Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы радиотехники и связи. Учебное пособие
.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
Уральский федеральный университет
имени первого Президента России Б. Н. Ельцина
П. П. Березовский
ОСНОВЫ РАДИОТЕХНИКИ
И СВЯЗИ
Учебное пособие
Рекомендовано методическим советом
Уральского федерального университета
для студентов вуза,
обучающихся по направлениям подготовки:
10.03.01 — Информационная безопасность;
11.03.01 — Радиотехника;
11.05.01 — Радиоэлектронные системы и комплексы
Екатеринбург
Издательство Уральского университета
2017
УДК 621.396(075.8)
ББК 32.84я73+32.884я73
Б48
Рецензенты:
Заместитель заведующего кафедры ОПД ТС УрТИСИ, канд. техн. наук,
доц. Н. В. Будылдина;
профессор кафедры физико-математических дисциплин РГППУ,
д-р физ.-мат. наук А. Д. Ивлиев
Научный редактор — проф., д-р техн. наук Л. Г. Доросинский
Изображение на обложке с сайта http://ukr-24.com/uploads/posts/2017-03/
1490096884_stockvault-cirquit-board116782.jpg.
Березовский, П. П.
Б48 Основы радиотехники и связи : учебное пособие / П. П. Березовский. –
Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2017.– 212 с.
ISBN 978-5-7996-2093-6
Излагаются основные сведения, посвященные методам модуляции сигналов в аналоговых системах с амплитудно-импульсной, импульсно-кодовой, частотной, фазовой
модуляцией и их преобразованиям, а также методам установления устойчивой связи,
передачи и приема своевременной и достоверной информации при решении практических задач по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций.
Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности
10.03.01 — Информационная безопасность.
Библиогр.: 8 назв. Табл. 5. Рис. 21.
Учебное издание
Березовский Петр Петрович
ОСНОВЫ РАДИОТЕХНИКИ И СВЯЗИ
Редактор Н. П. Кубыщенко
Верстка О. П. Игнатьевой
Подписано в печать 22.05.2017. Формат 60×84 1/16. Бумага писчая. Печать цифровая.
Гарнитура Newton. Уч.-изд. л. 9,8. Усл. печ. л. 12,3. Тираж 50 экз. Заказ 154
Издательство Уральского университета
620049, Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 5. Тел.: 8 (343)375-48-25, 375-46-85, 374-19-41
620075, Екатеринбург, ул. Тургенева, 4. Тел.: 8 (343) 350-56-64, 350-90-13. Факс: 8 (343) 358-93-06
Редакционно-издательский отдел ИПЦ УрФУ
E-mail: rio@urfu.ru
Отпечатано в Издательско-полиграфическом центре УрФУ
E-mail: press-urfu@mail.ru
УДК 621.396(075.8)
ББК 32.84я73+32.884я73
ISBN 978-5-7996-2093-6 © Уральский федеральный
университет, 2017
Введение
современных условиях системы связи, своевременность
и достоверность получаемой информации в основном
В
обеспечиваются:
— своевременной и устойчивой организацией связи и опо-
вещения, в соответствии с требованиями руководящих
документов, и с учетом местных условий решения прак-
тических задач по предупреждению и ликвидации чрез-
вычайных ситуаций;
— функциональными возможностями и наиболее эффек-
тивными методами и способами практического исполь-
зования систем связи и оповещения;
— применением организационных, технических и про-
граммных методов и способов защиты информации в се-
тях связи и оповещения;
— надежным функционированием систем связи и оповеще-
ния в процессе выполнения практических задач по пред-
упреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций.
И, наконец, следует особо заметить, что установление устой-
чивой связи, передача и прием своевременной и достоверной
информации при решении практических задач по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций, в конечном счете, определяется:
— во-первых, конкретными знаниями места и роли систем
связи и оповещения в Российской системе чрезвычайных
ситуаций (РСЧС) практически всеми должностными ли-
цами управлений по делам ГО и ЧС, а также руководите-
3
. Введение
лями и сотрудниками подразделений гражданской защиты других ведомств и объектов народного хозяйства;
— во-вторых, высокой квалификацией специалистов под-
разделений связи и оповещения, отвечающих за организацию связи и оповещения и обеспечивающих требуемую эффективность их функционирования на всех этапах
практической работы и во всех звеньях прохождения информации от момента ее передачи до момента приема
и документирования.
