28.2 Полиномиальные коды: построение кодов, схемы умножения и деления многочленов на регистрах с обратной связью.

Можно определить полиномиальный код как множество всех многочленов степени не большей n-1, содержащих в качестве множителя некоторый фиксированный многочлен g(x). Многочлен g(x) называется порождающим многочленом кода.

Степенью многочлена называется наибольшая степень х в слагаемом с ненулевым коэффициентом. Степень нулевого многочлена равна нулю. Многочлен называется нормированным, если коэффициент при наивысшей степени х равен 1. Многочлены можно складывать и умножать обычным путём; они образуют кольцо.

Многочлен р(х) степени n, который не делится ни на какой многочлен степени, меньшей, чем n, но большей чем 0, называют неприводимым. Наибольшим общим делителем двух многочленов называют нормированный многочлен наибольшей степени, которая является делителем для обоих многочленов. Два многочлена взаимно просты, если их НОД равен 1.

Если q является степенью простого числа (q = р^m), то элементами поля являются все многочлены степени n-1 или менее, коэффициенты которых лежат в простом поле GF(p).

Правила умножения и сложения таких многочленов получают из обычного умножения и сложения многочленов и последующего приведения результата по модулю некоторого специального многочлена р(х) степени n. Этот многочлен обладает тем свойством, что его нельзя разложить на множители, используя только многочлены с коэффициентами из поля GF(p).

Устройства, производящие умножения и деления многочленов состоят из ячеек памяти (триггеров) и сумматоров по mod 2. Схема умножения на произвольный многочлен g(x) = a_m-1x^m-1+a_m-2x^m-2+...+ a₁x+a_o,

над любым полем содержит ячейки памяти, которые хранят элементы поля, поэтому число различных состояний ячеек должно совпадать с числом элементов в данном поле (для GF(2) состояния 2→0 и 1). Ячейки памяти должны не только запоминать, но и сдвигать поступающие в них коэффициенты, т.е. выполнять функции сдвигающего регистра. Сумматоры осуществляют сложение по правилам сложения в данном поле (GF(2)).

Р ассмотрим пример для многочлена f(x) = 1+х+х³. Схема состоит из трёх ячеек памяти и двух параметров.

Первоначально все ячейки памяти содержат нули, а на вход поступают коэффициенты многочлена a_n-1x^n-1+a_n-2x^n-2+...+ a₁x+a_o, начиная с коэффициентов при старших степенях.

С хема деления – общий вид.

28.3 Особенности взаимодействия электронов с свч-полем в приборах м типа. Многорезонаторные магнетроны.

Многорезонаторный магнетрон — электронный прибор типа М, предназначенный для генерации СВЧ-колебаний. Генерация происходит в результате взаимодействия электронов в скрещенных электрическом и магнитном полях с СВЧ-полем замкнутой (кольцевой) замедляющей системы, образованной цепочкой резонаторов. В многорезонаторном магнетроне используется внутренний цилиндрический катод, который создает эмиссию электронов по всей длине кольцевого пространства взаимодействия и обеспечивает получение замкнутого электронного потока.

Магнетроны отличаются простотой конструкции, высоким КПД и большой генерируемой мощностью. Особенно широкое применение магнетроны находят в радиолокации как генераторы мощных (до десятков мегаватт) прямоугольных СВЧ-импульсов, а также в промышленности, медицине и быту как генераторы непрерывных сигналов мощностью от десятков ватт до 1есятков киловатт.

П ринцип действия многорезонаторного магнетрона основывается на сочетании методов кратковременного и длительного взаимодействия электронов с высокочастотным эл.полем системы резонаторов, образующих замкнутую на себя узкополосную замедляющую систему. Устройство многорезонаторного магнетрона показано на рис. Конструктивно магнетрон представляет собой диод состоящей из анодного блока(анода) и катода.

Анодный блок(1) основной конструктивный элемент магнетрона, содержащий замедляющую систему и служащий для подсоединения других элементов конструкции (выходного устройства, катода и-др.).Замедляющая система состоит из связанных, замкнутых в кольцо резонаторов. Катод магнетрона имеет цилиндрическую форму и располагается вдоль оси анодного блока. Пространство между катодом и анодным блоком называется пространством взаимодействия, в котором происходит обмен энергией между электронами и СВЧ-полем. Поле СВЧ в пространстве взаимодействия образуется за счет «провисания» поля щели. Энергия выводится с помощью петли, находящейся в одном из резонаторов. Петля и отрезок линии передачи (коаксиальный или полый волновод) образуют вывод энергии.

Электрическое поле E в магнетроне создается источником анодного напряжения U_t, отрицательный полюс которого подключен к катоду, а положительный к заземленному аноду. Магнитное поле создается постоянным магнитом или электромагнитом, полюса которого находятся вблизи торцевых поверхностей анодного блока. Электрическое поле в магнетроне направлено вдоль радиусов цилиндра, а магнитное поле перпендикулярно ему и направлено параллельно оси цилиндра. Если магнитное поле отсутствует, то траектория электронов совпадает с направлением силовых линий электрического поля.

Флуктуации вращающегося вокруг катода электронного облака вызывают в резонаторах СВЧ-колебания, под действием которых электронное облако модулируется по плотности. Условием резонанса анодного блока магнетрона так же, как и обычного кольцевого резонатора, является целое число длин волны, укладывающихся по окружности кольца.

Многорезонаторные магнетроны, как правило, работает на колебаниях n=N/2, или т-вида (φ=180'), так как при этом виде колебаний обеспечиваются лучшие электрические характеристики генератора. Работа на n-виде требует четного числа резонаторов. У колебаний n-вида число спиц равно половине числа резонаторов. Подбирая значение анодного напряжения (напряженности электрического поля), можно установить такую скорость вращения спиц, что будет выполняться условие синхронизма между изменением полярности высокочастотного поля в резонаторах и положением спиц, а электронные спицы будут проходить l щели резонатора в момент тормозящего электрического поля, отдавая свою энергию электромагнитному полю колебательной системы. Это приводит к увеличению амплитуды колебаний в резонаторах и к самовозбуждению магнетрона.

