Файл: Oporny_konspekt.doc

Прозрачный электрод выполняется в виде сегментов, букв или символов и в зависимости от того между каким из прозрачных электродов и непрозрачным электродом создаётся электри­ческое поле в этом месте жидкий кристалл становится прозрачным и сквозь него оказывается виден непрозрачный электрод.

Достоинства: малое питающее напряжение, чрезвычайно малый потребляемый ток. Недостаток: можно использовать только при внешнем освещении.

ОСНОВЫ РАДИОТЕХНИКИ

Основные понятия и определения

Теоретической базой построения радиотехнических систем ( РТС ) является радиотехника.

Радиотехника - область науки и техники, изучающая проблемы передачи и получения информации с помощью радиоволн.

Радиоволны представляют собой электромагнитные колебания с частотами 3•10³...3•10¹² Гц. Электромагнитные колебания распространяются в околоземном пространстве со скоростью света С = 300000 км/с.

Математически радиоволны описываются гармоническими функциями

s(t) = A·Cos(2ft + φ),

где А - амплитуда,

f - частота,

φ - начальная фаза.

Основной характеристикой радиоволны является частота f. Единица измерения частоты

1 Гц - один период колебания в секунду. Для измерения радиочастот используют кратные единицы: 1 кГц = 1000 Гц, 1 МГц = 1000 кГц, 1ГГц = 1000 МГц. Зная частоту f, можно определить период Т(с) = 1/f(Гц). Зная период T, можно определить длину волны:

λ = с·Т.

Длина волны - расстояние, которое проходит электромагнитная волна за время одного периода переменного тока. Длина волны обозначается буквой λ и выражается обычно в метрах, сантиметрах или миллиметрах. Длина волны и частота обратно пропорциональны друг другу. Длина волны в метрах равна отношению 300 000 000/ f, где частота f выражается в герцах. Длину волны измеряют в метрах или кратных/дольных единицах - километрах, дециметрах и т.п.

Деление радиоволн на диапазоны

Электромагнитные волны, частоты которых произвольно ограничены частотой 3 кГц снизу и 3 000 ГГц сверху, называются радиоволнами. В соответствии с Регламентом Радиосвязи весь радиочастотный спектр подразделяется на 9 диапазонов частот. Наибольшее распространение в судовой связи имеют следующие диапазоны:

300-3000 кГц Гектометровые волны ( 1 км - 100 м )

3-30 МГц Декаметровые волны ( 100 - 10м)

30-300 МГц Метровые волны ( 10 - 1 м )

300-3000 МГц Дециметровые волны (1м-10 см)

3-30 ГГц Сантиметровые волны ( 10 - 1 см )

В каждом из этих диапазонов для использования в морской подвижной службе выделены полосы частот. В неофициальной терминологии некоторые из этих полос имеют следующие названия:

- средние волны (СВ): 405-526,5 кГц;

- промежуточные волны (ПВ): 1.605-3,8 МГц;

- короткие волны (KB): 4-27,5 МГц (в данной полосе используются выделенные для морской подвижной службы частоты в поддиапазонах 4, б, 8, 12, 16, 18/19, 22. и 25/26 МГц.

- ультракороткие волны (УКВ): 156-174 МГц.

Основные свойства радиоволн

Радиоволны представляют собой переменные связанные электрические и магнитные поля. Электромагнитное поле описывается уравнениями Максвелла, который обосновал гипотезу о том, что переменное электрическое поле возбуждает в окружающем пространстве переменное магнитное поле и наоборот. Основные свойства электромагнитного поля:

1. В однородном пространстве радиоволны распространяются прямолинейно, скорость распространения волн в воздушном пространстве равна 300.000 км\с.

2. Распространение волн в проводящей среде (земле, воде, ионизированном газе) сопровождается поглощением энергии.

3. Если волны от одного и того же источника приходят в точку приема разными путями, происходит сложение этих волн - интерференция.

