«1 1. Информация из ФГОС, относящаяся к дисциплине 1.1.Вид деятельности выпускника Дисциплина охватывает круг вопросов относящиеся к виду деятельности выпускника: научно-исследовательская деятельность, ...»

Большой вклад в развитие отечественного телевизионного вещания внесли радиолюбители, которые конструировали устройства для приема сначала зарубежных радиостанций, передававших изображение по системе с механической разверткой, а затем и первых отечественных. Среди известных радиолюбителей особое место занимает Антон Яковлевич Брейтбарт (1901–1986). Он разработал малогабаритную дешевую конструкцию Б-2, ставшую единственным типом приемного ТВ устройства, запущенного в дальнейшем в массовое серийное производство.

Одним из первых отечественных телевизоров промышленного изготовления следует считать «телевизор для индивидуального пользования» разработки ленинградского завода им. Коминтерна, который выпускался в 1932 году. Серийное изготовление упомянутого выше дешевого малогабаритного телевизора Б-2 на том же заводе началось только в начале 1936 года. Весьма любопытно заметить, что «телевизор индивидуального пользования Б-2» и любительские конструкции для приема ТВ программ не были телевизорами в полном значении этого термина, а фактически представляли собой ТВ приставку к радиоприемнику (рис. 3.3).

Рис. 3.3 Принципиальная схема ТВ приемного устройства Б- Из представленной принципиальной схемы устройства Б-2 видно, что оно состоит из неоновой лампы 1, генератора строчной развертки на частоту 375 Гц, собранного на триоде СО-118 по регенеративной схеме с параллельным питанием, ведущего мотора, синхронизирующего мотора и диска Нипкова, насаженного на одну общую ось вращения роторов моторов. В качестве синхронизирующего мотора использован реактивный мотор, известный тогда радиолюбителям больше под названием колеса Лакура, или фонического колеса. Генератор управляется строчными синхронизирующими импульсами, передаваемыми в составе ТВ сигнала телепередатчика (ТВ камеры) Московского радиовещательного технического узла (МРТУ). Сигнал с генератора поступает на обмотки 2 колеса Лакура, что и обеспечивает во время передачи синхронное и синфазное вращение дисков Нипкова ТВ приставки и телепередатчика МРТУ.

Рис. 3.4. Схема переделки трансформаторного выхода радиоприемника: 1 — оконечная лампа приемника; 2 — гнезда (или зажимы) для подключения ТВ приемного устройства; 3 — однополюсный выключатель; 4 — выходной трансформатор; — громкоговоритель Для подключения приставки к любому радиоприемнику необходимо было провести простейшие доработки, которые могли выполнить достаточно квалифицированные телезрители (неоновая лампа ТВ приставки включается в разрыв анодной цепи радиоприемника вместо первичной обмотки выходного трансформатора громкоговорителя, как показано на схеме. Такая простейшая модернизация радиоприемника позволяла использовать его в обычном режиме для приема радиовещательных программ или только для приема ТВ изображения. Высокую оценку приставке дал известный мэтр среди ученых-телевизионщиков A.M. Халфин: «из всех телевизоров, которые были выпущены за годы существования механического ТВ вещания, телевизор Б-2 оказался самым удачным не только у нас в Союзе, но и, пожалуй, за границей.

Во всяком случае ничего столь простого и компактного не было ни разу сконструировано».

В современном понимании телевизор эпохи механического ТВ вещания должен был состоять из двух радиоприемников, один из которых предназначался для приема изображения и в качестве нагрузки имел неоновую лампу, а второй — на другой волне принимал звуковое сопровождение ТВ программ. Как самостоятельные установки телевизоры в годы механического телевидения не разрабатывались. В связи с этим небезынтересно отметить, что в течение всех лет функционирования механического телевидения ТВ программы, как в немом кино, часто сопровождались показом пояснительных титров. Делалось это для тех телезрителей, которые не имели второго радиоприемника. По этой же причине для москвичей (с 1937 года) звуковое сопровождение ТВ программы дублировали по городской проводной трансляционной сети.

Разработка любительской конструкции Б-2 была началом большого творческого пути А.Я. Брейтбарта, ставшего затем крупным ученым в области телевидения и радиолокации. Он был не только разработчиком Б-2, но и активно участвовал в вводе в эксплуатацию (1938 г.) электронного Опытного ленинградского телецентра (ОЛТЦ) в стандарте 240 строк, 25 кадров/с с прогрессивной разверткой. Это был первый телецентр, созданный полностью отечественными специалистами на отечественных узлах и деталях. После ввода ОЛТЦ в эксплуатацию Антон Яковлевич становится его первым главным инженером. Огромный вклад в развитие телевидения было сделано Борисом Львовичем Розингом, профессором Петербургского технологического института. Занимаясь в течение 10 лет исследованиями в области телевидения, Б.Л. Розинг 25 июня 1907 года подал заявку на «Способ электрической передачи изображений на расстояние». По этой заявке ему был выдан патент № 18076.

Следует отметить, что его работы были известны не только в России, но и получили международное признание: в Англии ему был выдан патент на «Новый, или улучшенный, метод электрической передачи на расстояние изображений и аппаратуру такой передачи» (1908 г.), в Германии — патент на «Способ электрической передачи изображений с приемом изображений при помощи электронно-лучевой трубки» ( г.).

Осенью 1910 года Розинг делает в Русском техническом обществе доклад «Об электрической телескопии и одном возможном способе ее выполнения». Единственно правильный путь реализации телевидения Б.Л. Розинг видел в применении безынерционных электронных приборов. Эту задачу можно решить лишь при помощи электронного пучка. Поразительно, но этот смелый вывод был сделан в то время, когда сама электроника находилась в зачаточном состоянии. «Катодный пучок, — писал изобретатель, — есть именно то идеальное перо, которому самой природой уготовано место в аппарате получения изображения в электрическом телескопе. Оно обладает тем ценнейшим свойством, что его можно непосредственно двигать с какой угодно скоростью при помощи электрического или магнитного поля, могущего быть притом возбужденным со скоростью света с другой станции, находящейся на каком угодно расстоянии». На телевизионную систему, использующую модуляцию скорости электронного пучка, Розинг получил в 1911 году сначала российский патент, потом английский, германский и американский.

