Общие сведения о теории и технике радиосвязи.

Россия – родина радио.

Александр Степанович Попов 1895 года 7 мая (25 апреля по старому стилю) выступил на с сообщением о своём изобретении. Он изобрёл первую в мире беспроводную систему связи. Задача передачи сигналов на большие расстояния была по сути решена, и необходимо было только дальнейшее усовершенствование этого изобретения.

В 1896 году была осуществлена передача слов «Генрих Герц» азбукой Морзе на расстояние 250 метров.

Так же, итальянец Маркони в 1896 году изобрёл в точности такой же прибор, не зная, что его уже изобрёл Попов А. С. и ему так же вручили вознаграждение.

 

Общие сведения о теории и технике радиосвязи.

Радиосвязь – разновидность беспроводной связи, при которой в качестве носителя сигнала используются радиоволны, свободно распространяемые в пространстве.

Радиоволна – электромагнитная волна с частотой до 3 ТГц. Система радиосвязи предназначена для передачи информа­ции на расстояние с помощью радиосигналов. Информация, выра­женная в определенной форме, представляет собой сообщение, которое подлежит передаче на расстояние.  Любое передаваемое сообщение преобразуется в электрический сигнал.

 

Общие сведения о распространении радиоволн. Классификация радиоволн (радиочастот).

Распространение радиоволн — явление переноса энергии электромагнитных колебаний в диапазоне радиочастот.

Радиоволны – это электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве со скоростью света (300 000 км/сек).

Классификация – РИСУНОК

Общие сведения о моделях радиосигналов и помехах радиосвязи.

Электромагнитные помехи – это непоражающие электромагнитные излучения, которые ухудшают качество функционирования радиоэлектронных средств (РЭС), работающих на принципе приема, усиления и преобразования энергии электромагнитных волн.

В реальных каналах связи обычно имеют место аддитивные и мультипликативные помехи.

Мультипликативные (искусственная) помехи – это помехи, которые обусловлены случайными изменениями параметров канала связи (перемножается с сигналом).

Аддитивные (естественные) помехи по своему происхождению делятся на внутренние, возникающие в самом канале, главным образом в аппаратуре и внешние поступающие в канал от посторонних источников.

 

Основные параметры

-несущая частота

-кпд

-выходная мощность

-модуляция

Структурные схемы РПУ. Во многих случаях структура РПУ состоит из двух частей – возбудитель и усилитель мощности. В возбудителе на малом уровне мощности формируются высокочастотные колебания и производится их модуляция. В усилителе мощности эти колебания усиливаются и по фидеру поступают в антенну.

 

Возбудитель (задающий генератор - ЗГ) представляет собой маломощный автогенератор, частота которого стабилизирована кварцевым резонатором.

 Последующие каскады усиливают мощность до необходимого уровня. Структурная схема – многокаскадная.

Последующее умножение частоты в одном или нескольких каскадах (УЧ) позволяет понизить частоту возбудителя, что также способствует повышению её стабильности, ослабляет влияние мощных каскадов и нестабильности нагрузки на возбудитель.

В данной схеме модуляция осуществляется в промежуточном каскаде (МК– модулируемый каскад), модулирующее напряжение поступает на МК через усилитель низкой частоты – модулятор М.

 Модулированные колебания поступают далее на усилитель мощности УМ, с выхода которого по фидеру сигнал проходит в антенну.

Характеристики ам передатчика:

1. Первой основной хар-кой модулирующего каскада является хар-ка, позволяющая судить о его способности изменять амплитуду высокочастотного колебания. Это статическая модуляционная характеристика (СМХ). Её снимают, заменив источник модулирующего сигнала источником постоянного напряжения.

2. Динамическая модуляционная характеристика – это зависимость коэф. модуляции от амплитуды низкочастотного напряжения, снятой при постоянной частоте модулирующего напряжения.

