Принципы радиосвязи

Принципы радиосвязи

Технические показатели радиопередатчика

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

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.
Читать далее

Основные функциональные узлы радиопередатчика

Схема и конструкция радиопередатчика зависят от различных факторов: назначения, диапазона рабочих частот, мощности и т.д. Тем не менее можно выделить некоторые типовые блоки, которые однако имеются в большинстве передатчиков.

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.
Читать далее

Конструкции антенн 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.

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). Рис.1 Дипольный (а) и петлевой (б) вибраторы и их диаграмма направленности (в)

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.
Читать далее

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 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 (Ly). 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.
Читать далее

Особенности работы симметричного вибратора

Симметричный вибратор в качестве излучателя входит в состав многих антенн. В принципе 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. 1).

Рис.1 Симметричный вибратор и его эквивалентная схема

Читать далее

Распространение гектометровых, километровых и мириаметровых волн

Для отражения гектометровых и более длинных волн от ионо­сферы требуется меньшая электронная концентрация, чем для от­ражения декаметровых волн. Гектометровые волны отражаются от слоя Е. При этом днем они очень сильно поглощаются слоем D и даже при больших мощностях передатчиков (сотни киловатт) днев­ной уровень поля на этих волнах оказывается ниже уровня помех. Прием ионосферной волны на гектометровых (средних) волнах возможен только ночью. Земная волна в этом диапазоне распро­страняется на большие расстояния, чем на коротких волнах, что позволяет обеспечить радиовещание на расстояниях около 300…400 км при мощности радиопередатчика около 100 кВт и при использо­вании передающих антенн высотой 100…200 м. Ночью помимо зем­ной волны появляется ионосферная волна. Вследствие интерфе­ренции этих волн возникают замирания. Период замираний состав­ляет несколько минут. Сравнительно большой период замираний на гектометровых волнах объясняется тем, что при большей длине волны требуется более сильное изменение высоты отражения в ионосфере для существенного изменения фазы ионосферной вол­ны. Замирания могут иметь селективный характер. Для борьбы с замираниями применяют специальные антифединговые передаю­щие антенны (замирания иногда называют федингом). Антифединговая антенна в отличие от элементарного вибратора имеет диа­грамму направленности (ДН) в вертикальной плоскости, сильно прижатую к Земле (рис. 1.). Поэтому ионосферная волна прини­мает значительный уровень только на больших расстояниях от пе­редатчика за пределами зоны, обслуживаемой земной волной, за­мирания в этой зоне устраняются. Ночью, когда исчезает слой D, гектометровые волны могут быть приняты на больших расстояниях от радиопередатчика за счет ионосферного распространения. При этом многолучевость приводит к замираниям сигнала.

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.
Читать далее

Общие схемы организации радиосвязи

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

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

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

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

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

Разработка сайта: cryptonic