В СССР вещание электронного телевидения началось в 1938 году на импортном оборудовании со стандартом разложения на 343 строки. Затем был подготовлен переход на 441 строку, но Великая Отечественная война помешала внедрению этого стандарта.

По окончании войны, в мае 1945 года, Московский телецентр первым в Европе возобновил свою работу. Одновременно шла подготовка к переходу на стандарт строк, предложенный советскими специалистами. В 1948 году Московский телецентр перешел на этот стандарт.

Первое вещание цветного телевидения в СССР осуществлялось по несовместимым системам (1953–1956 гг.), не обеспечивающим прием программ цветного телевидения на обычные черно-белые телевизоры и прием на цветные телевизоры программ черно-белого ТВ в черно-белом изображении. В основном использовались электроннооптические системы с поочередной передачей и воспроизведением цветов с помощью синхронно и синфазно вращающихся перед передающей и приемной трубками дисков с тремя цветофильтрами. Было разработано также оборудование, у которого вращающиеся диски заменялись тремя соответствующими трубками с неподвижными цветофильтрами или различными люминофорами и с оптическим разложением (на передающей стороне) и сложением (на приемной стороне) световых потоков (изображений). Изображение по данной системе разлагалось на 525 строк при 144 полях. Для этого была разработана специальная аппаратура, на Шаболовке (в Москве) оборудована студия, построена специальная башня высотой 110 м для передающей антенны и установлены передатчики.

Первая совместимая, полностью электронная система цветного телевидения NTSC была разработана в США на стандарт 525 строк, 30 кадров, вещание по которой ведется с 1953 г. Опытное вещание по этой же системе в СССР началось в 1957 году.

В СССР регулярное цветное телевизионное вещание по совместимой системе началось в 1967 году.

В настоящее время в мире используются три системы цветного телевидения — NTSC (в 54 странах с населением 870 млн человек), СЕКАМ (в 61 стране с населением 760 млн человек) и ПАЛ (в 81 стране с населением 3,5 млрд человек). При этом если учесть, что система ПАЛ используется в Китае и Индии, где проживают 1,4 млрд человек, то грубо можно считать, что все три системы распределены между странами равномерно.

3.3 Перспективы развития радиотехники и радиоэлектроники В настоящее время трудно представить область науки и техники, где не использовались бы достижения радиотехники. Уже прочно вошло в быт не только звуковое и телевизионное вещание, но и сотовая телефония, космическая телефония, персональные средства связи, пейджинговая связь, компьютерная радиоэлектроника, управление бытовыми приборами, управление наземными, морскими, воздушными транспортными средствами и др. Идет бурное развитие телеметрических систем, радиолокационных систем наземного, воздушного и космического базирования и систем связи с освоением новых радиочастотных диапазонов. Интенсивно ведутся работы по созданию техники связи в микроволновом диапазоне частот.

С развитием цифровой техники актуальность использования радиотехнических и радиоэлектронных устройств и систем не только не уменьшается, а увеличивается.

К таким системам можно отнести системы цифрового звукового и телевизионного вещания. Уже сейчас решаются вопросы по массовому внедрению цифрового телевизионного вещания. Развитие высоких технологий привело к возникновению микро- и наноэлектронной базы.

Достаточно отметить, что современное воздушное судно имеет на своем борту более сотни различных радиоэлектронных средств навигации, локации, сопровождения и обеспечения связи на протяжении всего времени полета. Существующие спутниковые системы обеспечивают навигацию и сопровождение не только межконтинентальных лайнеров, но даже индивидуальных транспортных средств, личных автомобилей и самолетов. Возможность использования последних достижений радиотехники стало доступно и рядовым индивидуальным потребителям.

Особую роль в развитии радиотехники и радиоэлектроники в настоящее время играет технология и изготовление узлов и деталей. Современные беспроводные системы связи представлены широким ассортиментом поставляемых на рынок изделий.

С ростом сложности радиоэлектронных систем возрастает и потребность в их обслуживании, управлении, не ухудшая их технических характеристик. С этой задачей может справиться только автоматизированная система управления и контроля, разработанная на базе микроконтроллеров и микропроцессоров. Для обеспечения гибкости проектирования и изготовления современные системы проектирования используют приемы программной схемотехники, т.е. на уровне отладки программного продукта.

С изменением требований технических характеристик и сервиса обслуживания достаточно лишь ввести или «прошить» новую программу работы контроллера радиоэлектронной системы.

В настоящее время идет бурное развитие новых информационных технологий передачи данных, так называемая беспроводная технология bluetooth. Данная технология позволяет создать локальную компьютерную сеть в радиусе 20…100 метров, обеспечивающая работу целого комплекса устройств: компьютер, мобильный телефон, принтер, различную бытовую технику т.д. Используемый диапазон рабочих частот в настоящее время определен 2,4-2,4835 ГГц. Такая технология беспроводной связи позволяет управлять различными устройствами, как на основе компьютера, так и без его использования. Практически все устройства уже обладают определенными узлами обработки, преобразования и передачи информации.

Рис. 3.4. Области применения беспроводной технологии передачи данных bluetooth Основным элементом, обеспечивающим беспроводную связь, являются адаптеры Bluetooth, подключаемые к USB-порту компьютера.

Следует отметить огромную роль радиотехнических средств в исследовании атмосферы, околоземного пространства, планет солнечной системы, ближнего и дальнего космоса. Последние достижения в освоении солнечной системы, планет и их спутников является наглядным подтверждением.

Рис. 3.5. Изображение поверхности планеты Марс, переданное с американского марсохода Opportunity (2004 год) Наряду с этим одновременно разрабатываются также методы и техника создания помех радиолокационным станциям, системам сопровождения и наведения и различного рода радиовзрывателей, а также системы перехвата несанкционированных источников радиоизлучения.

Именно высококвалифицированный специалист в области радиотехники, радиоэлектроники и высоких информационных технологий передачи, приема и обработки информации определяет уровень развития общества в целом. Как распорядиться всеми достижениями разума и каково последствие научно-технического прогресса зависит только от тебя — радиоинженера будущего.