3. Частотная модуляционная характеристика (ЧМХ), т. е. зависимость коэф. модуляции от частоты модулирующего напряжения при постоянной амплитуде этого напряжения

 

Нагрузочные характеристики.

Цепи согласования.

Цепи согласования предназначены для преобразования нагрузочного сопротивления в некоторое другое эквивалентное сопротивление в коллекторной цепи, обеспечивающее критический режим работы транзистора.

Реактивная составляющая сопротивления нагрузки должна быть скомпенсирована путем включения последовательно с нагрузкой дополнительного реактивного сопротивления другого знака, или учитывается при расчете элементов цепи согласования.

При работе транзистора в режиме с отсечкой коллекторного тока цепь согласования должна обеспечить хорошее выделение требуемой гармонической составляющей, т.е. должна обладать резонансными свойствами.

Цепь согласования должна иметь высокий коэффициент полезного действия и мощности на выходе ЦС и на ее входе соответственно.

К цепям согласования выходных каскадов предъявляются жесткие требования по фильтрации гармоник. Мощность побочных излучений не должна превышать 25*10-6...1*10-3 Вт в зависимости от диапазона частот, мощности и назначения передатчика.

 

Модуляция смещением.

Коллекторная модуляция

Самым распространенным методом АМ, применяемым в транзисторных генераторах, является коллекторная модуляция, при которой напряжение питания на коллекторе транзистора изменяется в соответствии с модулирующим сигналом звуковой частоты:

Е_к= Е_кн+ U_кΏcosΏt = Е_кн(1+m_к cosΏt)

I_к1= I_кн+ I_кΏcosΏt = I_кн(1+m_к cosΏt),

где Е_кн и I_кн напряжение на коллекторе и амплитуда первой гармоники коллекторного тока в режиме несущей частоты, U_кΩ и I_кΏ – амплитуды модулирующего напряжения и низкочастотной составляющей коллекторного тока звуковой частоты, m_к= глубина модуляции в коллекторной цепи.

 

Однополосная модуляция.

Принцип

В радиосигнале с АМ 70 % мощности передатчика расходуется на излучение сигнала несущей частоты, который не содержит никакой информации о модулирующем сигнале. Остальные 30 % делятся поровну между двумя боковыми частотными полосами, которые представляют собой точное зеркальное отображение друг друга. Таким образом, без всякого ущерба для передаваемой информации можно исключить из спектра сигнала несущую и одну из боковых полос, и расходовать всю мощность передатчика для излучения только информативного сигнала.

В детекторе приёмника для декодирования однополосного сигнала приходится восстанавливать несущую, то есть смешивать однополосный сигнал и частоту специального гетеродина. В супергетеродине для этого ставится отдельный гетеродин, работающий на частоте, равной последней ПЧ; в приёмнике прямого преобразования несущую восстанавливает единственный гетеродин приёмника; приёмники прямого усиления для приема ОМ, вообще говоря, непригодны.

Сигнал с однополосной модуляцией занимает в радиоэфире полосу частот вдвое уже, чем амплитудно-модулированный, что позволяет более эффективно использовать частотный ресурс и повысить дальность связи. Кроме того, когда на близких частотах работают несколько станций с ОМ, они не создают друг другу помех в виде биений, что происходит при применении амплитудной модуляции с неподавленной несущей частотой.

Недостатком метода являются относительная сложность аппаратуры и повышенные требования к частотной точности и стабильности.

Для формирования сигнала ОМ используются различные методы:

· Фильтровый (наиболее распространенный): на выходе смесителя ставится высокодобротный полосовой фильтр с шириной полосы пропускания, равной одной боковой полосе. С этой целью применяются, например, лестничные фильтры на кварцевых резонаторах или электромеханические фильтры.

· Фазоинверсионный (фазокомпенсационный): одна из боковых полос инвертируется по фазе и складывается сама с собой (компенсируется). Несущая при этом подавляется фильтром или балансным модулятором.

