книги из ГПНТБ / Радиоприемные устройства учебник

Луны, автоматические межпланетные станции, направленные к Венере и Марсу — все эти блестящие достижения вызвали восхищение всего прогрессивного человечества, и ими по праву гордится советский на­ род. В осуществлении этих грандиозных космических экспериментов большую роль сыграли успехи советской радиоэлектроники и, в частности, техники радиоприема. Радиоприемные устройства на борту космических объектов и на Земле в комплексе с другими многочислен­ ными и разнообразными устройствами и приборами обеспечили не­ обходимые весьма высокие точности запуска и выхода космических объектов на заранее рассчитанные траектории их полета, точные изме­ рения параметров их движения, прием многочисленной информации из космического пространства на Землю, надежную радиотелеграфную, радиотелефонную связь и прием телевизионных изображений, авто­ матизацию управления и многое другое.

19 и 24 ноября 1962 г. советским ученым впервые в истории чело­ вечества удалось осуществить радиосвязь с Венерой. Были переданы слова «Мир», «Ленин» и «СССР». Радиоволны при этом прошли путь от Земли до Венеры и обратно протяженностью более 80 млн. км.

Выполняя решения съездов Коммунистической партии Советского Союза, пленумов ЦК КПСС и постановлений Советского правительства, коллектив советских ученых, инженеров, конструкторов, техников и рабочих достиг больших успехов в самых разнообразных областях техники радиоприема.

В пятилетием плане развития народного хозяйства СССР на 1971 — 1975 гг., составленном в соответствии с директивами XXIV съезда КПСС, предусмотрено дальнейшее развитие связи, радиовещания и те­ левидения на основе использования новейших технических средств. Разрешение этой и других задач девятого пятилетнего плана требует, в частности, дальнейшего развития техники радиоприема.

Какие же задачи и проблемы нужно решать в технике радиоприема? Прежде всего необходимо пополнить имеющийся сейчас ассортимент радиоприемных устройств и обеспечить их выпуск в достаточных количествах, удовлетворяющих разнообразные потребности народно­ го хозяйства страны и постоянно растущие культурные запросы со­ ветских людей.

Весьма важной проблемой современной радиоэлектроники является повышение надежности радиоэлектронных систем, устройств, их эле­ ментов и, в частности, радиоприемных устройств и их деталей.

Современные радиоэлектронные системы и устройства содержат мно­ жество первичных элементов. В ряде случаев оно измеряется сотнями тысяч, миллионами, а иногда доходит и до десятка миллионов. Даже при ничтожно малой вероятности выхода из строя одного из первичных эле­ ментов системы вероятность того, что система окажется поврежден­ ной, довольно велика.

Для разрешения проблемы надежности нужно работать во многих направлениях. Здесь большую роль играет борьба за чистоту исходных материалов, улучшение технологического процесса их получения, со­ вершенствование технологических процессов производства первич­ ных деталей, совершенствование полупроводниковых приборов, улуч-

550

шенне конструкции аппаратуры, разработка теории надежности радио­ электронных систем и устройств и методики расчета их надежности, разработка теории систем с автоматическим поиском и устранением не­ исправностей и, наконец, создание принципиально новых систем, свой­ ства которых в некоторых отношениях сходны со свойствами живых организмов.

Необходимо также уделять большое внимание статистическому кон­ тролю качества и совершенствованию методов и аппаратуры для все­ сторонних исследований и испытаний" надежности и устойчивости к вы­ соким и низким температурам и давлениям, ударам, вибрациям, влаж­ ности, пыли, радиации, грибковым культурам и другим факторам.

Сложную проблему повышения надежности радиоэлектронной ап­ паратуры можно разрешить только совместными, хорошо координи­ рованными усилиями математиков, физиков, химиков, техников, кон­ структоров и инженеров различных специальностей.

Второй, также весьма важной проблемой современной радиоэлек­ троники является дальнейшая миниатюризация и сверхминиатюри­ зация радиоэлектронной аппаратуры и элементов и, в частности, радиоприемных устройств и их деталей. В этом направлении уже достигнуты известные успехи. Применение миниатюрных и сверхми­ ниатюрных деталей позволяет получить большую экономию в расходо­ вании различных материалов при построении радиоэлектронной аппа­ ратуры, а также конструировать сложную малогабаритную аппаратуру, содержащую большое число элементов, связанных между собой слож­ ными структурными связями.

Миниатюризация и сверхминиатюризация открывают неисчерпа­ емые возможности построения разнообразных малогабаритных управ­ ляющих и вычислительных электронных машин. Так, например, при­ менение малогабаритных транзисторов, работающих на сверхвысоких частотах, позволит построить кибернетические машины, содержащие высокоскоростные переключающие устройства и тонкопленочные маг­ нитные запоминающие системы с емкостью, сравнимой с емкостью памяти человеческого мозга.