Одной из важнейших характеристик любой реальной радиолинии, является преобладающий способ распространения электромагнитной волны. Он ограничивает максимальную дальность связи и скорость передачи информации, определяет медианный множитель ослабления, период и глубину замираний сигнала, условия ЭМС различных радиоэлектронных средств и т. д. В свою очередь преобладание того или иного способа распространения на данной трассе определяется рабочей частотой. Поэтому, большую практическую значимость имеет деление радиоволн по диапазонам частот (волн) и по способам их распространения.

Деление радиочастот и радиоволн на диапазоны, установлено международным регламентом радиосвязи. В соответствии с этим регламентом весь спектр электромагнитных волн и частот делят на ряд диапазонов, номера которых «n» определяют их нижние (исключительно) 0,310n Гц и верхние (включительно) 310n Гц частоты. При этом часть свободно распространяющихся в природных условиях ЭМВ, использующихся в радиотехнике для передачи сигналов, называют радиоволнами. К радиоволнам относятся диапазоны с n 412, наименование которых приведено в таблице 1.

Граничные ча- Наименование диапазо- Граничные длиНаименование диапазона волн 0,3–3 ТГц Гипервысокие (ГВЧ) 1–0,1 мм Децимиллиметровые (ДММВ) Опираясь на принятую десятичную классификацию, ширину спектра соответствующего диапазона определяют по формуле:

Эволюцию практического использования диапазонов радиоволн можно обозначить несколькими этапами.

На первом этапе развития радиотехники (примерно до 1918 года), потребности радиосвязи удовлетворялись в основном за счт использования диапазонов СДВ и ДВ. Электромагнитные волны указанных диапазонов обладают хорошим круглосуточным распространением вокруг Земли и поэтому наиболее пригодны для систем глобальной радиосвязи, радионавигации и морской подвижной радиосвязи. В то же время, к недостаткам практического использования указанных диапазонов следует отнести: громоздкостью антенных устройств, наличие высокого уровня атмосферных и промышленных помех, низкую пропускную способностью радиотракта.

На втором этапе (примерно до 1940года), с появлением и развитием таких областей прикладной радиотехники как: радиосвязь и радиовещание, радионавигация и радиолокация, возникла необходимость в использовании более высокого диапазона радиочастот. В частности, стали осваиваться СВ, имеющие те же преимущества и недостатки (но менее выраженные), что и ДВ, а также KB, которые на большие расстояния распространяются путм многократного отражения от земной поверхности и ионосферы. Радиоволны КВ диапазона оказались пригодными не только для глобальной радиосвязи и радиовещания, но и для различных систем подвижной и радиолюбительской связи. Однако в точку прима радиоволны КВ диапазона как правило приходят различными путями, что приводит к явлению интерференции ЭМВ и, как следствие, к быстрым и глубоким изменениям уровня принимаемого сигнала.

Наконец на третьем, современном этапе, когда быстрыми темпами продолжают развиваться прежние службы радиосвязи и появились новые (подвижная и космическая радиослужбы, телеметрия, телеуправление и др.), радиоспециалисты были вынуждены обратиться и к остальным диапазонам радиоспектра.

Самое широкое применение в различных областях практической деятельности человека нашли MB. Электромагнитные волны этого диапазона слабо подвержены таким явлениям как дифракция и рефракция, но, в то же время, испытывают сильное ослабление при распространении вдоль поверхности Земли. В диапазоне МВ уровень атмосферных и индустриальных радиопомех значительно меньше, чем в выше рассмотренных диапазонах и поэтому доминирующими становятся помехи космического происхождения.

Распространение поверхностных радиоволн определяется двумя факторами:

дифракцией и влиянием земной поверхности. Как известно, воздух не вызывает ослабления радиоволн практически во всех диапазонах частот и, казалось бы, поэтому земная волна должна распространяться без поглощения. Однако это верно лишь в том случае, если земная волна проходит высоко над поверхностью земли. Если же радиоволны проходят вблизи от поверхности земли, то на их распространении сказываются свойства земной поверхности.

Если бы земная поверхность была идеально проводящей, радиоволны отражались бы от нее без потерь, т.е. земля в этом случае была бы экраном, препятствующим прохождению волн в глубь почвы. В реальных условиях земля не является ни идеальным проводником, ни идеальным изолятором. Радиоволны, попавшие в землю, возбуждают в ней переменные электрические токи, которые часть своей энергии расходуют на нагрев почвы. Величина потерь энергии в земле очень сильно зависит от частоты радиоволн и сопротивления почвы электрическому току. В почве с увеличением частоты радиоволн величина индуцируемой ЭДС возрастает, и соответственно увеличиваются токи в земле, которые создают электромагнитное поле обратного направления. Поэтому дальность распространения поверхностных радиоволн очень быстро уменьшается с увеличением частоты.

При уменьшении проводимости грунта радиоволны глубже проникают в среду и, следовательно, возрастает их поглощение. Еще А.С. Попов заметил, что над поверхностью моря дальность радиосвязи увеличивается по сравнению с дальностью связи над сушей. Надо учитывать также, что скорость распространения радиоволн в земле меньше, чем в воздухе, и при движении их вдоль ее поверхности нижний край волны отстает от верхнего, фронт волны наклоняется, и помимо движения вдоль поверхности земли происходит распространение радиоволны сверху вниз. Вышеперечисленные факторы ограничивают возможности использования поверхностной волны диапазонами сравнительно длинных волн (мириаметровые, километровые, гектометровые и частично декаметровые).

4.3. Распространение пространственных радиоволн.

Пространственные волны распространяются в атмосфере и не касаются земной поверхности. Атмосферой называется газообразная оболочка Земли, простирающаяся на высоту более 1000 км. Атмосферу подразделяют на три основные сферы (слоя):

тропосферу - приземный слой атмосферы, верхний слой которой лежит на высоте 10... 14 км; стратосферу - слой атмосферы до высот 60...80 км; ионосферу - ионизированный воздушный слой малой плотности над стратосферой, переходящий затем в радиационные пояса Земли. На высотах в сотни километров различные газы, составляющие воздух, располагаются слоями, более тяжелые - ниже, более легкие - выше.