Рис. 3.33. Значения амплитуд и начальных фаз радиосигналов KAM

Рис. 3.34. Структурная схема модулятора сигнала с КЛМ: 1,2 — умножители; 3 — фазосдвигающее на п /2 устройство; 4 — вычитающее устройство

Если амплитуда импульсов остается постоянной, то сигнал с KAM превращается в сигнал с многократной ФМ.

Структурная схема модулятора показана на рис. 3.34.

Использование KAM позволяет (как и при многократной ФМ) сократить ширину спектра сигнала в log раз или при той же ширине полосы, что и для двоичной ФМ, увеличить скорость передачи в k = log N раз, где N — число значений амплитуд и начальных фаз.

 

33.  Синтез частот - формирование дискретного множества частот из одной или нескольких опорных частот f_ОП. Опорной называется высокостабильная частота автогенератора, обычно кварцевого.

Синтезатор частот — устройство для генерации периодических сигналов (гармонических колебаний, или электрических тактовых сигналов) с определёнными частотами с помощью линейных повторений (умножением, суммированием, разностью) на основе одного или нескольких опорных генераторов. Синтезаторы частот служат источниками стабильных (по частоте) колебаний в радиоприёмниках, радиопередатчиках, частотомерах, испытательных генераторах сигналов и других устройствах, в которых требуется настройка на разные частоты в широком диапазоне и высокая стабильность выбранной частоты. Стабильность обычно достигается применением фазовой автоподстройки частоты или прямого цифрового синтеза (DDS) с использованием опорного генератора с кварцевой стабилизацией. Синтез частот обеспечивает намного более высокую точность и стабильность, чем традиционные электронные генераторы с перестройкой изменением индуктивности или ёмкости, очень широкий диапазон перестройки без каких-либо коммутаций и практически мгновенное переключение на любую заданную частоту.

Основными параметрами синтезатора являются: диапазон частот выходного сигнала, количество и шаг сетки частот, долговременная и кратковременная нестабильность частоты, уровень побочных составляющих в выходном сигнале и время перехода с одной частоты на другую.

Методы синтеза частот:

1) прямой аналоговый синтез (ПАС, Direct Analog Synthesis, DAS) на основе структуры смеситель/фильтр/делитель, при котором выходная частота получается непосредственно из опорной частоты посредством операций смешения, фильтрации, умножения и деления;

2) косвенный (indirect) синтез на основе фазовой автоматической

подстройки частоты (ФАПЧ, Phase Locked Loop, PLL), при котором выходная частота формируется с помощью дополнительного генератора (чаще всего это генератор управляемый напряжением (ГУН)), охваченного петлей ФАПЧ;

3) прямой цифровой синтез частоты,

при котором выходной сигнал синтезируется цифровыми методами;

4) гибридный синтез, представляющий собой комбинацию нескольких методов, описанных выше.

Метод прямого синтеза.

В прямых методах синтеза частота выходного сигнала формируется из частоты опорного генератора (или из частот нескольких опорных генераторов – датчиков опорных частот (ДОЧ)) путем ее преобразования (умножения, деления, алгебраического сложения). Нужную составляющую преобразованного колебания отделяют от остальных узкополосным перестраиваемым фильтром в селекторе гармоник (СГ).

Прямым методам синтеза частот свойственен ряд достоинств и недостатков: методы прямого синтеза частот предпочтительны в тех случаях, когда на выходе синтезатора частот требуется одновременно несколько когерентных сигналов с разными частотами (то есть для многочастотных синтезаторов). В прямых синтезаторах частот можно обеспечить сколь угодно малый шаг частоты выходного сигнала (до тысячных долей герца) при использовании методов идентичных декад, дуад или тетрад.

Метод непрямого синтеза.