К рабочим характеристикам относятся постоянная мощность, вольт-амперная характеристика и КПД прибора. Рабочие характеристики магнетрона построены для фиксированных значений индукции магнитного поля В при заданном К_т нагрузки. При малых анодных напряжениях анодный ток в магнетроне отсутствует, т. е. почти все электроны, вылетевшие из катода, возвращаются обратно на катод. При некотором значении анодного напряжения, когда выполняется условие синхронизма U_а=U_φ, (в магнетроне возбуждаются интенсивные колебания). В этой области при незначительном увеличении анодного напряжения резко возрастает анодный ток. При увеличении напряженности магнитного поля интенсивные колебания в магнетроне возбужд-тся при более высоком анодном напряжении.

При очень малых и очень больших значениях анодного тока работа магнетрона неустойчива. В областях малых токов происходят скачкообразные изменения (перескоки) частоты рабочего вида колебаний на частоты других видов колебаний, токи возбуждения которых меньше токов возбуждения рабочего вида колебаний. В области больших токов возникают искрения внутри магнетронов (пробои), приводящие к разрушению активной поверхности катода, а также могут наблюдаться срывы (пропуски импульсов) СВЧ-колебаний. Коэффициент полезного действия возрастает с увеличением напряженности магнитного поля. К нагрузочным* характеристикам относятся постоянные мощность и частота.

Б29.1 Усилители промежуточной частоты. Назначение, параметры, виды. Сравнение параметров УПЧ различных типов между собой.

В отличие от УРЧ, УПЧ должен обеспечить большое усиление до детектора. Т.к. УПЧ имеет постоянную частоту настройки, то его легко выполнить многокаскадным и применить в не избирательные системы с высокой прямоугольностью АЧХ. => получить хорошее подавление помех по соседним каналам (СК) приема. УПЧ не способен обеспечить избирательность (ИЗБ) по побочным каналам, т.к. помехи, проникающие по этим каналам в приемный тракт, преобразуются преобразователем частоты в промеж. частоту и усиливаются далее в УПЧ наравне с полезным сигналом. Основные требования к УПЧ: 1.получение усиления сигнала, необходимого для нормальной работы детектора (10⁴ и более); 2.заданная полоса пропускания (ПП), которая должна быть не менее ширины спектра принимаемого сигнала; 3.высокая ИЗБ по СК или высокая прямоугольность АЧХ, хар-зуемая коэфф. прямоугольности; 4.малые искажения сигнала (линейные и нелинейные); 5.устойчивость работы.

УПЧ, используемые в радиопри­емных устройствах, можно классифицировать. 1.По величине относительной ширины ПП их подразделяют на узкополосные и широкополосные. УПЧ с отно­сительной ПП, не превышающей 0,05, условно считают узкополосными, а с большей относительной ПП— широкополосными. 2.По характеру распределения ИЗБ в каскадах раз­личают УПЧ с распределенной и сосредоточенной ИЗБ. В УПЧ с распределенной ИЗБ функции усиле­ния и избирательности обеспечиваются в каждом каскаде. При этом резонансные контуры, создающие требуемую ИЗБ, одновременно определяют также и усиление тракта. Равномерное распределение ИЗБ вдоль тракта при­водит к тому, что каждый каскад имеет в среднем невысокую ИЗБ, поэтому воздействию помех мешающих станций подвергается не только 1-й каскад усиления, но и последующие каска­ды. В результате возможно появление перекрестных искажений и нескольких каскадах усиления, что снижает помехоустойчивость приемника. Это является одним из существенных недостатков дан­ного метода конструирования. В усилителях с сосредоточенной ИЗБ необходимая ИЗБ обычно создается системой, включенной между преобразователем и УПЧ или после 1-го каскада УПЧ, а требуемое усиление — последующими за ним апериодическими или слабо-из­бирательными каскадами. Системой ИЗБ могут быть многозвенные LC·фильтры, а также пьезоэлектрические или квар­цевые фильтры, отличающиеся высоким коэффициентом прямоугольности частотной характеристики. 3.По числу резонансных контуров в каждом каскаде усилителя с распределенной ИЗБ подразделяют на одноконтур­ные и двухконтурные. В одноконтурных усилителях все контуры могут быть настроены на номинальную промежуточную частоту (настроенный УПЧ) или иметь соответствующую расстройку (УПЧ с попарно расстроенными каскадами или с каскадами, настроенными на три частоты). В двухконтурных усилителях ИЗБ обеспечивается полосовым фильтром, образованным системой двух связанных контуров. В ряде случаев находят применение усилите­ли с чередующимися одноконтурными и двухконтурными каска­дами (смешанная схема). 4.По режиму работы каскадов УПЧ различают усилители в ре­жиме максимального усиления и в режиме фиксированного усиле­ния. Первый режим применяют тогда, когда внутренняя ОС не оказывает заметного влияния на характеристики УПЧ и когда возможное избыточное усиление не превышает допустимой нормы. Второй режим используют, когда величина коэфф. усиления ограничена либо из соображений устойчивости, либо из-за недопустимости большого избыточного усиления. 5.По способу включения транзисторов УПЧ - усилители с общим эмиттером и с каскодным соединением двух транзисторов. Основным способом включения транзисторов в УПЧ является схема с ОЭ, обладающая большими усилительны­ми возможностями, чем схема с ОБ, из-за большей величины вход­ного сопротивления. Однако в УПЧ с ОЭ не всегда удается обеспе­чить устойчивую работу из-за влияния внутренней ОС. Практически это означает, что рассчитанный коэфф. усиления одного каскада превышает устойчивый коэфф. усиления. В этом случае применяют различные способы повышения устой­чивости. Если коэфф. усиления каскада незначительно (не более чем в 2 раза) превышает устойчивый, обычно используют пас­сивный способ, заключающийся в уменьшении коэфф. уси­ления каскада до устойчивого. В противном случае целесообразно увеличить коэфф. устойчивого усиления, применяя каскодное включение транзисторов.