Таким образом, атмосфера на этих высотах неоднородна по составу.

Под влиянием лучей Солнца, космических лучей и других факторов воздух ионизируется, т.е. часть атомов газов, входящих в состав воздуха, распадается на свободные электроны и положительные ионы. Ионизированный воздух оказывает сильное влияние на распространение радиоволн. Для различных газов максимум ионизации получается на разной высоте. Ионизированный слой атмосферы - ионосфера - состоит из нескольких слоев.

На высоте 60...80 км находится слой D, существующий только днем. Следующий слой Е располагается на высоте 90... 130 км. Еще выше находится слой F, имеющий ночью высоту 250...350 км, а днем разделяющийся на два слоя: F1 - на высоте 180...220 км и F2 - на высоте 220...500 км. Высота, толщина и проводимость ионизированных слоев различны в разное время суток и года вследствие изменения ионизирующего действия солнечных лучей. Чем больше ионизирующее действие солнечных лучей, тем больше проводимость и толщина ионизированных слоев и тем ниже они располагаются. Днем проводимость и толщина их больше, а высота над землей меньше, чем ночью. Летом проводимость и толщина ионосферных слоев больше, а высота меньше, чем зимой. Через каждые 11 лет на Солнце повторяется максимум солнечных пятен, являющихся мощными источниками ионизирующих излучений. В это время проводимость и толщина ионизированных слоев достигают максимума, и они располагаются ниже.

Таким образом, свойства земной атмосферы, влияющие на распространение радиоволн, изменяются по довольно сложным законам. Происходят также изменения случайного характера, которые предусмотреть вообще невозможно. Влияние ионосферы на распространение радиоволн заключается прежде всего в том, что радиоволны, попадая в ионосферу, изменяют свое направление. Происходит это вследствие неоднородного характера ионосферы. Если бы относительные диэлектрические проницаемости воздуха и ионосферы были одинаковы, то волна не меняла бы своего направления. Так как в ионосфере имеются свободные электроны, ее относительная диэлектрическая проницаемость меньше диэлектрической проницаемости неионизированного воздуха. Вследствие этого при переходе из воздуха в ионосферу происходит преломление волны, а поскольку концентрация электронов в верхних слоях ионосферы возрастает, то волна, многократно преломляясь, возвращается на землю.

Кроме изменения направления распространения радиоволн в ионосфере происходит поглощение их энергии. Объясняется это тем, что радиоволны, попадая в ионосферу, вызывают колебания находящихся там свободных электронов. Совершая колебательное движение, электроны сталкиваются с тяжелыми частицами - ионами и молекулами. При этом они теряют энергию, приобретенную от радиоволны, и передают ее указанным частицам; ионосфера нагревается. Таким образом, часть энергии радиоволны в ионосфере теряется. Чем выше частота радиоволн, тем меньше скорость колебательного движения электронов. Кинетическая энергия, получаемая ими от радиоволны и отдаваемая затем тяжелым частицам, оказывается меньше. Поэтому с повышением частоты потери энергии радиоволны в ионосфере уменьшаются.

Подводя итоги вышесказанному, можно отметить следующее:

- из-за неоднородностей ионосферы радиоволны преломляются в ней и отражаются на землю;

- с ростом частоты отражательная способность уменьшается;

- с ростом частоты уменьшается поглощение волн в ионосфере;

- состояние ионосферы и связанные с ним условия распространения имеют периодические и непериодические изменения.

4.4. Распространение мириаметровых и километровых волн Отличительной особенностью этих радиоволн является их способность хорошо огибать землю. Поэтому напряженность поля земной волны значительна на расстояниях 1500...2000 км от источника электромагнитных волн. Однако практическая возможность обеспечивать на этих волнах связь на расстоянии до 20 000 км не может быть объяснена только дифракцией. Не только слой Е, но в дневные часы даже слой D имеет такую плотность ионизации, при которой радиоволны этих диапазонов способны отражаться при любом угле возвышения, в том числе и при вертикальном. Отраженная этими слоями пространственная волна частично поглощается землей, а частично отражается от нее, вновь достигая ионизированных слоев. Такое отражение может быть многократным. Учитывая, что при отражении от ионосферы волны сильно поглощаются, для обеспечения связи требуются передатчики большой мощности.

Кроме того, недостатками этого диапазона волн являются необходимость строить антенны высотой в несколько сотен метров, большой уровень атмосферных помех и невозможность размещения в этих диапазонах большого числа каналов связи.

Условия распространения в диапазонах мириаметровых и километровых волн характеризуются стабильностью. Регулярные и нерегулярные изменения напряженности выражены очень слабо. Поэтому в этих диапазонах волн созданы очень мощные радиостанции для глобальной (всемирной) радиосвязи. Такие системы имеют важное стратегическое значение и обеспечивают бесперебойную радиосвязь с объектами, находящимися на любом удалении от радиопередатчика (в том числе с подводными лодками в погруженном состоянии). В этом же диапазоне создана служба передачи точных частот, необходимая для систем связи во всех диапазонах частот, а также для систем радионавигации, службы времени и других научно-исследовательских и хозяйственных целей. В диапазоне километровых волн ведется также радиовещание с амплитудной модуляцией.

4.5. Распространение гектометровых (средних) волн.

Для этого диапазона волн характерны ограниченная дальность распространения в дневные часы и увеличение дальности в ночное время. В дневные часы пространственные волны практически отсутствуют. В слое D эти волны испытывают незначительные поглощение и преломление. Но попав в слой Е с большей степенью ионизации, они испытывают такое сильное поглощение, что на землю почти не возвращаются. Поэтому днем связь на средних волнах осуществляется только поверхностной волной. Практически дальность действия поверхностных волн ограничивается расстоянием 1000... 1500 км.

Вечером и ночью поглощение ионосферой уменьшается. Пространственная волна отражается от слоя Е и мало поглощается им. Напряженность поля в пункте приема является результатом интерференции земной и пространственной волн. Участие ионосферы в распространении средних волн в ночное время сопровождается некоторыми особенностями. Первой из таких особенностей следует считать замирания (уменьшения) амплитуды сигнала в точке приема. Предположим, что в пункте А (см.