4. При встрече с препятствиями волны способны огибать их - это явление называется дифракцией.

Расстояние, на котором возможно осуществление радиосвязи, зависит от выбранной частоты, мощности передатчика, чувствительности приемника, типа и размещения антенной системы, условий распространения. Для конкретного радиооборудования и антенн, установленных на судне, основным фактором, определяющим дальность связи, является выбранная частота (длина волны). Радиоволны различных диапазонов распространяются на различные расстояния.

Распространение радиоволн зависит от свойств атмосферы.

Типы волн

Расстояние, на котором возможно осуществление радиосвязи, зависит от выбранного диапазона, мощности передатчика, чувствительности приемника, типа и размещения антенн, условий распространения. Для конкретного радиооборудования и антенн, установленных на судне, основным фактором, определяющим дальность связи в конкретный момент времени, является выбранная частота связи.

При упрощенном рассмотрении распространения , радиоволн, излучаемых передающей антенной, их можно подразделить на три типа:

- поверхностные волны (surface waves);

- ионосферные волны (sky waves);

- прямые волны (space waves).

Поверхностные волны распространяются вдоль поверхности земли. При этом с ростом частоты увеличивается поглощение энергии волны землей и дальность распространения уменьшается. Поверхностные волны являются доминирующими для радиоволн частотой до 3 МГц. Причем более длинные волны легко огибают препятствия, а также огибают Землю, проходя за линию горизонта.

Ионосферные волны характеризуются наличием и свойствами ионосферы.

Ионосфера

Атмосфера, окружающая нашу Землю, представляет собой смесь ряда га­зов.

Нижний слой атмосферы назван тропосферой. Он простирается до высоты около 10 - 12 км. Выше расположена стратосфера, верхняя граница которой лежит на высоте 60-80 км.

На этой высоте начинается расслоение газов: более тяжелые молекулы кислорода располагаются внизу, более легкие молекулы азота - вверху. Стратосфера достигает высоты 60 - 70 км. Над стратосферой располагается ионизирован­ный слой атмосферы, названный ионосферой. Здесь, под воздействием солнечной и космической радиации, молекулы кислорода и азота расщепляются на атомы, часть из которых теряет элект­роны. Поэтому в ионосфере находится большое количество ионов и свобод­ных электронов. Электрические свойства ионосферы характеризуются концентрацией свободных зарядов - числом ионов и электронов в единице объема (1 куб.метре). Степень ионизации атмосферы зависит от интенсивности солнечной радиации и изменяется в различное время суток и года. Днем и в летнее время проводимость и толщина ионизированных слоев увеличивается, а ночью и в зимнее время степень ионизации уменьшается. Ионизация также изменяется вместе с солнечной активностью с периодом 11 лет - с ростом числа солнечных пятен активность слоев растет.

Ионосфера ионизирована неравномерно: она имеет слои максимумов и минимумов ионизации. Максимумы названы слоями D, E и F. Слой D находит­ся на высоте около 70 - 90 км, имеет малую концентрацию электронов и существует только в дневное время. Максимум ионизации слоя Е лежит на высоте примерно 120 - 130 км, толщина его 30 - 40 км. Слой F имеет большую толщину (200 - 600 км), а максимум ионизации его расположен на высоте 250 -350 км. Слой F в дневное и летнее время расщепляется на два слоя F1 и F2.

Концентрация электронов в ионосфере непрерывно изменяется, но замет­ные, резкие изменения происходят лишь в часы восхода и захода солнца. Днем, в освещаемой солнцем части ионосферы, ионизация усиливается и ионизиро­ванные слои опускаются ниже. Ночью ионизация в неосвещенной части ионосферы падает, слои F и Е уменьшаются, а слой D вовсе исчезает.