Таким образом, возникает практическая необходимость формирования профессиональных знаний по системам связи и оповещения у сотрудников штабов ГОЧС, а также подразделений
гражданской защиты других ведомств и объектов народного хозяйства в объеме их функциональных обязанностей.
4
ГЛАВА 1
Способы передачи речевых сообщений.
Аналоговые системы связи.
Основные характеристики аналоговых сигналов.
Методы модуляции в аналоговых системах связи
ередача сообщений на расстояние осуществляется
с помощью какого-нибудь материального носителя
П
Реальный физический процесс преобразуется в электрический сигнал, отражающий сообщение и являющийся функцией времени даже в случае, если само сообщение ею не является.
Сигналы делятся на детерминированные и случайные. К детерминированным сигналам относятся такие сигналы, значения
которых в любой момент времени полностью известны, т. е.
предсказуемы с вероятностью, равной 1.
Случайными называются сигналы, значение которых в любой момент времени невозможно предсказать с вероятностью,
равной 1. Детерминированные сигналы информации не несут,
так как они просто могут быть восстановлены в точке приема.
Следовательно, передавать по линии связи имеет смысл лишь
те сообщения, которые заранее точно не определены на приемном конце линии. Для получателя сообщений они случайные, и это позволяет утверждать, что только случайные колебания несут информацию. Между сообщением и сигналом
должно быть однозначное соответствие, чтобы при обратном
преобразовании в пункте приема можно было получить пере-
или физического процесса.
5
Глава 1. Способы передачи речевых сообщений. Аналоговые системы связи
данное сообщение. Микрофон преобразует звук в изменения
тока. Переменный ток, переданный по проводам, вызывает
изменение магнитного поля в катушке телефона и колебания
связанной с ней мембраны, формирующие акустическую волну. Подведенный к антенне переменный ток излучается в пространство в виде радиоволн. Радиоволны наведут токи в приемной антенне. Их можно усилить с помощью электронных ламп
и транзисторов. Энергия усиленного тока заставит вибрировать
диффузор динамика. Чего еще не хватает? А не хватает, пожалуй, главного звена, без которого нельзя все остальные звенья
связать в единую цепь. Как обеспечить информационную емкость электромагнитного поля, как обеспечить обмен сообщениями между максимальным количеством корреспондентов?
Все знают, что звуковые колебания, воспринимаемые человеческим ухом, колеблются в диапазоне от 20 до 20000 Гц. А приемник все время настроен на одну и ту же частоту. Если можно
было бы излучать в пространство звуковые частоты, то вопрос
и в самом деле был бы решен. Можно было бы усиливать ток,
возникающий в цепи микрофона, и направлять его в антенну
для создания радиоволн. Управляющие (модулирующие) сигналы — это сравнительно низкочастотные сигналы, содержащие информацию, которые не могут быть непосредственно использованы для передачи на большое расстояние с помощью
электромагнитных колебаний. Управляющие сигналы делятся на три группы:
— аналоговые (непрерывные) сигналы, являющиеся функ-
цией времени, повторяющей закон изменения соответствующей физической величины;
— дискретные сигналы, представляющие собой последова-
тельность импульсов, амплитуды которых соответствуют
значениям физической величины в дискретные моменты
времени;
— дискретные по времени и квантованные (ограниченные)
по уровню сигналы, являющиеся последовательностью
6
импульсов, амплитуды которых могут принимать только
ограниченное число фиксированных значений. Высокочастотные немодулированные сигналы — это высокочастотные колебания, которые способны распространяться в виде электромагнитных волн на большие расстояния.
Модулированные сигналы — это высокочастотные колебания, один или несколько параметров которых промодулированы (изменены) управляющим сигналом. Модуляция несущих высокочастотных колебаний дискретным
сигналом называется манипуляцией.
Различают две группы манипулированных и модулированных сигналов:
— узкополосные (УПС);
— широкополосные (ШПС).
Различая непрерывные и дискретные сигналы, необходимо
иметь в виду, что в ряде случаев непрерывные сигналы используются для передачи дискретных сообщений, а дискретные —
для передачи непрерывных сообщений.
Аналоговые системы связи — это система связи, предназначенная для передачи непрерывных сообщений. Непосредственная передача сообщений по линии связи возможна лишь
в некоторых случаях — по проводным и кабельным линиям одноканальной связи. В большинстве случаев передаваемые сообщения необходимо преобразовывать в сигналы, которые исполняют роль переносчика информации по физическим линиям
связи. Такое преобразование в аналоговых системах связи называется модуляцией.