рис.) находится передатчик, а в пункте Б ведется прием.

Если днем в пункт Б доходят только земные волны, то ночью туда же могут попадать и волны, отраженные ионосферой. Поле в пункте приема становится в этом случае результатом интерференции земных и ионосферных волн. При совпадении фаз волн результирующее поле усиливается, а при противофазности ослабляется (замирает). Но степень ионизации отражающего слоя и, следовательно, глубина проникновения в него радиоволн не остаются постоянными. Они изменяются по случайному закону вследствие непостоянства ионизирующего излучения Солнца и наличия воздушных течений. В результате этого изменяется длина пути пространственных волн, а значит, и фазовый сдвиг между земной и пространственной волнами. Поэтому ночью прием улучшается, но сопровождается замираниями. На больших же расстояниях, куда земные волны практически не доходят, прием возможен лишь в темное время за счет ионосферных волн.

Бороться с замираниями довольно трудно. Наиболее эффективным средством является прием на 2-3 антенны, находящиеся на расстоянии 200-300 м друг от друга.

К недостаткам этого диапазона волн следует также отнести большой уровень атмосферных и промышленных помех.

4.6. Распространение декаметровых (коротких) волн.

При распространении декаметровых волн энергия поверхностной волны сильно поглощается земной поверхностью, особенно над пересеченной местностью. Явление дифракции на коротких волнах не играет заметной роли, поскольку эти волны поглощаются обычно раньше, чем станет ощутимой кривизна земли. Величина напряженности поля поверхностной волны в пункте приема зависит от направленности передающей антенны. На более коротких волнах этого диапазона сказывается также высота подъема передающей и приемной антенн над землей. Дальность распространения поверхностной волны обычно не превышает десятков километров, особенно для верхней половины диапазона (50... 10 м).

Радиосвязь на коротких волнах (KB) осуществляется ионосферными лучами. В нормальных условиях короткие волны отражаются в основном слоем F, а в нижележащих областях Е и D происходит поглощение энергии КВ. Такое прохождение KB изображено на рисунке ниже. Там же показана возможность увеличения дальности коротковолновой связи путем двух «скачков», т.е. двукратного отражения от ионосферы.

Большая дальность связи достигается благодаря тому, что при правильном выборе длины волны поглощение энергии в ионосфере на KB незначительно (гораздо меньше, чем на СВ), поэтому в пунктах возвращения отраженных волн к Земле напряженность их поля может оказаться достаточной для приема даже при сравнительно небольшой мощности передатчика. Характер преломления зависит от угла, под которым радиоволна падает на отражающий слой.

Здесь изображены лучи распространения короткой волны. Угол, образованный лучом волн и касательной к поверхности Земли в пункте излучения, называется углом возвышения. При крутом падении = 90° волны проходят сквозь ионосферу в космос. При некотором угле кр (критический угол зависит от степени ионизации слоя и частоты) происходит полное внутреннее отражение и луч распространяется в ионосфере параллельно земной поверхности. При углах, меньших критического, лучи возвращаются к Земле, и тем дальше от пункта излучения, чем меньше угол. При излучении по касательной к Земле достигается наибольшая дальность скачка, составляющая приблизительно 4000 км. Необходимая дальность связи определяет тот угол, под которым антенна должна излучать максимум энергии.

К недостаткам диапазона декаметровых волн относится наличие замираний и образование зоны молчания. Следующий рисунок поясняет образование зоны молчания.

Поверхностный луч не удается принять в этой зоне, потому что он оказывается сильно ослабленным. Пространственный луч не может быть направлен в зону молчания, так как для этого его надо послать под большим углом к земле, но тогда луч пронижет атмосферу и уйдет в космическое пространство. Ширина зоны молчания зависит от времени суток и длины волны: чем короче длина волны, тем шире зона молчания.

Другое явление, играющее существенную роль при организации радиосвязи на декаметровых волнах, - замирание. В отличие от замираний на гектометровых волнах, которые происходят главным образом вследствие интерференции поверхностных и пространственных лучей, замирания на коротких волнах обусловлены в основном интерференцией двух или нескольких пространственных лучей, пришедших в пункт приема различными путями. Объясняется это тем, что передающая антенна излучает волны не в единственном направлении, а в пределах более или менее широкого угла.

Соответственно можно считать, что на ионосферу падает не один луч, а как бы пучок лучей. Лучи с различными углами возвышения отражаются при различной глубине проникновения в ионизированный слой и достигают поверхности земли в различных точках. Вследствие многолучевого распространения и колебаний электронной концентрации отражающего слоя радиоволны, излученные передающей антенной, достигают точки приема, двигаясь по разным траекториям. В результате на приемную антенну воздействует несколько колебаний с разными амплитудами и фазами, меняющимися во времени. Из-за соизмеримости разности пути лучей с длиной волны замирания получаются более глубокими и быстрыми.

Многолучевое распространение является также причиной возникновения эха, когда из-за разности хода в точку приема приходят лучи с запозданием на 0,2...1,0 мс.

Такой вид искажений получил название ближнего эха. Иногда радиосигналы за счет многократных отражений обегают вокруг Земли, вызывая кругосветное эхо.Несмотря на перечисленные недостатки и на интенсивное развитие связи в других диапазонах волн, в частности с использованием искусственных спутников Земли, значение связи в декаметровом диапазоне велико. Декаметровые волны позволяют при сравнительно небольшой мощности передатчиков осуществлять связь на большие расстояния. Поэтому связь на гектометровых волнах остается пока основным видом межконтинентальной связи, являясь важнейшим звеном глобальной связи. По этим же причинам данный диапазон частот широко используется для радиовещания на труднодоступные районы страны и вещания на другие страны.

4.7. Распространение волн короче 10 м. (УКВ и СВЧ-волны) Волны короче 10 м распространяются в пределах прямой видимости между антеннами передатчика и приемника, что вытекает из прямолинейности распространения этих волн. Действительно, дифракция практически не свойственна УКВ, и они не могут огибать выпуклости земной поверхности. Степень же ионизации ионосферы недостаточна для отражения этих радиоволн.