Принципиальные схемы каскадов УПЧ: а — одноконтурный с ОЭ; б — двухконтурный с ОЭ, в — одноконтурный каскодный

П омимо транзисторов и колебательных контуров схемы каска­дов УПЧ включают в себя дополнительные элементы, предназначенные для обеспечения режима питания транзисторов, их темпера­турной стабилизации, устранения цепей паразитной связи, обеспе­чения междукаскадных соединений и т.п.

Б29.2 Рекурсивные и нерекурсивные ЦФ: описание, особенности, применение.

В настоящее время широко используются методы обработки радиотехнических сигналов с помощью микроэлектронных вычислительных устройств и систем. ЦФ - класс систем дискретной обработки сигналов. Выполняя, подобно аналоговым цепям, операцию частотной фильтрации, ЦФ обладают рядом преимуществ: высокая стабильность параметров, возможность получать самые разнообразные формы АЧХ и ФЧХ. ЦФ не требуют настройки и легко реализуются на ЭВМ программными методами.

↑Структур. сх. цифровой обработки непрерывных сигналов.

Непрерывный вх. сигнал x(t) поступает в АЦП, управляемый синхронизирующими импульсами от генератора, задающего частоту дискретизации. В момент подачи синхронизирующего импульса на выходе АЦП возникает сигнал, отображающий результат измерения мгновенного значения входного колебания в виде двоичного числа с фиксированным количеством разрядов. В зависимости от особенности построения устройства этому числу соответствует либо последовательность коротких импульсов (передача в последовательном коде), либо совокупность уровней напряжений на сигнальных шинах отдельных разрядов (передача в параллельном коде). Преобразованный таким образом сигнал поступает в основной блок устройства, так называемый цифровой процессор, состоящий из арифметического устройства и устройства памяти.

Цифровой процессор преобразует поступающие в него числа в соответствии с заданным алгоритмом фильтрации и создает на выходе последовательность двоичных чисел, представляющих выходной сигнал. Если в дальнейшем необходимо иметь информацию в аналоговой форме, то используется ЦАП. Однако это устройство может и отсутствовать, если сигналы подвергаются только цифровым преобразованиям.

Основной технический показатель ЦФ — быстродействие — зависит как от скорости протекания переходных процессов в микроэлектронных компонентах, так и от сложности алгоритма фильтрации.

3 основные операции, которые позволяют реализовать любой ЦФ: 1.весовое умножение;2.сдвиг на определенную величину; 3.суммирование.

Основными операциями по программной реализации являются:

суммирование; сдвиг; умножение на какой-то элемент.

Два вида фильтров: 1. с бесконечной импульсной характеристикой (БИХ); 2. с конечной импульсной характеристикой (КИХ).

По своей реализации фильтры делятся: 1.рекурсивные;

2.нерекурсивные (трансверсальные).

Схема построения трансверсальиого фильтра.

О сновными элементами фильтра служат блоки задержки отсчетных значений на один интервал дискретизации, а также масштабные блоки, выполняющие в цифровой форме операции умножения на соответствующие коэффициенты. С выходов масштабных блоков сигналы поступают в сумматор, где, складываясь, образуют отсчет выходного сигнала.

Структурная схема рекурсивного ЦФ.

Верхняя часть структурной схемы отвечает трансверсальной (нерекурсивной) части алгоритма фильтрации. Для ее реализации требуется в общем случае T+1 масштабных блоков (операций умножения) и T ячеек памяти, в которых хранятся входные отсчеты.

Рекурсивной части алгоритма соответствует нижняя часть структурной схемы. Здесь используются n последовательных значений выходного сигнала, которые в процессе работы фильтра перемещаются из ячейки в ячейку путем сдвига.

Недостатком данного принципа реализации является потребность в большем числе ячеек памяти, отдельно для рекурсивной и нерекурсивной частей.

Применение:

- обработка речевых сигналов

- цифровая телефония и цифровая связь

- обработка фототелеграфных и телевизионных изображений

- радио и гидролокационные системы

- космические исследовательские и действующие системы.

Б29.3 Линии передач в устройствах СВЧ.

Линией передачи называется устройство, направляющее поток электромагнитной энергии в заданном направлении. Линии передачи служат для передачи электромагнитной энергии от источника к потребителю, например от передатчика к антенне и от антенны к приемному устройству, а также для соединения отдельных частей и узлов радиоаппаратуры. На базе отрезков линий передачи конструируются многие СВЧ-элементы и узлы радиоаппаратуры.

К линиям передачи предъявляются следующие требования:

1) незначительные паразитные излучения при приеме энергии, так как возникающие паразитные связи нарушают правильное функционирование радиоаппаратуры и радиосистем в целом;

2) минимальные амплитудно- и фазочастотные искажения;

3) минимальные потери энергии, уменьшающие дальность действия радиосистем и ухудшающие электрические характеристики элементов и узлов радиоаппаратуры, конструируемых на базе линий передачи;

4) высокая электрическая прочность, необходимая для передачи большой мощности, а также для конструирования элементов и узлов радиоаппаратуры;

5) высокая механическая прочность, обеспечивающая высокую надежность, длительный срок службы и устойчивость к механическим воздействиям;

6) большая широкополосность, допускающая одновременную работу нескольких каналов радиосистем и передачу сложных сигналов с широким спектром частот;

7) передача энергии волной одного типа.

