Файл: Oporny_konspekt.doc

К недостаткам однополосной модуляции следует отнести большую сложность формирования сигнала сравнительно с двухполосной амплитудной модуляцией AM. Кроме того, к стабильности частот передатчика и приемника предъявляются более высокие требования чем при однополосной.

Характеристики классов излучений, используемых в морской подвижной службе.

В радиосвязи используют различные виды модулированных колебаний (излучений). Регламентом радиосвязи предусмотрено обозначение трех характеристик излучения.

Первый индекс – буква, обозначающая тип модуляции основной несущей. Излучения, при которых основная несущая модулируется по амплитуде, обозначаются:

А – двухполосная;

Н – однополосная с полной несущей;

R - однополосная с частично подавленной несущей;

J – однополосная с полностью подавленной несущей;

Излучения, при которых несущая имеет угловую модуляцию, обозначаются:

F - частотная модуляция;

G - фазовая модуляция.

Второй индекс – цифра, обозначающая характер сигнала, модулирующего основную несущую.

1 - цифровая информация без использования модулирующей поднесущей;

2 – цифровая информация с использованием поднесущей (звуковой частоты);

3 – аналоговая информация.

Третий индекс – буква, обозначает тип передаваемой информации, например,

А – телеграфия для слухового приема (код Морзе);

В – телеграфия для автоматического приема (буквопечатание – телекс);

Е – телефония;

Обозначение различных классов излучений

А1А - Unmodulated Morse code - немодулированная несущая

A2A - Double-sideband (DSB) modulated Morse - АМ кодом Морзе с двумя боковыми частотами

H3E - SSB Full-carrier telephony (2182 kHz) - Однополосная АМ телефония с полной несущей

J3E - SSB Suppressed - carrier telephony - Однополосная АМ телефония с подавленной несущей

F1B – Telex - ЧМ-буквопечатание (телекс)

J2B - Telex - ЧМ-буквопечатание (телекс)

F3E\G3E - Frequency\Phase modulated telephony - ЧМ/ФМ телефония

АНТЕННЫ

Устройство, предназначенное для излучения радиоволн, называется передающей антенной. Устройство, предназначенное для улавливания радиоволн, называется приемной антенной.

Антенны обладают свойством обратимости : любая передающая антенна может работать как приемная, и наоборот. Однако, во многих случаях конструкции приемных и передающих антенн различны Передающие антенны предназначены для излучения большой мощности. В приемных антеннах протекают слабые токи, такие антенны имеют более простую конструкцию

Антенны характеризуются диаграммой направленности. Диаграмма направленности передающей антенны - это зависимость интенсивности излучения от направления Диаграмма направленности приемной антенны - это зависимость амплитуды э. д. с. (электродвижущая сила), наводимой в антенне, от направления прихода электромагнитной волны Судовые антенны, как правило, являются ненаправленными антеннами, те излучают и принимают одинаково во всех направлениях

Антенна должна быть настроена в резонанс на излучаемой частоте Чем ближе антенная цепь к резонансу, тем больше ток в антенне и тем больше излучаемая электромагнитная энергия Для достижения этой цели длина антенны должна быть соизмерима с длиной излучаемой волны (должна составлять 1/4 длины волны или величину, кратную 1/4 длины волны), что невозможно выполнить для радиостанции, работающей не на одной частоте, а в диапазоне частот. На практике длина судовой УКВ антенны берется соизмеримой с 1/2 длины волны, а длина антенны промежуточных и коротких волн - с 1/4 длины волны

Полное электрическое сопротивление антенны должно быть равно выходному сопротивлению усилителя мощности передатчика. Процесс достижения этого условия называется согласованием антенны, а устройство, которое обеспечивает согласование - согласующим устройством. Согласующие устройства используются, как правило, в радиостанциях промежуточных и коротких волн (эти станции имеют большой коэффициент перекрытия диапазона - отношение верхней и нижней частот диапазона передатчика).

Передающие антенны - устройства для преобразования высокочастотных токов (напряжений) в электромагнитное поле, приемные антенны выполняют обратные преобразования. Соединение антенн с приемниками и передатчиками осуществляется с помощью фидеров - линий для передачи энергии радиочастотных сигналов от радиопередатчика к антенне или от антенны к радиоприемнику.