Дальность распространения на расстояние прямой видимости составляет: l = 3,6(h1 + h2) (км), где h1 и h2 -высоты расположения передающей и приемной антенн (м). Таким образом, если поднять антенны на высоту 25 м (h1 = h2 = 25), то расстояние прямой видимости составит 36 км. Для осуществления связи на большие расстояния необходимо между пунктами связи устанавливать промежуточные станции (ретрансляторы), либо поднимать антенны на большие высоты. Первый принцип используется в радиорелейных системах передачи, где промежуточные станции располагаются на расстоянии 50...70 км. Для увеличения зоны обслуживания телевизионного вещания используются антенны, расположенные на башнях большой высоты.

Так, высота Останкинской телевизионной башни составляет 525 м.

Связь в пределах прямой видимости характеризуется возможностью одновременного прихода в точку приема не только прямой волны, но и волны, отраженной от земной поверхности. Эффект интерференции может привести к резкому снижению напряженности поля в точке приема. Однако в отличие от диапазонов гектометровых и декаметровых волн, интерференционные явления здесь могут быть сведены до минимума оптимальным подбором высот антенн, расстояния между ними и длины волны.

Диапазон УКВ является, пожалуй, наиболее широко используемым участком радиодиапазона. Большая частотная емкость этого диапазона и ограниченный пределами прямой видимости радиус действия позволяют разместить большое число одновременно работающих станций и осуществлять передачу информации в широкой полосе частот. Диапазон УКВ позволяет одновременно передавать большое число телевизионных программ, организовать тысячи телефонных каналов и цифровых систем связи. Диапазон метровых и дециметровых волн используется в основном для телевидения, радиовещания и радиосвязи с подвижными объектами. Диапазон сантиметровых волн отведен для различных видов многоканальной связи. Эти диапазоны волн, а также более коротковолновые, используются в радиолокации.

Начиная с диапазона миллиметровых волн и выше, взаимодействие электромагнитного излучения со средой имеет принципиально иной механизм: возникает молекулярное поглощение электромагнитных волн газами атмосферы и водяным паром.

Оно носит резко резонансный характер: энергия поглощается на строго определенных частотах, соответствующих переходам между энергетическими уровнями молекул и атомов газов и паров, составляющих атмосферу. Свободные от поглощения области частот называются атмосферными окнами. Эти частоты выбираются для работы РЛС. Кроме РЛС в ДММВ широкое практическое применение находят радиометрические системы, которые можно разделить на четыре группы: радиоастрономические, метеорологические, дистанционного зондирования и получения изображений отдельных объектов.

5.1 Основные понятия и определения в области связи Современный этап развития науки и техники характеризуется бурным развитием информационных технологий, в которых заметное место отводится передаче информации. Под информацией понимают набор сведений о каких-либо процессах, событиях, фактах или предметах. Человек получает информацию через органы чувств (зрения, слуха и т.д.), и физиологические возможности человека не позволяют обеспечивать передачу больших объемов информации на значительные расстояния.

Технические средства, обеспечивающие передачу и прием информации, объединяют понятием связь (от лат. communication - связь, телекоммуникации - средства для организации связи на расстоянии). В соответствии с характером применяемых технических средств связь разделяют на почтовую и электрическую (электросвязь).

В теории связи совокупность сведений, предназначенных для передачи и представленных в определенной форме, называют сообщением. Так, сообщением является текст письма, телеграммы, объявления, передачи по радио или телевидению и т.д. В качестве материального носителя для передачи сообщений в технике связи используют различные знаки (символы). Это могут быть буквы, цифры и другие знаки текстового сообщения, специальные знаки на различных схемах и диаграммах, например, знаки дорожного движения и так далее. В технике электросвязи каждому сообщению ставится в соответствие набор электрических сигналов.

Сигнал - это физический процесс, отображающий передаваемое сообщение.

Соответствие процесса передаваемому сообщению обеспечивается изменением какой-либо физической величины, характеризующей этот процесс. Различают телеграфные сигналы, сигналы речи, видеоизображения либо данных для компьютерных систем и т.д. Таким образом, под электросвязью понимают передачу информации посредством электрических сигналов.

В настоящее время отрасли телекоммуникаций развиваются стремительными темпами. С модернизацией техники улучшается качество традиционных услуг электрической связи, появляются новые. В связи с этим устаревают устоявшиеся классификации видов электрической связи, появляются новые элементы классификации, изменяются границы между прежними элементами классификации.

Одна из возможных классификаций видов электрической связи может быть связана с характеристиками передаваемых сообщений и приведена на рисунке 5.1.

Рис. 5.1 Характеристики передаваемых сообщений По характеру возвоздействия передаваемых сообщений на органы чувств виды электрической связи можно разделить на предназначенные для передачи звуковых или оптических сообщений (то есть, воспринимаемые органами слуха либо зрения). В зависимости от задержки доставки передаваемых сообщений виды электрической связи классифицируют: для работы в реальном времени и осуществляющие отложенную доставку сообщений. В зависимости от степени охвата и назначения сообщений все виды электрической связи могут быть разделены на предназначенные для передачи: сообщений индивидуального характера (конкретному абоненту), либо сообщений массового характера (широкому кругу пользователей).

В зависимости от среды распространения сигналов различают проводную электросвязь, в которой сигналы распространяются по проводам и электрическим и оптическим кабелям, и беспроводную электросвязь с использованием радиосигналов. Некоторые из основных видов электросвязи: телефонная, телеграфная, факсимильная, передача данных, радиосвязь, радиовещание и телевидение.

Классифицировать системы электросвязи можно и по другим признакам. В то же время в современную эпоху проявляется тенденция объединения видов электросвязи в единую интегрированную систему. Основой объединения является преобразование сигналов любого вида в цифровую форму с последующей передачей по системам связи универсальных цифровых сигналов.

Наглядным примером универсального использования цифровых сигналов для передачи сообщений любой природы являются компьютерные технологии, совмещающие одновременную передачу, как тестовых документов, так и визуальных изображений и голосовых сообщений.