Для разрешения проблемы миниатюризации и сверхминиатюриза­ ции необходимо продолжать работы по созданию миниатюрных и сверх­ миниатюрных конденсаторов, сопротивлений, индуктивностей, полу­ проводниковых и диэлектрических усилительных элементов, электри­ ческих фильтров, быстродействующих переключателей и многочислен­ ных других элементов современной радиоэлектронной аппаратуры. Нужно также продолжать изыскание новых материалов —диэлектри­ ков, полупроводниковых материалов со строго дозированными при­ месями, ферритов и др., а также принципиально новых способов по­ строения радиоэлектронной аппаратуры, основанных на использовании различных физических и химических свойств твердого тела, в частности кристаллов.

Заманчивые перспективы для освоения новых диапазонов частот открывает использование твердых тел с кристаллической структурой. Так, например, применение кристаллов синтетического рубина и дру­ гих кристаллов, облучаемых мощным электромагнитным некогерент-

551

Ним излучением, дает возможность когерентного генерирования и из­ лучения электромагнитных колебаний в широком диапазоне частот от нескольких десятков и до нескольких сотен тысяч гигогерц.

Получение когерентных колебаний на столь высоких частотах по­ зволяет концентрировать излучение в весьма узкие пучки с угловой шириной, измеряемой тысячными долями градуса. Такие «игольчатые» лучи применяют для исследования свойств различных веществ, для

областей ее применения, а использование когерентного излучения для связи на этих частотах позолит передавать практически неограниченное количество информации.

Освоение новых диапазонов частот, как это было и раньше, приведет к качественным скачкам в свойствах и применении радиоэлектронной аппаратуры. Многие трудные проблемы радиоэлектроники будут раз­ решены. Так, есть основания полагать, что освоение новых диапазонов приведет к решению проблемы радиовидения, а применение электро­ магнитных волн новых диапазонов для их канализации в волноводах, световодах и т. д. позволит строить линии связи с огромной пропуск­ ной способностью.

Как уже было отмечено, в области повышения качественных харак­ теристик радиоприемных устройств достигнуты большие успехи. Одна­ ко полученные высокие качественные характеристики не являются пре­ дельно возможными. Они уже не удовлетворяют быстро растущим тре­ бованиям. Отсюда следует, что весьма важная проблема современной техники радиоприема — это проблема дальнейшего повышения ка­ чественных характеристик радиоприемных устройств, их узлов и де­ талей.

Приведенные здесь данные о чрезвычайно высокой чувствительноти современных радиоприемных устройств космической радиоэлектро­ ники не обеспечивают решения многих проблем освоения космическо­ го пространства. Дальнейшее совершенствование малошумящих усилиделей и, в частности, параметрических усилителей позволяет строить приемно-усилительные системы с еще более высокой чувствитель­ ностью.

Не менее заманчивы и перспективы в области дальнейшего повы­ шения стабильности частоты. С помощью методов квантовой радиоэлек­ троники, открытой академиками Н. Г. Басовым и А. М. Прохоровым, построены генераторы электрических колебаний, дающие ошибку в де­ сятые доли секунды за несколько сотен лет. Теоретические и экспери­ ментальные исследования показали, что и эти результаты не являются предельными.

Полученные с помощью методов современной радиоэлектроники высокие стабильности частоты колебаний открывают новые увле­ кательные перспективы. Так, например, с помощью весьма точных измерений малых относительных изменений частоты электромагнит-

552

пых колебаний оказалось возможным проверить некоторые положения общей теории относительности, а именно влияние поля тяготения на ход времени в земных условиях.

Чрезвычайно важна проблема помехоустойчивости. Возникшая на заре развития радиотехники, она продолжает оставаться актуальной

ив наши дни. Этой проблеме посвящено огромное число работ. Пере­ числим основные направления, по которым развивались теория поме­ хоустойчивости и методы подавления помех. К ним относятся:

1.Изучение радиопомех, их формы, величины и статистической структуры.

2.Исследование воздействия помех на радиоприемные устройства

иих отдельные элементы.

3.Изыскание методов подавления помех в радиоприемных устрой­ ствах и методов уменьшения их внутреннего флюктуационного шума.

4.Совершенствование методов передачи и приема полезных сигна­ лов и применение, в частности, частотной манипуляции и модуляции, однополосной передачи, импульсных методов работы, кодовой им­ пульсной модуляции, фазовой селекции, синхронных методов радио­ приема и т. д.

5.Создание академиком В. А. Котельниковым и развитие теории потенциальной помехоустойчивости, т. е. наибольшей возможной по­

мехоустойчивости, которой можно достичь, применяя идеальный ра­ диоприемник, обеспечивающий получение наиболее полного соответ­ ствия между сигналом, искаженным помехами, и неискаженным сигна­ лом при заданном методе передачи и заданном виде помех.