Антенну можно рассматривать как открытый колебательный контур. В обычном контуре электрическая энергия сосредоточена между обкладками конденсатора, а магнитная - между витками катушки. Для того чтобы "выпустить" электрическое поле наружу, необходимо раздвинуть обкладки конденсатора. Для сохранения значения емкости при этом необходимо увеличивать размеры обкладок. Аналогичным образом создается внешнее магнитное поле. В пределе колебательный контур превращается в два провода. Т.о. антенны представляют собой цепи с распределенными параметрами, в которых индуктивность и емкость распределены вдоль проводника, длина которого должна быть соизмерима с длиной волны электрических сигналов. Для создания электромагнитных волн необходимо подключить сигнал в разрыв между проводами, которые называются вибратором. Максимальную энергию вибратор излучает при резонансе, т.е. когда длина проводников равна половине длины волны. Такую антенну называют полуволновым вибратором.

Если вибратор поместить в переменное электромагнитное поле, под влиянием поля в нем возникнут колебания тока и напряжения, т.е. вибратор в этом случае выполняет роль приемной антенны.

Максимальное значение амплитуды тока возникнет, когда длина приходящей волны равна удвоенной длине вибратора. Максимальное значение тока возникает в середине вибратора, поэтому фидер (провод) для передачи тока к приемнику следует подключать к разрыву в середине вибратора (такой вибратор называют симметричным).

Симметричный полувибратор

Структура электрического Е и магнитного H полей вблизи диполя: пунктир - силовые линии электрического поля; тонкие линии — силовые линии магнитного поля; О - точка наблюдения.

Антенны излучают или принимают электромагнитные волны в различных направлениях неодинаково. Характеристикой направленности антенны называют зависимость мощности излучения от направления на одинаковом расстоянии от антенны. График этой зависимости называют диаграммой направленности, численное значение - коэффициентом направленности.

На рисунке показана диаграмма направленности полуволнового вибратора для плоскости, в которой он расположен (вертикальная ДН), и плоскости, перпендикулярной его оси (горизонтальная ДН). В первом случае существуют два максимума излучения (приема) в направлении, перпендикулярном оси вибратора, во втором случае вибратор излучает энергию равномерно во всех направлениях.

Приведенная на рисунке диаграмма направленности симметричного полувибратора соответствует случаю, когда он расположен далеко от поверхности земли (на расстоянии много больше длины волны), т.е. в свободном пространстве. Проводящая земная поверхность изменяет характер процессов в антенне и ее диаграмму направленности.

Вертикальный несимметричный вибратор

Влияние земной поверхности можно учесть с помощью зеркального изображения антенны. Рассмотрим вертикальный проводник длиной L, касающийся одним концом земной поверхности. Резонансная длина волны такого вертикального несимметричного вибратора равна учетверенной длине вибратора. Такие антенны (их называют "штыри") устанавливают на судах. При длине вибратора меньше четверти длины волны для увеличения "электрической" длины антенны к верхнему концу присоединяют отрезок горизонтального провода, что создает дополнительную емкость (Г- или Т-образная антенна).

При изменении длины волны излучения для настройки антенны в резонанс используют согласующее устройство - включают колебательный контур с переменными параметрами. Согласующее устройство включают на выходе радиопередающего устройства для увеличения мощности, передаваемой в антенну. В современных радиопередатчиках настройка согласующего устройства осуществляется автоматически.

Судовые антенны.

УКВ-радиостанция имеет, как правило, одну приемопередающую антенну, представляющую собой несимметричный вибратор высотой до 1,2 метра, устанавливаемый вертикально

В диапазоне промежуточных и коротких волн могут использоваться штыревые антенны (высотой 6-10 метров), антенны-мачты и проволочные антенны. Проволочные антенны могут быть Г- или Т-образной формы. Для изоляции антенн используются специальные высокочастотные изоляторы, рассчитанные на соответствующее рабочее напряжение и механическую нагрузку. При длине проволочной антенны более 25 метров она должна обязательно иметь приспособление для предотвращения обрыва при сильном натяжении (например, страховую петлю с механическим предохранителем в антенном фале с разрывным усилием механического предохранителя не более 0,3 разрывного усилия антенного канатика. Проволочная антенна ПВ диапазона должна иметь полностью смонтированную запасную антенну и устройство для быстрой ее замены.

Рамочные и магнитные антенны

Для уменьшения размеров антенн применяют рамочные и магнитные антенны, которые реагируют на магнитную составляющую электромагнитного поля. Рамочная антенна представляет собой плоскую катушку прямоугольной или круглой формы, витки которой намотаны на жесткую рамку.

Магнитная антенна представляет собой катушку с ферритовым сердечником. Эти антенны являются также слабонаправленными - диаграмма направленности рамочной антенны аналогична диаграмме симметричного вибратора, расположенного вдоль оси рамки, магнитная антенна имеет нуль диаграммы вдоль оси антенны. Эти антенны менее чувствительны, чем, например, Г-образная.

Направленные антенны.

В диапазоне УКВ для увеличения дальности широко используются направленные антенны.