5.2. Обобщенная структурная схема системы связи Совокупность технических средств для передачи сообщений от источника к потребителю называется системой связи. Обязательными компонентами любой системы связи независимо от вида передаваемых сообщений являются передающее устройство, линия связи и приемное устройство. Иногда в понятие «система связи» включаются источник и потребитель сообщений. Обобщенная структурная схема системы связи приведена на рис. 5.2. Сообщение a(t) от источника ИС сообщений поступает на передающее устройство, состоящее из первичного преобразователя ПСС1 сообщения в первичный электрический сигнал b(t), и модулятора МД, обеспечивающего вторичное преобразование этого сигнала в сигнал s(t) для наилучшей его передачи по линии связи. Линией связи ЛС называется среда, используемая для передачи сигналов от передатчика к приемнику (кабель, волновод или область пространства, в котором распространяются электромагнитные волны от передатчика к приемнику).

Рис. 5.2 Обобщенная структурная схема системы связи Приемное устройство производит обратное преобразование принятого сигнала в сообщение и состоит из демодулятора ДМ и преобразователя ПСС сигнала в сообщение. Отличия параметров системы связи от желаемых характеристик приводят к искажениям передаваемого сигнала. Кроме того, в любом узле системы передачи, но главным образом на линии связи, присутствуют помехи, поэтому сигнал на входе приемника s1(t) отличается от переданного сигнала на выходе передатчика. Приемное устройство обрабатывает принятое колебание и восстанавливает по нему электрический сигнал b1(t), а следовательно, и сообщение а1(t), которое реставрируется с некоторой погрешностью.

Система связи называется многоканальной, если она обеспечивает передачу нескольких сообщений по одной общей линии связи (рисунок 5.3). Каждое из передаваемых сообщений с помощью преобразователей ПСС преобразуется в отдельные электрические сигналы, которые затем смешиваются в аппаратуре уплотнения (АУ).

Сформированный таким путем групповой сигнал и обработанный дополнительно в передающем устройстве МД передается по линии связи. Приемник осуществляет обратное преобразование принятого колебания в исходный групповой сигнал, из которого затем с помощью устройства разделения (УР) выделяются индивидуальные сигналы (преобразуемые в соответствующие сообщения в преобразователях ПСС).

Рис. 5.3. Структурная схема многоканальной системы связи Для того, чтобы разделить передаваемые сигналы на приемном конце, необходимо, чтобы они различались между собой по некоторому признаку. В практике многоканальной связи преимущественно применяют частотный и временной способы разделения сигналов. При частотном разделении каналов каждому из индивидуальных сигналов выделяется отдельный диапазон частот в общей полосе частот. При временном разделении каналов каждому из каналов связи выделяется определенный интервал времени в каждом цикле передачи коллективного сигнала. В последнее время все более широкое распространение получает способ кодового разделения каналов. При таком разделении каналов все каналы могут занимать одновременно общие и частотный и временной ресурс системы связи. Для разделения каналов в этом случае используется разделение каналов по форме сигналов (в цифровых системах связи - по коду сигналов).

Для классификации применяемых в связи сигналов можно использовать различные признаки: по способу описания модели сигнала, по степени предсказуемости этого сигнала и т.д.

По способу описания математической модели сигналы разделяют на непрерывные и дискретные. Сигналы, заданные на непрерывном множестве точек по оси времени, называются непрерывными, а сигналы, заданные не на всей оси времени, а только в отдельных ее точках, называются дискретными (прерывистыми) по времени.

Сигналы, определенные на непрерывном множестве точек по уровню, называются аналоговыми, а сигналы, которые по уровню могут принимать значения только в отдельных ее точках, называются квантованными по уровню.

Сигналы могут быть дискретными одновременно и по времени и по уровню.

Каждое дискретное значение такого сигнала можно пронумеровать числами с конечным количеством разрядов. Сигналы, поведение которых можно описать последовательностью чисел, называют цифровыми.

На рисунке 5.4 приведены некоторые виды сигналов. Непрерывный по времени и по уровню сигнал s(t) изображен на рисунке 5.4,а. Отсчеты (также говорят выборочные значения, или просто выборки) этого сигнала s(nT) в моменты времени t = nT, где n - любое целое число, Т - период дискретизации; представляют собой дискретизированный сигнал и приведены на рисунке 5.4,б. Округленные значения этих отсчетов sкв(nT) показаны на рисунке 5.4,в. Округление можно выполнять различными способами. За результат округления можно принимать величину, соответствующую либо началу, либо концу, либо середине того интервала, внутрь которого попадает значение сигнала. Но любой алгоритм квантования предполагает определение того интервала, в какой попадает значение квантуемого сигнала.

Для приведенного на этих рисунках сигнала видно, что отсчет с номером n = попадает в интервал уровней сигнала с номером 0; отсчет с номером n = 1 попадает в интервал с номером 2. Последующие отсчеты сигнала с номерами 2, 3, 4, 5 попадают в интервалы уровней с номерами, соответственно, 3, 2, 1, 1.

Рис. 3.4 Виды сигналов: а) непрерывный аналоговый; б) дискретный по времени непрерывный по уровню; в) дискретный по времени квантованный по уровню; г) цифровой сигнал Номера этих интервалов кодируются, например, двоичным кодом. Тогда десятичные цифры 0, 1, 2, 3 в двоичном виде будут представлены набором цифр, соответственно, 00, 01, 10, 11. Если двоичную цифру 1 представить наличием импульса на определенном временном интервале, а двоичную цифру 0 - отсутствием импульса, то последовательность импульсов, несущая информацию об округленном значении отсчетов, и будет являться цифровым сигналом sц(nT).

По степени предсказуемости сигналы различаются на детерминированные и случайные. Детерминированным называется сигнал, который полностью предсказуем, то есть все параметры которого заранее и достоверно известны. Случайным называется сигнал, у которого хотя бы один из параметров заранее не может быть в точности предсказан. С информационной точки зрения детерминированный сигнал соответствует заранее известному сообщению и поэтому не несет новой информации. Переносчиком сообщения, содержащего информацию, может быть только случайный сигнал. В то же время детерминированные сигналы в системах связи играют не менее заметную роль: они отображают эталонные сигналы, несущие колебания, фрагменты сигналов, формируемых на передающем конце, и т.д. Да и при анализе функционирования приемного оборудования систем связи нередко полагают, что принимается сигнал известной формы, но с неизвестными параметрами.