Помимо регулярных, закономерных явлений в ионосфере и изменений ее свойств, существуют нерегулярные, случайные возмущения ионосферы, вызванные, например, протуберанцами на солнце, влиянием мете­оров и т. п. Указанные явления могут вызвать кратковременные, а иногда и длительные перерывы в радиосвязи вследствие резких изменений в состоя­нии ионосферы в эти периоды.

Распространение средних радиоволн

Средние радиоволны СЧ (MF) - (ƒ 300...3000 кГц, l 200…3000 м) обладают более резко очерченной разницей в напряженности поля в дневное и ночное время. При организации радиосвязи в диапазоне средних радиоволн используют как поверхностную, так и пространственную волну, но пространственная волна днем почти не проходит, неся очень большие потери в мало ионизированном слое. Ночью пространственные волны могут быть хорошо использованы, так как слой D не мешает распространению, а слой Е служит хорошим отража­телем, не вносящим больших потерь энергии.

Таким образом, напряженность поля в месте приема очень сильно зависит от времени суток. Если днем нельзя принимать данную радиостанцию вслед­ствие малой напряженности электромагнитного поля, то в ночные часы прием может быть вполне устойчивым.

На распространение пространственных сред­них волн начинают действовать глубинные слои ионосферы. Эти волны проходят довольно далеко в толщу слоя Е и вследствие этого претерпевают там некоторое поглощение. Неустойчивость напряжен­ности поля средних радиоволн в месте приема осо­бенно заметна во время перехода от дня к ночи и от ночи к дню. Вообще же средневолновый диапазон и особенно его более коротковолновая часть характе­ризуются почти непрерывными колебаниями напряженности поля, основной причиной которых служат изменения концентрации, толщины и высоты ионизированных слоев и главным образом слоя Е.

Поверхностная радиоволна в средневолновом диапазоне затухает значи­тельно быстрее, чем в длинноволновом и это ограничивает радиосвязь с исполь­зованием поверхностной волны небольшими расстояниями.

На распространении поверхностных средних волн сказываются рельеф местности, а также изменения в тропосфере (температура, влажность и т. п.). Распространение поверхностной волны носит довольно постоянный ха­рактер, а поэтому и прием при использовании поверхностной волны устойчив.

Распространение коротких радиоволн

Радиосвязь на коротких волнах ВЧ (HF) - (ƒ 3...30 МГц l 10…60 м) на расстояниях от сотен до нескольких тысяч километров ведется исключительно пространственной волной. Малый радиус действия связи, использующей поверхностную волну, объясняется большими потерями электромагнитной энергии в земле. Разница в прохождении обоих видов радиоволн проявляется тем резче, чем короче рабочая волна.

При расчетах коротковолновых линий радиосвязи следует считаться с наличием зон молчания. Отражение луча от слоя ионосферы и возвращение на Землю возможно при условии малого поглощения энергии в ионосфере и большой электронной концентрации ионизированного слоя, достаточной для полу­чения нужного угла преломления, обеспечивающего возвращение луча в пункт приема. Чем больше угол преломления, тем дальше от пункта излучения луч воз­вращается к земле.

Постепенно уменьшая угол преломления, например изменением на­правления излучения антенны, можно прийти (при данной длине волны) к такому положению, когда даже при хорошей электронной концентрации ионосферного слоя луч, направленный в ионосферу, не сможет возвратиться на землю. Все лучи, вышедшие под углом, меньшим критического угла преломления, не возвратятся на землю. Расстояние от места излучения до места возвращения радиоволны на землю называется зоной молчания. Величина зоны молчания зависит от длины волны и времени суток и года. Таким образом, каждый слой в каждое время имеет граничную частоту, являющуюся наивысшей частотой, отражающейся в данное время от этого слоя. Частоты выше проходят сквозь слой без отражения.