1 - кабель питания; 2 - рефлектор; 3 - директоры; 4 - активный вибратор. Направление максимального излучения показано стрелкой.

Например, антенна типа "волновой канал", имеет диаграмму направленности в виде узкого вытянутого в одну сторону лепестка. Такая диаграмма направленности достигается за счет добавления к симметричному вибратору рефлектора (за вибратором) и директоров ( до 8 - перед вибратором) - см. рис.3.4. Подобные антенны применяются в телевидении для приема дециметровых каналов.

В радиолокации (сантиметровый и миллиметровый диапазон волн) используются рупорные и щелевые антенны.

Для передачи электромагнитной энергии в этих диапазонах используются специальные линии - волноводы. В спутниковых системах связи применяют направленные антенны (Inmarsat-В), или не направленные антенны ( Inmarsat-C и др.).

Линии передачи.

Для передачи энергии от передатчика к антенне (или от антенны к приемнику) применяют специальные линии - фидеры, имеющие малые потери энергии в них на радиочастотах. Простейшей линией передачи является двухпроводная линия. Расстояние между проводами линии значительно меньше длины волны. Токи, текущие в проводниках, имеют разное направление, в результате чего поля вокруг проводников взаимно компенсируются и излучения энергии не происходит.
Коаксиальный кабель, является несимметричной линией передачи. Внешний его проводник (оплетка) всегда соединяется с землей, что экранирует поле, создаваемое внутренним проводником. На очень высоких частотах (для длин волн короче 10 см) используют волноводные линии передачи, в которых энергия
распространяется внутри полости волновода. Фидерные линии характеризуются волновым сопротивлением равным нагрузке. В них устанавливается режим "бегущей волны". У двухпроводных линий волновые сопротивления обычно лежат в пределах 150-600 Ом, у коаксиальных кабелей - 50-200 Ом. Если активное сопротивление антенны не равно волновому сопротивлению фидера, то в ней устанавливается режим
"стоячей волны", измеряемый соответствующим коэффициентом - КСВ (SWR).

Для уменьшения КСВ (идеальный вариант - КСВ = 1) применяются всевозможные согласующие устройства, которые согласуют сопротивления линии и антенны, а также компенсируют реактивные составляющие антенны. В качестве согласующих устройств применяют трансформаторы, отрезки фидерных линий и другие устройства. Следует также учесть, что физическая длина коаксиального фидера не совпадает с его "электрической длиной" и поэтому одним из вариантов согласования является подгонка его длины. В оптимальном варианте - длина кабеля должна быть кратна половины длины рабочей волны, умноженной на коэффициент укорочения наполнителя (в зависимости от типа коаксиального кабеля он изменяется в пределах от 0,66 до 0,85). В современных передающих устройствах (с транзисторными выходными
каскадами) величина их сопротивления близка к волновому сопротивлению используемых фидеров, а в ламповых - несколько отлична. Поэтому, в последних, между выходом такого передатчика и фидером ставят блок настройки. Его функцию выполняет П-контур передатчика.

Генераторы гармонических колебаний

Электронным генератором называется устройство форми­рования незатухающих электрических колебаний той или иной формы, выполненное на основе применения электрон­ных приборов. В состав электронного генератора входит, как правило, усилитель, который за счет энергии источника пита­ния создает на выходе генератора колебания заданной мощ­ности. Для поддержания их незатухающими необходимо на вход усилителя постоянно подавать колебания неубывающей амплитуды. В простейшем случае это может быть часть коле­бания, выделяющегося в нагрузке, и передающегося по цепи обратной связи на вход усилителя. Таким образом, структур­ная схема электронного генератора должна состоять, как ми­нимум, из двух блоков: усилителя и цепи обратной связи.

Для создания генератора необходимо выполнение баланса амплитуд и баланса фаз. Формируемое колебание знакопеременно и значение сигнала, подаваемого на вход усилителя, охваченного обратной связью, зависит от фазы колебания, про­шедшего по петле этой связи. При синфазности сигнала, про­шедшего по петле обратной связи, с первоначальным их воз­действия складываются, увеличивая результирующее прояв­ление, при противофазности - вычитаются, компенсируя его.

Генератор, работающий в режиме самовозбуждения, на­зывается автогенератором. В нем, как указывалось выше, часть выходного колебания передается на вход усилителя че­рез цепь обратной связи. Учитывая, что режимы возникновения колебаний и поддержания их ста­ционарными близки, но не одинаковы, можно сде­лать вывод, что автогенератор должен сначала работать в пер­вом из них, а затем во втором. При малых амплитудах он будет способствовать возрастанию колебаний, а затем (при больших амплитудах) поддерживать колебания неизменными.