Использование нескольких типов волн приводит к понижению КПД возбуждающих устройств на входе линии, к возрастанию потерь из-за увеличения затухания на паразитных типах волн и увеличению отражений на приемном конце линии из-за повышенного коэффициента отражения паразитных типов волн.

Кроме того, различным типам волн соответствуют различные групповые скорости, что в свою очередь является причиной искажения передаваемого сообщения; один и тот же сигнал приходит в точку приема в виде нескольких сигналов, смещенных во времени. Используемые на практике линии передачи можно разделить на два класса:

Открытые линии передачи и волноводы. В открытых линиях передачи электромагнитное поле сообщается с пространством, окружающим линию. В волноводах электромагнитное поле сосредоточено в пространстве, экранированном от внешней среды металлической оболочкой.

Критерии выбора ЛП:

- тип волны

- структура электромагнитного поля (эл.м.п).

- критические частоты

- максимальная пропускная мощность

- широкополосность.

По типу волн и структуре эл.м.п. ЛП могут пропускать не весь диапазон частот , существуют критические частоты начиная с которых передача энергии не возможна

λ< λ кр, f > f кp - условие передачи волн заданного типа ЛП

λ > λ кр, f < f кp - режим отсечки

Максимальная пропускная мощность ограничивается:

1.электрическим пробоем между проводниками

2.перегр. проводников и изоляторов

3.характером или режимом работы

Типы ЛП:

1. проволочные (2-х 4-х проводные) СВ,ДВ,KB

(простота , высокая электрическая прочность, удобны)

2. кабели (коакс. симметричные)

(нет критической частоты, гибкие , отсутствует дисперсия, окружающая среда не воздействует)

3. волноводы

(круглые , прямоугольные, коаксиальные и спец. формы) ДМ,СМ,ММ

4. ЛП открытого типа - (полосковые, мк/полосковые)

(удобная конструкция, малая эл. прочность)

5. ВОЛС - в оптическом диапазоне

Б30.1 Детекторы (ДТ) радиосигналов, Назначение, принцип действия, разновидности.

В тракте основной избирательности РПУ радиосигнал может быть представлен в виде обобщенного квазигармонического колебания u(t)=U_msin(t+) (1) где функции U,, отражают закон модуляции. В случае частных видов модуляции из (1) следует для AM u(t)=U_msin(₀t+) (2) ; _{для ЧМ} u(t)=U_msin(₀t+S^t_-()d) (3); _{для ФМ} u(t)=U_msin(₀t+S(t)) (4). Задачей ДТ РПУ явл. выделение с допустимыми искажениями модулирующего сигнала из высокочастотного колебания (2)-(4). В зависимости от вида модулирующих сигналов и параметров в ДТ возможен стационарный или нестационарный режим работы. Для последнего режима необходимо учесть перех. процесс в выходном колебании u_вых(t) возникающий при скачке модулирующей ф-ии: для AM u(t)=Umsign(t) _{для ФМ} (t)=₀sign(t). В общем случае любой ДТ может быть представлен структурой (рис.2), где: 1) ист. сигнала с параметрами Z_Г , е_Г, т.е. предшествующий каскад, в супергетеродинном РПУ это последний каскад УПЧ; 2) собственно ДТ, т.е. нелин. или параметрич. устр-во, в кот. осуществляется преобр-ние модулированного колеб. в колеб.,которого содержит составляющие модулирующего сигнала;

3) ФНЧ, отделяющий спектр модулирующего колеб. от спектров других колебаний, которые могут возникать на выходе ДТ. Вследствие фильтрации в нагрузке с сопротивлением Z_H выделяется выходное полезное колебание и u_вых. В ДТ могут быть использованы различные физ. процессы. Напр., в нелин. АМ-детекторе сначала с помощью нелин. элем. осущ. нелин. преобразования вх. сигнала u(t), что приводит к появлению в преобразованном спектре составляющей мо­дулирующей частоты. Т.к. олученный спектр содержит и др. побоч­ные составляющие ВЧ, то их следует подавить с помощью ФНЧ. При детектировании ЧМ (ФМ)-сигналов один из приемов основан на использ. вспомогательного преобразования ЧМ(ФМ)-колебания в АМ-колебание, что также осущ. в структуре ДТ, пос­ле чего АМ-сигнал детектируется АМ-детектором, а фильтрация полезного ко­леб. также осущ. с помощью ФНЧ. Возможно использ. и др. физ. процессов. ДТ в общем случае содержит линейную и нелинейную (параметрич.) цепи, включающие двухполюсные компоненты (напр. нелин. или параметрич. диоды), а также более сложные элект­ронные приборы (транзисторы, электронные лампы, операционные усилители, интегральные модули и т.д.). Независимо от вида сигнала u(t) и способа детектирования к детектору РПУ предъявляют ряд общих требований. К ним относятся следующие: 1) высокая эффективность преобразования закона модуляции в вых. модулирующий сигнал. Общей характеристикой такого преобрзования является детекторная u_вых(t) характеристика, т. е. зависимость u_вых или i_вых от изменения информативного параметра  закона модуляции; для AM-амплитуды огибающей входного сигнала U_m=U_m(t)-U_m0, где U_m0 – ампл. несущего колебания; для ЧМ-отклонения частоты модулированно­го сигнала  относительно центральной частоты, т. е. частоты сигнала (t) без модуляции _ц: =(t)- _ц. для ФМ-отклонения фазы модулированного сигнала  от фазы опорного колебания ₀, относительно которого ведется отсчет (t):= (t)-_0. Желательно, чтобы детекторная хар-ка была линейной, так как при линейном законе модуляционной хар-ки РПерУ это обеспечит отсутствие искажений в законе модуляции (рис.3, где  - информативный параметр закона модуляции; =U_m; =; =; ₀ - значение параметра при отсутствии модуляции:1-линейная детекторная характеристика;2-нелинейная детекторная хар-ка). Для конкретных видов детекторов вводят параметры, характеризующие некоторые свойства детекторной характеристики. Так, для АМ-сигналов коэффициент передачи детектора К_дт для гармонического закона модуляции огибающей АМ-сигнала U_m=U_m0(1+mcost), (6) где U_m0 - амплитуда несущего колебания; m — коэффициент глубины модуляции;  - частота модуляции, определяется следующим образом: K_дт=U_m/(mU_m0) (7) Как следует из (7), К_дт - это отношение амплитуды U_m выходного сигнала к амплитуде огибающей входного сигнала mU_m0. Для сигнала с угловыми видами модуляции к оэффициент передачи К_дт - это отношение амплитуды выходного сигнала U_m к амплитуде входного сигнала с оговоренными условными параметрами модуляции _max или _max. Иногда используют производную от детекторной характеристики на ее линейном участке, называемую крутизной детекторной характеристики: S_дт=dU_вых/d (8)