Модуляция представляет собой операцию формирования
сигналов, находящихся в однозначном соответствии с передаваемыми сообщениями. Эта операция связана с изменением одного из параметров сигнала-переносчика в соответствии
с передаваемым сообщением и выполняется с помощью модулятора. Сигналом-переносчиком (несущей) обычно являются
периодические колебания.
7
Глава 1. Способы передачи речевых сообщений. Аналоговые системы связи
Входной сигнал
несущая
m
..
..
-
+
макс амплитуда мин амплитуда
макс амплитуда мин ампл
иитуда
%.
1.1. Двухполосная амплитудная модуляция (АМ)
Существует несколько методов модуляции, где амплитуда
несущей изменяется под воздействием информационного сигнала. Чаще всего используется 2-полосная амплитудная модуляция (АМ). На рис. 1.1 можно видеть радиочастотную несущую, модулированную низкочастотным сигналом.
____________________________________________________Em
Немодулированная
несущая
E
с
Модулированная
Рис. 1.1. Амплитудная модуляция
Уровень или глубина модуляции выражается как процентное отношение (m %) максимума к минимуму амплитуды глубины модуляции:
%
=
При увеличении модуляции до точки, где минимум амплитуды падает до нуля, возникает 100 % модуляция. Любое дальнейшее увеличение модуляции вызывает расширение боковых
полос АМ сигнала, что является источником помех (интерференции) для других радиопользователей. По этой причине глубина амплитудной модуляции обычно ограничивается 70 %.
8
Ч100�
1.2. Распределение мощностей в АМ волне
Входной Нижняя Верхняя
В
В результате амплитудной модуляции появляются полосы
частот выше и ниже несущей частоты — верхняя и нижняя боковые полосы (рис. 1.2). Ширина каждой боковой полосы равна наивысшей частоте модуляции; ширина полосы от АМ равна удвоенной максимальной частоте модуляции.
Чтобы сохранить спектр, необходимо ограничить диапазон
модулирующих частот. Так, например, пределы для качественной передачи речи в радиосвязи — от 300 до 3000 Гц. Ширина
полосы, занимаемая двойной полосой при амплитудной модуляции несущей, в этом случае равна 6 кГц.
ход сигнал боковая ƒ
полоса полоса
Выход
300 Гц 3 кГц 100 МГц
Выходные опции
Двойная боковая полоса 6 кГц
Боковая полоса
Боковая полоса
c подавленной несущей
Рис. 1.2. Боковые полосы при амплитудной модуляции
1.2. Распределение мощностей в АМ волне
Общая мощность АМ волны равна сумме мощностей несущей, верхней боковой и нижней боковой полос. При 2-полосной амплитудной модуляции происходит бесполезная трата
мощности и энергии. Две трети мощности содержится в несущей, которая не содержит информации, и одной боковой полосе, которая отбрасывается приемником. К тому же процесс
модуляции должен выполняться либо на оконечном усилите-
боковая
c
9
Глава 1. Способы передачи речевых сообщений. Аналоговые системы связи
м
ле мощности передатчика (для чего необходим модулятор высокой мощности), либо на более ранней стадии, когда мощность невелика, но тогда все последующие усилители должны
работать в линейном (и, следовательно, с более низким КПД)
режиме.
1.3. Подавленная несущая
с двойной боковой полосой (ДБП)
При амплитудной модуляции несущая не содержит информации, хотя несет 2/3 передаваемой мощности. Несущую можно устранить, используя балансный модулятор, и улучшить тем
самым коэффициент мощности (рис. 1.3).
Вход C1 Выход
одулирующего несущей
сигнала
C
вход (DSBSC)
2
ВЧ несущей
Рис. 1.3. Балансный модулятор:
C1, C2 — конденсаторы развязки
В балансном модуляторе модулирующее напряжение подается двухтактным способом на пару согласованных диодов или
усилителей, в то время как несущая подается к ним параллельным способом. Компоненты несущей подавляются на выходе,
при этом остаются две боковые полосы. Таким образом, результатом являются две боковые полосы с подавленной несущей. Несущая должна быть восстановлена в приемнике, причем очень важна точность частоты и фазы.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]