Предмет теория электрической связи

Современная радиоэлектроника является важным инструментом техники коммуникаций и связи. Жизнь современного общества немыслима без обмена информацией, который осуществляется с помощью средств современной радиоэлектроники, поэтому изучение курса "Основы радиоэлектроники и связи" студентами, обучающимися по специальности "Проектирование и технология радиоэлектронных средств", должно обеспечить им понимание процессов, происходящих в радиоэлектронных цепях различного назначения, умение применять полученные знания при изучении специальных дисциплин.

Понятие "тэс" образовалось в результате объединения понятий "радиотехника" и "электроника".

ТЭС - это область науки, использующая электромагнитные колебания радиочастотного диапазона для осуществления передачи информации на большие расстояния.

У истоков радиотехники стояли М.Фарадей (Великобритания), открывший закономерности взаимодействия электрических и магнитных полей, Дж.Максвелл (Великобритания), создавший математическую теорию электромагнитного поля и электромагнитных волн, А.С.Попов (Россия), первым (1895) испытавший радиотехническую систему связи и др. Следует отметить большой вклад таких русских ученых как М.А.Бонч-Бруевич, А.Л.Берг, В.А.Котельников.

Электроника - это область науки и техники, использующая явления движения носителей электрического заряда, происходящие в вакууме, газах, жидкостях и твердых телах. Развитие электроники позволило создать элементную базу радиоэлектроники. Первый электронный прибор (вакуумный диод) изобрел Т.Эдиссон (США), управляемый электронный прибор создал Л.Форест (Великобритания). Полупроводниковый период электроники связан с такими именами, как К.Браун (Германия), О.В.Лосев, Д.Баруни (СССР).Создание такой элементной базы электроники как интегральные схемы, позволило существенно уменьшить габариты и упростить работу всей маломощной электроники от простейших радиоприемников до современных вычислительных комплексов.

Продолжают развиваться и радиоэлектронные устройства большой мощности, используемые в системах связи (радиовещании, телевидении и др.).

Современную радиоэлектронику применяют в системах радиосвязи, радиовещании и телевидении, радиолокации и радионавигации, радиоуправлении и радиотелеметрии, в медицине и биологии, в промышленности и космических проектах.

Задачи, решаемые радиоэлектронной системой связи, определяются как передача информации на расстояние с помощью электромагнитных колебаний (волн).

Электромагнитные колебания, несущие информацию, могут распространяться в свободном пространстве либо передаваться по волноводам, световодам и другим средствам передачи.

Радиотехническим каналом связи будем называть совокупность средств для передачи информации с помощью электромагнитных волн.

Информация, сообщение, сигнал

Информацией называют любые сведения, являющиеся объектом передачи, распределения, преобразования, хранения и использования.

Сообщением называется форма представления информации. Это может быть текст (последовательность символов), звуковое давление, яркость и цвет, данные на выходе вычислительной машины и др.

Чтобы передать информацию, надо передать содержащие эту информацию сообщения.

Как источником, так и получателем информации, может быть человек (оператор), технические устройства - датчики, преобразовывающие информацию в сигнал и наоборот.

При использовании радиотехнических средств сообщение представляет собой электрический сигнал (ток или напряжение). Информация, а следовательно и сообщение, являются, как правило, медленно меняющимися функциями времени. Для лучшей передачи ее на большие расстояния используются "быстрые" радиоволны, называемые несущими колебаниями (по аналогии с техническими средствами доставки письменных сообщений: автомобили, самолеты и др., позволяющими увеличить скорость доставки).

Процесс переноса сообщения на несущее колебание называется модуляцией. Сообщение при этом называется радиосигналом. На приемном конце системы связи из радиосигнала снова получают сообщение.Этот процесс называется демодуляцией или детектированием.

Диапазон радиоволн и частот

Выбор длины волны несущего колебания определяется типом передаваемой информации, типом модуляции, обеспечением устойчивой и надежной связи. Выбор того или иного диапазона для каждой конкретной системы связи определяется следующими факторами: особенностью распространения электромагнитных волн данного диапазона, характером сообщения и помех, размерами антенны.

В таблице 1 даны общепринятые обозначения диапазонов радиоволн, их частоты и длины волн.