В качестве основных параметров сигнала в системах связи используют длительность сигнала, его динамический диапазон и ширину спектра. Под длительностью сигнала Тc< понимают интервал времени, в пределах которого сигнал существует. Динамический диапазон сигнала DC определяется отношением наибольшей мгновенной мощности сигнала к наименьшей мощности принимаемого сигнала при заданном качестве передачи (обычно выражается в децибелах). Ширина спектра сигнала FC определяет диапазон частот, в котором сосредоточена основная доля энергии сигнала, которая дает представление о скорости изменения сигнала внутри интервала его существования. Сигналы конечной длительности содержат спектральные составляющие на неограниченной полосе частот. Однако для любого сигнала можно указать диапазон частот, в пределах которого сосредоточена его основная энергия. Этим диапазоном и определяется ширина спектра сигнала. Используются и интегральные характеристики: база сигнала Bc = TcFc и объем сигнала Vc = TcFcDc.

Объем сигнала VC дает общее представление о возможностях данного множества сигналов как переносчиков сообщений. Чем больше объем сигнала, тем больше информации можно «вложить» в этот объем и тем труднее передать такой сигнал по каналу связи.

5.4. Краткое описание лабораторных работ Лабораторные занятия по данной дисциплине не предусмотрены.

5.5. Краткое описание практических занятий Практические занятия по данной дисциплине не предусмотрены.

5.6. Краткое описание видов самостоятельной работы Общий перечень видов самостоятельной работы 2.Подготовка докладов к практическим занятиям.

3. Самостоятельное изучение разделов дисциплины.

Методические рекомендации для выполнения для каждого задания самостоятельной работы Подготовка докладов к практическим занятиям Доклад на определенную тему включает обзор соответствующих литературных и других источников или краткое изложение книги, статьи, исследования.

Процесс подготовки доклада включает:

• подбор литературы и иных источников, их изучение;

• составление плана;

• написание текста работы и ее оформление;

• устное изложение доклада.

Работу над докладом следует начинать с общего ознакомления с темой (прочтение соответствующего раздела учебника, учебного пособия, конспектов лекций). После этого не обходимо изучить нормативные акты, литературные и иные источники, рекомендованные преподавателем. Однако перечень источников не должен связывать инициативу студента. Он может использовать произведения, самостоятельно подобранные в результате изучения библиографии в библиотеке. Особенно внимательно необходимо следить за новой литературой по избранной проблематике, в том числе за журнальными статьями в "Государстве и праве", "Правоведении", "Журнале российского права". В процессе изучения литературы рекомендуется делать выписки, постепенно группируя и накапливая теоретический и практический материал. План доклада должен быть составлен таким образом, чтобы он раскрывал название работы.

Доклад, как правило, состоит из вступления, в котором кратко обосновывается актуальность, научная и практическая значимость избранной темы, основного материала, содержащего суть проблемы и пути ее решения, и заключения, где формируются выводы, оценки, предложения.

Изложение материала должно быть кратким, точным, последовательным. Необходимо употреблять термины, свойственные науке конституционного права, избегать непривычных или двусмысленных понятий и категорий, сложных грамматических оборотов. Термины, отдельные слова и словосочетания допускается заменять принятыми текстовыми сокращениями, смысл которых ясен из контекста. Рекомендуется включать в доклад схемы и таблицы, если они помогают раскрыть основное содержание проблемы и сокращают объем работы.

Объем доклада — от 5 до 10 машинописных страниц.

На титульном листе студент указывает название вуза, кафедры, полное наименование темы доклада, свою фамилию и инициалы, а также ученую степень, звание, фамилию и инициалы научного руководителя, а в самом конце — дату написания работы и личную подпись.

Самостоятельное изучение разделов курса Самостоятельная работа студентов предполагает работу с литературой, нормативно-технической документацией.

При изучении тем, заданных на самостоятельное изучение, студент пишет конспект, отмечая труднодоступные моменты, и отвечает на контрольные вопросы для самостоятельной оценки.

Темы для самостоятельного изучения:

Применяемые образовательные технологии При реализации данной программы применяются образовательные технологии, описанные в табл. 2.

Таблица 2 - Применяемые образовательные технологии 7. Контрольно-измерительные материалы и оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины Контроль работы на практических занятиях в виде тестов. Итоговый контроль в виде зачета.

7.1. Контрольно измерительные материалы для итоговой аттестации по дисциплине.

Контрольные вопросы для итогового контроля:

1. Сущность и характер инженерной деятельности.

2. Виды инженерной деятельности. Влияние общества на развитие инженерного дела.

3. Инженерная деятельность Античного мира.

4. Инженерная деятельность эпохи Возрождения.

5. Инженерная деятельность капиталистического и посткапиталистического периода.

6. Роль и место армии в развитии инженерного дела.

7. Инженерная деятельность и ее связь с окружающей средой.

8. Институционализация профессии инженер.

7. Рекомендуемое информационное обеспечение дисциплины 7.2. Основная учебная литература 1) Электронные системы связи Автор: Уэйн Томаси Издательство: Техносфера (2007 г.) 2) Распространение радиоволн Авторы: Владимир Старостин, Анатолий Сомов Издательство: Гелиос АРВ (2010 г.) 3) Распространение радиоволн Авторы: Валерий Урядов, Владимир Якубов, Олег Яковлев Издательство: ЛЕНАНД (2009 г.) 4) Распространение радиоволн вдоль земной поверхности Авторы: Евгений Фейнберг, Ю. Калинин Издательства: Наука, ФИЗМАТЛИТ 7.3. Электронные образовательные ресурсы:

7.3.1. Ресурсы ИрГТУ, доступные в библиотеке университета или в локальной сети университета.

1. http://library.istu.edu/hoe 2. http://www2.viniti.ru 3. http://www1.fips.ru 5. http://www.springerlink.com/home/main.mpx 6. http://www.OECDiLibrary.org 7.3.2. Ресурсы сети Интернет.

Программа составлена в соответствии с ФГОС210400 «Радиотехника»_