2) малые линейные искажения при детектировании, обусловленные наличием в структуре, (рис.2), реактивных компонентов; 3) малые нелинейные искажения, возникающие, прежде всего из-за присутствия в структуре, (рис.2) нелин. компонентов (нелин. детектирование) или неидеальности параметрич. компонентов, обычно явл. на практике нелин.-параметрич.. На нелин. искажения вых. сигнала ДТ могут влиять также специфические физ.процессы в схемах детекторов; 4) высокое входное сопротивление для тока высокой (промежуточной) частоты Z_вх=U_m/I_m (9) где U_m,I_m - амплитуды соответственно напряжения и тока первой гармоники сигнала во входной цепи детектора со стороны источника (e_Г , Z_Г) (рис.2). Импеданс Z_вх оказывает шунтирующее действие на колебательную цепь в последнем каскаде УПЧ РПУ и вызывает ее расстройку.

Б30.2 Коды Хемминга (КХ): построение кодов и их декодирование. Удлиненные и укороченные коды Хэмминга.

КХ называется (n,k)-код, проверочная матрица которого имеет г=n-k строк и 2^r-1 столбцов, причем столбцами являются все различные ненулевые последовательности. Пусть кодовая комбинация содержит и информацию и k проверочных символов, причём значение каждого проверочного разряда определяется суммированием по mod 2 определённого числа информационных разрядов. После приёма кодовой комбинации проводят k проверок, заключающихся в вычислении контрольных сумм r₁, r₂, … r_k, для определения наборов значений (всего: n+k). Если записать результаты данных проверок справа – налево, то получим k- разрядное контрольное число r = (r_k, r_k-1, … ,r₁), которое и указывает на номер искажённого разряда в двоичной системе исчисления. Отсутствию ошибки в кодовой комбинации соответствует контрольное число, состоящее только из нулей. Это число должно описывать (n+k+1) различных событий, включая отсутствие ошибки или искажение одного из (n+k) разрядов, т.к. в k двоичных разрядах можно записать лишь 2^k различных контрольных чисел, то обязательным является выполнение условия: 2^k n+k+1, откуда можно найти значение k для заданного n. Результаты проверок r₁, r₂, …,r_k в коде Хемминга вычисляются в соответствии с проверочными уравнениями: r₁ = a₁+a₃+a₅+a₇+ …

r₂ = a₂+a₃+a₆+a₇+ … r₃ = a₄+a₅+a₆+a₇+ … Первое уравнение включает в себя те разряды кодовой комбинации, в номерах которых в двоичных формах записи стоит единица в младшем разряде: (001,011,101,111…). Второе уравнение представляет собой сумму по mod 2 всех разрядов, в двоичных номерах которых стоит единица на позиции 2¹, т.е. в предпоследнем разряде: (010,011,110,111…). Третье составлено как сумма по mod 2 тех разрядов, в двоичных номерах которых имеется единица на третьем месте, считая с младшего разряда: (100,101,110,111…). Анализ уравнений показывает, что разряды a₁, a₂, a₄, … входят только по одному в каждое из этих уравнений. Поэтому именно эти разряды удобно принять в качестве проверочных символов. Приравнивая проверочные уравнения к нулю при отсутствии ошибок, определим требуемое значение проверочных разрядов: a_{1 =} a₃+a₅+a₇+ …

a_{2 =} a₃+a₆+a₇+ … a_{4 =} a₅+a₆+a₇+ …

Пример. Для (7,4)-КХ: Проверочная матрица любого КХ всегда содержит минимум три линейно зависимых столбца, поэтому кодовое расстояние кода равно трем. Если столбцы проверочной матрицы представляют упорядоченную запись десятичных чисел, т.е. 1,2,3... в двоичной форме, то вычисленный синдром S_i(1,0)=S_r-1, ...S₁,S₀=H^T_(n,k)v_i(1,0) однозначно указывает на номер позиции искаженного символа. Пример. Для (7,4)-КХ проверочная м атрица в упорядоченном виде имеет вид:

П усть переданное кодовое слово - v(1,0)=1101001, а принятое слово - v(1,0)=1101101. Синдром, соответствующий принятому слову будетравен:

