Метки: Альтернативные источники энергии, ИТ инфраструктура.

В целом ЦОД — это отказоустойчи­вая комплексная централизованная система, обеспечивающая автоматиза­цию бизнес-процессов с высоким уров­нем производительности и качеством предоставляемых сервисов. Основны­ми инфраструктурами таких центров являются информационная телеком­муникационная и инженерная.

Информационная составляющая ЦОД обеспечивает непосредственно работу с потоками данных, их передачу, обработку и хранение Важнейшей со­ставляющей ЦОД является. Система хранения данных (СХД) — комплексное решение по организации надежного хранения информационных ресурсов и предоставления гарантированного до­ступа к ним серверов ЦОД Система хранения данных тесно интегрируется с другими его компонентами и подсисте­мами. Используемое серверное обору­дование отличается повышенной на­дежностью. Для обеспечения сохранно­сти информации используются систе­мы резервного копирования.

Телекоммуникационная инфраструк­тура предоставляет возможность связи между центром обработки данных и пользователями Крупные ЦОД имеют собственные каналы связи, которые подключают к серверам.

Инженерная составляющая ЦОД включает в себя системы по обеспече­нию бесперебойной работы беспере­бойное электроснабжение, кондицио­нирование с поддержанием требуемой температуры, пожаротушение и сигнализацию в случае чрезвычайных про­исшествии обеспечение контроля до­ступа и управления.

Для предотвращения утечки инфор­мации в ЦОД интегрируются системы ограничения физического доступа в технологические помещения а также системы видеонаблюдения. Излишне говорить что специалисты ЦОД ведут круглосуточный мониторинг работы серверов.

«Хороший» ЦОД представляет собой комплекс попарно дублированных сете­вых узлов соединенных таким образом, чтобы выход из строя одного из них не отражался ни на работоспособности ЦОД ни на качестве обслуживания кли­ентов. Все узлы объединены и управ­ляются системой управления (также дублированной). Со стороны клиентов сеть ЦОД является полностью «про­зрачной» и имеет резервные каналы связи (не обязательно в горячем резер­ве) для обеспечения возможности опе­ративного умощнения стыков с внешни­ми сетями связи.

Клиентское оборудование размеща­ется в специально оборудованных по­мещениях (боксах стойках с подведе­нием всех необходимых коммуника­ций), отделенных от помещений, где расположены основные телекоммуни­кационные узлы ЦОД и его системы управления.

Электропитание осуществляется так­же по полностью резервированной схе­ме с использованием источников неза­висимого питания как на аккумуляторах так и дизель-генераторах (а то и генера­торах на базе авиационных турбин).

Система вентиляции и кондициони­рования рассчитана на экономичное обеспечение заданных температурных режимов во всех помещениях центра как при неполной, так и при полной кли­ентской загрузке помещений.

Серьезная проблема — энергопо­требление и охлаждение К примеру, требования к энергетической системе ЦОД IV уровня надежности предусмат­ривают. помимо всего прочего, полное резервирование электропитания. Такой ЦОД должен быть оснащен как мини­мум двумя полностью независимыми электрическими системами, начиная от фидеров электропитания и входных магистралей от провайдеров услуг связи и заканчивая дублированием блоков питания блеид-серверов.Закон Мура описывающий темпы эволюции электронного мира пока еще приме­ним в отношении настольных систем и производства процессоров, но пере­стает быть справедливым в мире круп­номасштабных ЦОД. Те новые тенден­ции, которые определяют облик ЦОД нового поколения на предстоящие пять лет, очерчивают весьма острые пробле­мы, связанные с безудержным ростом уровня их энергопотребления в усло­виях резко возрастающего дефицита энергомощностей. По оценкам анали­тиков Uptime Institute в ближайшие пять лет стоимость эксплуатации этих объ­ектов возрастет от 5 до 15 раз. Надо сказать, что в преломлении глобально­го финансового кризиса эти выводы аналитиков носят еще более угрожаю­щий характер.

В 2000 г средним уровень энергопо­требления на стойку составлял 2,5 кВт, в 2006 г — 10 кВт. а к концу 2010 г., как говорят прогнозы, учитывая нынешние темпы роста, он превысит 30 кВт. В результате резко возрастут расходы на электропитание и охлаждение В 2000 г. они составляли около 20 % стоимости новых серверов, сегодня превысили 50 % и. если ничего не изменится, ско­ро достигнут 80 %. Правда, не следует сразу же сильно пугаться, ибо и сама микроэлектроника предусматривает некоторый прогресс в части снижения энергопотребления микросхем. Но из- за огромных объемов энергопотребле­ния ЦОД становятся объектами нападок со стороны «зеленых’ движений, а решение проблем диверсификации путей энергоснабжения переходит на общегосударственный и международ­ный уровень. На практике муниципали­теты крупных городов даже ограничи­вают максимальную мощность для новых ЦОД, а к примеру, в Амстердаме вообще запрещено строить объекты с высоким уровнем потребления электро­энергии.

По данным компании АРС, структу­ра потребления электроэнергии со­временного ЦОД выглядит следующим образом: системы охлаждения — 50 %, компьютерная нагрузка — 36 источники бесперебойного питания — 11 %, освещение, пожарная сигнали­зация — 3 %. Зато, к примеру, упомя­нутая выше виртуализация положи­тельно влияет на системы хранения и вскоре должна распространиться на уровень сетей. Сегодня эта технология позволяет представить один физиче­ский сервер как несколько логических машин. И как показывает практика, в хорошо управляемой виртуализированной серверной среде уровень загрузки ресурсов повышается с 30 % до более чем 90 %.

И еще одна чисто отечественная проблема — «квартирный вопрос», ко­торый подчас портит все дело. Ведь для создания ЦОД необходимо наличие соответствующих площадей поблизо­сти от незагруженных энергетических источников.

Метки: Облачные вычисления, Обработка данных, ЦОД.