Распространение ультракоротких волн

Радиоволны метрового ОВЧ (VHF) - (ƒ 30...300 МГц λ 10...1 м ) диапазона используют для ра­диовещания, телевидения, радионавигации и радиорелейной связи. Радиоволны короче 8 -10м при нормальном состоянии ионосферы не могут получить достаточного преломления в ионосфере и возвратиться к земле, поэтому распространение метровых и дециметровых радиоволн происходит, как правило, только при помощи поверхностной волны. Распространение волн метрового и дециметрового диапазонов на расстояние прямой видимости определяется выражением:

D=2,08 (ÖH + Öh) миль

Из этой формулы видно, что дальность связи в месте приема прямо пропорциональна высотам поднятия антенн на обоих концах радиолинии.

Следовательно, радиус действия их в пределах прямой видимости мал и составляет 40-60км. Лишь при расположении антенн на значительных высотах (100м и более) радио­связь возможна на большие расстояния. Однако наблюдается много случаев приема радиоволн этого диапазона на расстояниях, значительно превыша­ющих расстояния прямой видимости. Так как ионосфера пропускает ультракороткие волны почти без потерь, то становится возможной радиосвязь с использованием искусственных спутников. Для связи с подвижными объектами (судами) в качестве ретрансляторов используют искусственные спутники земли.

Распространение радиоволн сантиметрового диапазона

Волны сантиметрового диапазона СВЧ (SHF) - ( ƒ3...30 ГГц λ10...1 см ) используют глав­ным образом для радиолокации и радиорелейной связи. Характер распростра­нения радиоволн этого диапазона существенно отличается от характера рас­пространения радиоволн более длинноволновых диапазонов.

Первой отличительной чертой распространения радиоволн сантиметрового диапазона является почти полное отсутствие явления дифракции и прямолинейность распространения. Земная поверхность практи­чески не оказывает заметного влияния на распространение этих радио­волн, что объясняется применением в этом диапазоне антенн узко направ­ленного действия с диаграммой направленности шириной от нескольких гра­дусов до долей градуса. Второй отличительной особенностью распространения микрорадиоволн является большое поглощение энергии в атмосфере, особенно во время дождя, снега, инея, пыли, тумана, града, а также при резких перемещениях слоев нагретого и холодного воздуха.

Метеорологические условия, характерные для нижних слоев атмосферы - тропосферы, самым существенным образом влияют на распространение микрорадиоволн. Состояние тропосферы изменяется почти непрерывно и также изменяется напряженность электромагнитного поля микрорадиоволн. Зами­рание сигналов бывает как кратковременным, так и продолжительным.

Усиленное рассеивание и поглощение микрорадиоволн при возникнове­нии разных явлений в атмосфере дает возможность использовать радиоволны для наблюдения за состоянием погоды (для обнаружения приближающихся дождей, штормов, выпадений снега и т. п.) Поглощение микрорадиоволн частицами дождя тем больше, чем короче длина волны и чем интенсивнее дождь.

Напряженность поля микрорадиоволн может рассчитываться по форму­лам, используемым для диапазона ультракоротких волн, но с учетом допол­нительных потерь на поглощение и рассеяние электромагнитной энергии в частицах, находящихся в атмосфере.

СИГНАЛЫ В РТС

Классификация сигналов

1 -

t₀

0 - t_o

или

t_o

Под сигналами будем понимать изменяющийся во времени электрический ток или напряжение. Сигналы, отражающие передаваемое сообщение, могут быть непрерывными, принимающими любое значение в пределах заданного диапазона (например, на выходе микрофона), и дискретными, принимающими в заданные моменты времени одно из нескольких разрешенных значений. Например, для передачи знаков русского алфавита необходимо использовать 33 разных сигнала, для передачи цифр – 10 сигналов. Для простоты технической реализации и универсальности систем передачи информации, способных передавать различные сообщения, число используемых сигналов принимают равным 2 (для удобства анализа их обозначают обычно символами 1 и 0). Символу 1 соответствует, например, высокий уровень напряжения прямоугольной формы длительностью t₀, символу 0 - низкий (нулевой) уровень напряжения той же длительности