В ычисленный синдром указывает на ошибку в пятой позиции (101₂=5₁₀). Проверочная матрица в упорядоченном виде представляет собой совокупность проверочных уравнений, в которых проверочные символы занимают позиции с номерами 2ⁱ (i=0,1,2...). Проверочные уравнения используются для построения кодера, а синдромные - декодера КХ. КХ с исправлением одиночных ошибок реально используется в работе полупроводниковой памяти там, где надежность хранения информации очень важна – например, в серверах комплектующих сетей. Еще один важный момент состоит в том, что при возникновении ошибок кратности больше 1, код с d_min=3 не только их не исправляет, но и не обнаруживает. Корректирующая способность КХ может быть увеличена введением дополнительной проверки на четность. В этом случае проверочная матрица для рассмотренного выше (7,4)-кода будет иметь вид:

а кодовое расстояние кода d₀=4. Добавление проверочного символа а₀, осуществляющего общую проверку на четность, приводит к расширенному КХ с дополнительной способностью обнаруживать двойные ошибки. Его проверочная матрица легко может быть получена из матрицы обычного КХ: к каждой строке последней следует впереди приписать нулевой символ, а к получившимся строкам – строку из единиц, соответствующую общей проверке на четность. Укороченные КХ получают из полных КХ вычеркивая столбцы из порождающей матрицы, т.е. символов, относящихся к информационным. Пусть, k – информационных символов, а хотим – k₁. Тогда: T=k- k₁ – параметр укорочения. Пример: для полного (7.4)-кода Хемминга: для укороченного:

П ри правильном укорочении полного кода можно получить целый ряд дополнительных полезных свойств: 1.Укорочение кодирующих и декодирующих схем. 2. Обеспечение регулярности и однородности схем. 3. Уменьшение вероятности неправильного декодирования многократных ошибок. 4. Обнаружение ошибок специального вида. 5. Нахождение кодов, словами которых являются как прямые, так и инверсные слова. Если есть код A₁, то A₂= - тоже код. 6. Построение матриц H, состоящих из однотипных матриц.

Б30.3 Назначение и классификация антенн (А).

А. – устройство, предназначенное для излучения в свободное пространство и приема из свободного пространства энергии электромагнитных волн.

А. классифицируются по диапазону радиоволн, применению общности отдельных характеристик (полосы пропускания, диаграммы на-правленностн и т.д.) и принципу действия. По принципу действия, который во многом опреде­ляет форму, основные характеристики и применение антенн. Три группы (по принципу действия): 1) линейная А - излучающая система с поперечными размерами значительно меньше длины волны и переменными токами, текущими вдоль оси системы. 2) антенная решетка – система однотипных излучателей, расположенных определенным образом и возбуждаемых одним генератором или несколькими когерентными генераторами (директорная, щелевая, поверхностные А). 3) Апертурная А – устр-во, отличающаяся тем, что его выход можно представить как некоторую поверхность, через которую проходит весь поток излучаемой (принимаемой) электромагнитной энергии. Эта поверхность, называемая апертурной, или раскрывом, обычно больше длины волны. (рупоры, зеркала, линзы).

Параметры: 1) диаграмма направленности (ДН) – зависимость амплитуды напряженности электрического поля Е, создаваемого А. в точке наблюдения, от направления на эту точку (угловых координатθ,φ) при постоянном расстоянии точки наблюдения до А. (г = const). Для наглядности и простоты графического наблюдения ДН ча­ше всего изображаются в виде двух плоских кривых в полярной системе координат. Одна из этих кривых - ДН в горизонтальной плоскости - представляет собой распределение напряженности электрического поля излучения на описанной в горизонтальной плоскости вокруг А. окружности и является функцией угла (азимута) в гори­зонтальной плоскости Еφ. Другая кривая – ДН в вертикальной плоскости - представляет собой распределение напряженностей электрического поля излучения на описанной в вертикальной плоскости вокруг А. окружности и является функцией угла в вертикальной плоскости (угла места) Eθ.

рис1. ДН: а)–игольчатая в горизонт. и вертик. плоскостях; б)-веерная в вертикал. плоскости

На рис.1 приведены наиболее распространенные формы ДН: игольчатая, которая применяется на радиорелейных линиях, в радиолокации, радиоуправлении и веерная, имеющая хорошую направленность горизонтальной плоскости и малую в вертикальной, что облегчает поиск целей в радиолокационных системах. 2) ширина главного лепестка, характеризует ширину ДН. 3) эффективная площадь, размер площади, через которую приемная А. собирает энергию. 4) коэффициент направленного действия (КНД) – отношение мощности излучения направленной и ненаправленной А., создающих в данном направлении на одном и том же расстоянии одинаковую напряженность поля. т.е. КНД показывает какой энергетический выигрыш дает применение направленной А. по сравнению с ненаправленной. 5) Входное сопротивление А. 6) КПД, вычисляют как отношение излучаемой мощности к полной мощности, подводимой к А. 7) рабочий диапазон частот. А так же климатические, механические, эксплутационные (масса, габариты, удобство и простота обслуживания) и экономические (стоимость затраты).

Требования к антенне:

1. Антенна должна распределять электромагнитную мощность в пространстве (или реагировать на приходя­щее электромагнитное поле) по определенному закону, т.е. иметь заданную характеристику направленности. В одном случае желательно, чтобы энергия излучалась или принималась равномерно по всем направлениям, в других случаях требуется направленное действие, т. е. концентрация излучаемого поля в достаточно узкий пу­чок - так называемый луч.

2. Процесс излучения или приема электромагнитных волн не должен сопровождаться бесполезным расходом высокочастотной энергии на омические потери (т.е. нагрев) внутри антенны. Другими словами, антенна дол­жна иметь как можно более высокий к.п.д.

Б31.1 Автоматическая регулировка усиления и автоматическая подстройка частоты в радиоприемных устройствах. Принцип действия, параметры, назначение.