При косвенных методах синтеза частот выходной сигнал получают самостоятельно от подстраиваемого по частоте генератора (ПГ) без каких-либо нелинейных преобразований. Для обеспечения требуемой стабильности частоты ПГ используют систему автоматической подстройки частоты (АПЧ) по сигналу опорного эталонного генератора. Система АПЧ в косвенных синтезаторах, как правило, является фазовой (ФАПЧ) ввиду большой точности ее работы по сравнению с частотной АПЧ. Что касается ПГ, то в качестве него используется, как правило, транзисторный автогенератор, выполненный по схеме емкостной трехточки, и УЭ с варикапом, включенным в колебательный контур.

36.  В отличие от традиционных (аналоговых) решений, цифровые синтезаторы используют цифровую обработку для получения требуемой формы выходного сигнала из базового (тактового) сигнала. Сначала с помощью фазового аккумулятора создаётся цифровое представление сигнала, а затем генерируется и сам выходной сигнал (синусоидальной или любой другой желаемой формы) посредством цифро-аналогового преобразователя (ЦАП).Скорость генерации цифрового сигнала ограничена цифровым интерфейсом, но весьма высока и сопоставима с аналоговыми схемами. Цифровые синтезаторы также обеспечивают довольно малый уровень фазовых шумов. Однако основным достоинством цифрового синтезатора является исключительно высокое разрешение по частоте (ниже 1 Гц), определяемое длиной фазового аккумулятора. Главные недостатки – ограниченный частотный диапазон и большие искажения сигнала. В то время как нижняя граница рабочего диапазона частот цифрового синтезатора находится близко к нулю герц, его верхняя граница, в соответствии с теоремой Котельникова, не может превышать половины тактовой частоты. Кроме того, реконструкция выходного сигнала невозможна без фильтра нижних частот, ограничивающего диапазон выходного сигнала приблизительно до 40% тактовой частоты.

Другая серьезная проблема – высокое содержание нежелательных спектральных составляющих из-за ошибок преобразования в ЦАП. С этой точки зрения цифровой синтезатор ведёт себя как частотный смеситель, генерирующий побочные составляющие на комбинационных частотах. В то время как частотное местоположение этих составляющих можно легко вычислить, их амплитуда гораздо менее предсказуема. Как правило, искажения более низкого порядка имеют наиболее высокую амплитуду. Тем не менее, искажения высокого порядка также приходится учитывать при разработке архитектуры конкретного синтезатора. Амплитуда паразитных спектральных составляющих увеличивается и с увеличением тактовой частоты, что также ограничивает диапазон генерируемых частот. Практические значения верхней границы диапазона находятся в районе от нескольких десятков до нескольких сотен мегагерц при уровне дискретных спектральных продуктов -50…-60 дБн. Очевидно, прямое умножение выходного сигнала частотного синтезатора невозможно из-за дальнейшей деградации спектрального состава.

 

Россия – родина радио.

Александр Степанович Попов 1895 года 7 мая (25 апреля по старому стилю) выступил на с сообщением о своём изобретении. Он изобрёл первую в мире беспроводную систему связи. Задача передачи сигналов на большие расстояния была по сути решена, и необходимо было только дальнейшее усовершенствование этого изобретения.

В 1896 году была осуществлена передача слов «Генрих Герц» азбукой Морзе на расстояние 250 метров.

Так же, итальянец Маркони в 1896 году изобрёл в точности такой же прибор, не зная, что его уже изобрёл Попов А. С. и ему так же вручили вознаграждение.

 

Общие сведения о теории и технике радиосвязи.

Радиосвязь – разновидность беспроводной связи, при которой в качестве носителя сигнала используются радиоволны, свободно распространяемые в пространстве.

Радиоволна – электромагнитная волна с частотой до 3 ТГц. Система радиосвязи предназначена для передачи информа­ции на расстояние с помощью радиосигналов. Информация, выра­женная в определенной форме, представляет собой сообщение, которое подлежит передаче на расстояние.  Любое передаваемое сообщение преобразуется в электрический сигнал.