Таблица 1

№	Диапазон		Условное обозначение диапазона частот	Наименование по длине волны
	частот	длин волн
1	3-30Гц	105-104км	КНЧ (ELF) - крайне низкие частоты	Декаметрические
2	30-300Гц	104-103км		Мегаметрические
3	300-3000Гц	103-102км	УНЧ (ULF) - ультра низкие частоты	Гектокилометровые
4	3-30кГц	100-10км	ОНЧ (VLF)- очень низкие частоты	Сверхдлинные (мириаметровые)
5	30-300кГц	10-1км	НЧ (LF) - низкие частоты	Длинные (километровые)
6	300-3000кГц	1000-100м	СЧ (MF) - средние частоты	Средние (гектометровые)
7	3-30МГц	100-10м	ВЧ (HF) - высокие частоты	Короткие (декаметровые)
8	30-300МГц	10-1м	ОВЧ (VHF) - очень высокие частоты	Метровые, ультра короткие
9	300-3000МГц	100-10см	УВЧ (UHF) - ультра высокие частоты	Дециметровые
10	3-30ГГц	10-1см	СВЧ (SHF) - сверх высокие частоты	Сантиметровые
11	30-300ГГц	10-1мм	КВЧ (EHF)- крайне высокие частоты	Миллиметровые
12	300-3000ГГц	1-0,1мм	ГВЧ - гипервысокие частоты	Дециметровые
13	Оптические диапазоны волн.

Длиной волны называется расстояние, которое проходит волна за один временной период:  =сT=с/f , где с- скорость света, Т - период, f - частота колебания. На первых этапах развития радиотехники связь осуществлялась с помощью волн сверхдлинного и длинного диапазонов. Они имеют два существенных недостатка, во-первых, необходимость большой мощности передающего устройства из-за сильного поглощения волны при ее распространении над земной поверхностью и, во-вторых, невозможность передавать сообщения, скорость изменения которых соизмерима со скоростью изменения несущего колебания.

В радиовещании широкое применение нашли средние волны. В этом диапазоне осуществляется наиболее устойчивый прием, однако трудно обеспечить большую дальность (меньшая дифракционная способность по сравнению с более длинными волнами). Поэтому в этом диапазоне работает преимущественно местное радиовещание в зоне с радиусом в несколько сотен километров. Однако в России есть очень мощные станции этого диапазона, обслуживающие и большую территорию.

Диапазон коротких волн позволяет обеспечить большую дальность действия при относительно малой мощности передатчика и направленном излучении антенны. Основным недостатком этого диапазона являются так называемые замирания - колебания уровня принимаемого сигнала, что приводит к искажению принятого сообщения. Исследования показали, что имеются оптимальные длины волн для различных часов суток и времени года. Короткие волны успешно применяют в радиовещании, радиотелеграфии на магистральных линиях связи, в морской и авиационной радионавигации.

Освоение диапазонов 8-12 позволило развить такие области как телевидение и космическая связь. Благодаря распространению волн только в пределах прямой видимости и отсутствию поверхностной волны практически полностью исключены явления интеренференции волн и, следовательно, искажения сообщений. Из-за высокой несущей частоты в этих диапазонах можно разместить большое число несущих,т.е. передавать большое число различных сообщений независимо друг от друга.

Большим достоинством высокочастотных диапазонов является возможность построения антенн, соизмеримых с длиной волны, только при этом условии имеет место эффективное излучение. Применение искусственных спутников Земли позволяет эффективно использовать распространение волн в пределах прямой видимости для построения систем связи большой дальности.

Классификация радиосистем и решаемых ими задач

По выполняемым функциям информационные радиосистемы могут быть разделены на следующие классы:

1. передачи информации (радиосвязь, радиовещание, телевидение);

2. извлечения информации (радиолокация, радионавигация, радиоастрономия, радиоизмерения и т.д.);

3. разрушения информации (радиопротиводействие);

4. управления различными процессами и объектами (беспилотные летательные аппараты и др.);

5. комбинированные.

В системе передачи информации имеется источник информации и ее получатель. В радиосистеме извлечения информации информация как таковая не передается, а извлекается или из собственных сигналов, излученных в направлении на исследуемый объект и отраженных от него, или из сигналов других радиосистем, или из собственного радиоизлучения различных объектов.

Радиосистемы разрушения информации служат для создания помех нормальной работе конкурирующей радиосистемы путем излучения мешающего сигнала, или приема, умышленного искажения и переизлучения сигнала.

В радиосистемах управления решается задача выполнения объектом некоторой команды, посылаемой с пульта управления. Командные сигналы являются информацией для следящего устройства, выполняющего команду.

Основными задачами, решаемыми радиосистемой при приеме информации, являются:

1. Обнаружение сигнала на фоне помехи.

2. Различение сигналов на фоне помехи.

3. Оценка параметров сигнала.

4. Воспроизведение сообщения.

Наиболее просто решается первая задача, в которой с заданными вероятностями правильного обнаружения и ложной тревоги следует принять решение о наличии известного сигнала в принятом сообщении. Чем выше уровень задачи, тем сложнее становится схема принимающего устройства.