Автоматическая регулировка усиления предназначена для поддержания требуемой амплитуды принимаемого сигнала на выходе приемника U_вых в условиях, когда амплитуда сигнала на входе приемника U_вх, меняется. Амплитуда принимаемого сигнала U_вx зависит от ряда факторов (например, мощности передающей радиостанции и т. п.). Эта амплитуда может изменяться в процессе распространения радиоволн из-за явления замирания. Система АРУ содержит детектор (Д), фильтр нижних частот и регулируемые усилители (РУ).

Иногда для повышения эффективности АРУ до или после детектора АРУ вводится усилитель.

Принцип действия АРУ следующий. Если амплитуда выходного напряжения U_вx сравнительно мала и не превышает некоторого порогового значения U_вx0, то АРУ не работает. Достигается это посредством включения в детектор АРУ некоторого постоянного запирающего напряжения Е_в . Если амплитуда сигнала U_вых, меньше Е_в, то детектор АРУ закрыт и напряжение на его выходе равно нулю. Соответственно АРУ в этом случав не работает. При этом характеристика АРУ при U_вx < U_вx0 является линейной. Если U_вx превышает U_вx0 и соответственно U_выx становится больше Е_в, то детектор АРУ открывается. Этот детектор является амплитудным и продетектированное напряжение на его выходе Е тем больше, чем больше амплитуда U_вых. Продетектированное напряжение Е через фильтр нижних частот подается на регулируемые усилители. Напряжение Е изменяет режим работы регулируемого усилителя, что приводит к изменению его параметров (обычно, меняется крутизна усилительного прибора). Соответственно меняется коэффициент усиления регулируемых усилителей К₀. При этом К₀ уменьшается с увеличением Е и, следовательно, с увеличением U_вых и U_вх В результате указанного изменения К₀ амплитуда напряжения на выходе U_вых изменяется в меньших пределах, чем изменяется U_вх.

Фильтр нижних частот служит для того, чтобы пропускать только сравнительно медленные изменения напряжения, вызванные замираниями сигнала. Этот фильтр непропускает достаточно быстрых изменений напряжений, обусловленных полезной модуляцией сигнала (в случае AM) или действием помех. Если бы фильтр пропускал переменные напряжения, связанные с полезной AM, то в системе АРУ происходила бы нежелательная демодуляция полезного сигнала.

Автоматическая подстройка частоты. Данная регулировка применяется, в супергетеродинных приемниках и предназначена для автоматической подстройки частоты гетеродина f_r, при изменении ее из-за различных дестабилизирующих факторов.

Изменение частоты гетеродина f_r, в супергетеродинном приемнике приводит к изменению промежуточной частоты f_n сигнала, которая в случае точной настройки приемника должна равняться резонансной частоте f_n0 усилителя промежуточной частоты (УПЧ). При сильных же изменениях f_r промежуточная частота сигнала будет существенно отличаться от резонансной частоты УПЧ и нормальный прием сигнала будет нарушен. Для осуществления АПЧ в приемник вводится цепь АПЧ, как показано на рис. Цепь АПЧ содержит измерительный элемент (ИЭ), фильтр нижних частот (ФНЧ) и регулятор частоты (РЧ). Измерительным элементом является либо частотный детектор, если осуществляется частотная АПЧ, либо фазовый детектор, если осуществляется фазовая система АПЧ. В последнем случае на фазовый детектор, кроме сигнала, подают опорное колебание с эталонной частотой. Рассмотрим принцип работы системы частотной АПЧ, в которой измерительным элементом является частотный детектор (ЧД). Характеристика ЧД имеет «нулевую» точку при f=f₀. Частота этой нулевой точки устанавливается равной резонансной частоте УПЧ. На ЧД подается с выхода УПЧ напряжение сигнала с промежуточной частотой f_n, Если частота f_n точно равна f₀, то напряжение Е на выходе ЧД равняется нулю. Следовательно, в этом случае на регулятор частоты не будет подаваться напряжения и гетеродин подстраиваться не будет. Если же частота сигнала отклонится от f₀ , то на выходе ЧД f_r возникнет напряжение Е. Это напряжение Е через фильтр нижних частот (ФНЧ) подается на регулятор частоты (РЧ), который подстраивает частоту гетеродина. В результате такой подстройки отклонение f_n от f₀ будет меньше, чем в случае отсутствия АПЧ.

Регулятор частоты может быть выполнен либо электронным способом (например, с помощью варикапа), либо электромеханическим способом, например, с помощью миниатюрного электромоторчика, ось которого связана с конденсатором переменной емкости контура гетеродина.

Фильтр нижних частот служит для того, чтобы пропускать только сравнительно медленные изменения напряжения, связанные с уходом частоты гетеродина. В то же время этот фильтр не пропускает быстрых изменений напряжения Е, которые могут возникать на выходе ЧД из-за полезной ЧМ сигнала или из-за действия помех.

Б31.2 Ошибки в каналах передачи информации и их модели. Основные параметры кодов.

Код – совокупность дискретных сигналов, выбранных для передачи сообщений. Параметры кода:

1) Основание кода q – число элементарных символов, выбранных для передачи сообщений. Например: q= (0, 1) – двоичный код.

2) Длина кода n — число символов, выбранных для передачи сообщений. Коды бывают: равномерные (блоковые); неравномерные (n изменяется); сверточные (при n – бесконечности).

3) Мощность кода M – число комбинаций, выбранных для передачи сообщений. q=2, n=8, М=2⁸=256, М – максимальная мощность кода.

Коды, у которых для передачи используются все слова кодов, называются полными или безизбыточными. Избыточный код - для передачи используются не все кодовые слов.

Пример.q=2, n=3 000

001

010

М=8 011 разрешенные кодовые слова

100

101 (четкое количество)

110

111

Все множество кодовых слов делим на 2 части: разрешенные и запрещенные

4) k – число информационных позиций.