6. Развитие К. Шенноном и другими учеными теории информации, рассматривающей общие закономерности, присущие как самим сообще­ ниям, так и их передаче при наличии помех и, в частности, создание и развитие теории пропускной способности каналов связи, теории коди­ рования и декодирования.

7. Изыскание новых методов передачи и приема сообщений, ос­ нованных на использовании теории информации, и, в частности, изыс­ кание методов передачи речи, неподвижных и движущихся изображе­ ний и других сообщений через каналы связи с уменьшенной полосой частот.

В дальнейшем необходимо продолжать исследования, направленные на повышение помехоустойчивости радиоэлектронной аппаратуры и, в частности, радиоприемных устройств.

Эти исследования тесно связаны с дальнейшим развитием статис­ тической теории обнаружения сигналов при наличии помех. Исполь­ зование новых методов обработки информации, объединение радиопри­ емных и электронных вычислительных устройств, применение в них цепей с переменными параметрами —все это открывает увлекательные перспективы построения принципиально новых систем приема и обра­ ботки информации.

В последнее время успешно развивается техника наносекундных импульсов. Ее появление было вызвано общей тенденцией — повы­ шением быстродействия радиоэлектронной аппаратуры. Значительное влияние на прогресс техники наносекундных импульсов оказали ис­

653

следования в области ядерной физики, при проведении которых не­ обходимы быстродействующие регистрирующие устройства, приборы для измерения очень малых промежутков времени, генераторы весьма коротких импульсов и ряд других электронных приборов и устройств.

Применение радиоэлектронных приборов и устройств, генерирую­ щих, усиливающих и преобразующих наносекундные импульсы, весьма разнообразно. Их используют для изучения переходных процессов в ферритах, сегнетоэлектриках и полупроводниковых приборах, в ско­ ростных осциллографах. Эта аппаратура необходима и для широкопо­ лосных волноводных линий связи с кодовой импульсной модуляцией.

По сравнению с обычными мультивибраторами, в которых крутизна фронта нарастания колебаний не превышает 108 В/с, в системах наносекундных импульсов крутизна фронта примерно равна 1013—1014 В/с. В частности, применение нелинейных индуктивностей дает возможность получать импульсы длительностью менее 10~10 с, амплитудами до 50 кВ

икрутизной фронта до 1014 В/с и выше.

Вдальнейшем, развивая технику сверхкоротких импульсов, следу­ ет совершенствовать существующее методы и схемы, а также создавать

новые электронные приборы, новые схемы и методы формирования и приема этих импульсов.

Весьма важна проблема дальнейшего совершенствования проекти­ рования и технологии производства радиоприемных устройств, их узлов и деталей и, в частности, проблема автоматизации их проек­ тирования и 'производства. Для разрешения этих проблем нужно со­ вершенствовать технологию производства полупроводниковых при­ боров, миниатюрных и сверхминиатюрных конструкций деталей и узлов, печатных схем, автоматизации сборки и контроля качества и т. д. Необходимо также изыскивать принципиально новые виды технологи­ ческих процессов и использовать современные методы автоматизации проектирования.

Для успешного разрешения перечисленных основных проблем тех­ ники радиоприема необходимо использовать имеющиеся и будущие достижения в самых разнообразных областях современной радиолектроники, математики, физики твердого тела, химии, технологии, метал­ лургии, биологии, кибернетики, теории информации, автоматики и телемеханики и многих других наук и областей техники.

В наши дни различные, часто даже весьма отдаленные области на­ уки и техники, взаимодействуют друг с другом, образуют новые науки и новые области техники. Ярким примером в этом отношении являет­ ся радиоэлектроника, возникшая на основе радиотехники. Другим характерным примером служит радиоастрономия, появившаяся в ре­ зультате взаимодействия древнейшей науки — астрономии и молодой науки — радиоэлектроники. Электронные математические машины — этот результат взаимодействия математики и электроники.

Не подлежит сомнению, что проблема телевизионной передачи почти на всей поверхности земного шара будет успешно разрешена в неда­ леком будущем при помощи искусственных спутников Земли, содержа­ щих трансляционные телевизионные станции. Что касается более от­ даленного будущего, то развитие радиоэлетроники позволит разрешить

554

2.Входные цепи

2.1.Общие сведения о входных цепях. . ......................................................32

3.7.Обратная связь в резонансных усилителях. Устойчивый коэффициент усиления усилителей с общим катодом, общим истоком, общим

553

5.3.Усилители промежуточной частоты с одиночными попарно расстроен­

6.5.Переходные характеристики усилителей с одиночными попарно расстроенными контурами и двухконтурными полосовыми филь­

7. Преобразователи частоты

557

9 . 3 . О с о б е н н о с т ь р а б о т ы ч а с т о т н ы х д е т е к т о р о в в и м п у л ь с н о м р е ж и м е 3 3 3

5 5 8