5) r – число проверочных позиций.

r = n – k; M = q^k = 2² = 4

6) с – скорость передачи кода.

с = k / n;

7) t – кратность ошибок.

8) d – кодовое расстояние.

9) Вес слова – w – число ненулевых позиций в слове.

Разновидности моделей каналов передачи информации при помехоустойчивом кодировании.

1. Наиболее распространенный канал с неизвестным местополо­жением ошибок.

приемник

сообщ. Кодер канал декодер

помеха

чтобы обнаружить ошибку: d_oш = t+1,чтобы исправить - d_oш = 2t+1

2. Канал со стираниями

3. канал с дефектами.

4. канал с известным местоположением ошибок (обхода отказавших разрядов-IBM)

5. широко вещательный канал.

6. канал с подслушиванием..

Методы борьбы с ошибками.

1. Улучшение технологии конструкции, схемотехники устройств и систем.

2. Введение структурной избыточности – резервирование устройств и систем.

3. Введение информационной избыточности.

4. Введение временной избыточности.

Характеристики ошибок.

Ошибки бывают:

1. Случайные.

2. Зависимые.

Случайные ошибки возникают независимо друг от друга. При этом говорят о кратности ошибок. t - кратность ошибок.

Зависимые

1. Пакетные

2. Модульные (частный случай пакетных ошибок).

Ошибки бывают:

1. Симметричные.

2. Ассиметричные.

3. Однонаправленные.

Симметричные:

Виды ошибок:

1. Выпадение разряда.

2. Вставка разряда.

Ошибка замещения.

Б31.3 Частотно-независимые антенны. Логопериодические антенны

В понимании действия современных частотно-независи­мых антенн основным является принцип электродинами­ческого подобия. Этот принцип устанавливает идентич­ность входных импедансов и характеристик направлен­ности двух различных антенн без потерь на двух раз­ных частотах f₁ и f₂, если форма этих антенн одинакова (рис.1), а соответствующие размеры, например L1 и L2, изменены обратно пропорционально отношению ча­стот. Это значит что на разных частотах антенны должны быть равны по высоте L. То есть антенна должны быть подобна сама себе на любых частотах.

Особенностью как плоских, так и пространственных спирал-х структур является своеобразная автоматическая «отсечка» излучаю­щих токов. Это явление состоит в том, что амплтуды токов, возникающ в плечах спирали под действием генератора, включаемого в центре структуры, резко уменьшаются (в 100 раз и более) после прохождения того витка спирали

Рис.2. Бесконечная структура определяемая угловыми размерами.

Периметр витка примерно равен длине волны. Остающаяся невозбужденной внешняя часть структуры может быть обрезана, и это почти не сказывается на характеристике излучения и входном импедансе остающейся части.

Принципы создания частотно-независимых антенн:

1) в антенне должно выполняться условие автомати­ческой отсечки излучающих токов, гарантирующее по­стоянство электрического размера излучающей части антенны (принцип отсечки токов);

2) форма антенны должна определяться в основном угловыми размерами (угловой принцип);

3) форма щелевой части плоской антенны должна совпадать с формой вибраторной части (принцип до­полнительности).

Среди этих принципов первостепенное значение при­надлежит принципу отсечки токов. Второй и третий принципы имеют вспомогательное значение, и их нару­шение в реальных конструкциях антенн не обязательно приводит к заметному ухудшению частотных свойств.

Недостатки: сложность формы и заметное плавание параметров при изменении частоты. Недост-ки устраняются в плоских архимедовых спиральных антеннах.

Логопериодические антенны. П лечами антенны являются своеобразные структуры из взаимно чередующихся вибраторов в фор­ме выступов и впадин. Геометрия таких структур ха­рактеризуется безразмерным периодом τ =R_n/R_n+1=const, коэффициентом формы σ = r_n/R_n и углами α и β. Коэф.-т формы σ= .

Плечи антенны в начале коорди­нат разделены зазором, к которому прикладывается возбуждающее напряжение. В качестве фидера может быть использован коаксиальный кабель, проложенный вдоль плеча антенны. Наружный проводник кабеля припаивается к одному плечу антенны на всем его про­тяжении, а внутренний проводник присоединяется к на­чалу другого плеча антенны. Величина электрического тока в высту­пах структуры при удалении от центра возрастает, достигая максимума в месте расположения резонансных выступов примерно четвертьволновой длины. Направле­ния наиболее интенсивных токов, определяющих излу­чение антенны, показаны стрелками на рис. После прохождения резонансных выступов токи резко умень­шаются, т. е. происходит их отсечка. С уменьшением частоты излучаемых колебаний последовательно возни­кают резонансы выступов, более удаленных от центра. Отношение двух частот f₁<f₂, на которых резонируют соседние выступы, составляет в точности величину τ = f₁/f₂. Поэтому характеристики направленности и вход­ной импеданс антенны оказываются периодическими функциями логарифма частоты колебаний. При правиль­ном подборе параметров структуры изменение характе­ристик антенны в пределах одного периода оказывается небольшим. Точное повторение этих изменений от пе­риода к периоду обеспечивает удовлетворительное пове­дение характеристик антенны в очень широком диапа­зоне частот. Границы рабочего диапазона в первом приближении определяются частотами резонанса край­них выступов, наиболее близких к центру антенны и наиболее удаленных от него.

Диаграммы направленности плоской логопериодической антенны представляют собой два широких лепест­ка, ориентированных перпендикулярно плоскости плеч. Излучение в плоскости антенны невелико для всех на­правлений. Вектор Е в направлении максимального излучения поляризован параллельно оси х, а из­лучение с поляризацией, параллельной оси у, мало. Ширина лепестков диа­граммы направленности зависит от безразмерного периода структуры τ.