Глава 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, СИГНАЛОВ И ЦЕПЕЙ

1.1. ПЕРЕДАЧА СИГНАЛОВ НА РАССТОЯНИЕ И ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В РАДИОТЕХНИКЕ ЧАСТОТЫ

Основной задачей радиотехники является передача сообщения на расстояние. Расстояние разделяет отправителя и адресата, датчик команд и исполнительное устройство, исследуемый процесс и измерительный механизм, источник космического радиоизлучения и регистрирующий прибор радиотелескопа, различные блоки ЭВМ — словом, источник и потребитель информации.

Расстояние, на которое передается сообщение, может быть очень незначительным (передача команд в ЭВМ от одного блока к другому) или огромным (межконтинентальная или космическая связь). Передача сообщений осуществляется с помощью проводных, кабельных, волноводных линий или в свободном пространстве. Естественно, что для передачи сигналов целесообразно использовать те физические процессы, которые имеют свойство перемещаться. К числу таких процессов относятся применяемые в радиотехнике электромагнитные колебания — радиоволны.

Любой физический процесс, используемый в качестве агента (посредника, переносчика) для передачи информации, должен обладать свойством принимать всю совокупность состояний, по которым можно было бы однозначно установить соответствующее состояние объекта или процесса, являющегося источником информации. Для этого радиоволны подвергают модуляции. Процесс модуляции заключается в том, что высокочастотное колебание, способное распространяться на большие расстояния, наделяется признаками, характеризующими полезное сообщение. Таким образом, это колебание используется как переносчик сообщения, подлежащего передаче.

Выбор длины волны излучаемого колебания весьма существен для обеспечения устойчивой и надежной связи. Выбор того или иного диапазона волн для каждой конкретной системы связи определяется следующими факторами:

особенностью распространения электромагнитных волн данного диапазона;

характером помех в данном диапазоне;

характером сообщения (шириной спектра);

габаритными размерами антенной системы, необходимыми для осуществления направленного излучения.

Практически для использования пригодны те участки диапазона, в которых обеспечиваются благоприятные условия распространения радиоволн и в приемлемой степени удовлетворяются остальные перечисленные условия.

Для современной радиотехники характерны интенсивное изучение малоисследованных диапазонов волн и стремление к расширению диапазона используемых волн в сторону как весьма длинных, так и коротких, вплоть до световых. Последнее не должно казаться странным, так как радиоволны и световые волны имеют одинаковую природу (электромагнитные волны).

Подразделение радиоволн на диапазоны, вошедшее в практику, дано в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Связь на мириаметровых и километровых волнах, применявшаяся на первом этапе развития радиотелеграфии, имеет два больших недостатка: необходимость большой мощности передатчика из-за сильного поглощения поверхностной волны при ее распространении над земной поверхностью;

невозможность передачи сигналов, ширина спектра которых соизмерима с несущей частотой.

Гектометровые волны получили широкое применение в радиовещании. Основным преимуществом связи на этих волнах является устойчивость приема, недостатком — трудность обеспечения большой дальности действия. Поэтому на таких волнах осуществляется преимущественно местное радиовещание в зоне с радиусом в несколько сотен километров. Лишь небольшое число сверхмощных гектометровых радиостанций обслуживает большие районы. В СССР, имеющем огромную территорию, существуют наиболее мощные в мире радиовещательные станции этого диапазона.

Главные преимущества декаметровых волн — возможность обеспечения большой дальности действия при относительно малой мощности передатчика и возможность осуществления направленного излучения. Основным недостатком связи на этих волнах является колебание уровня принимаемого сигнала (замирание), часто сопровождающееся сильными искажениями передачи при сложной структуре сигнала, состоящего из большого числа компонентов с различными частотами. Условия распространения неодинаковы для различных составляющих спектра сигнала. Это явление, называемое избирательным замиранием, приводит к временным выпадениям из спектра сигнала отдельных составляющих или, наоборот, к увеличению их амплитуд. Таким образом, в точке приема нарушается правильное соотношение между отдельными спектральными компонентами сигнала, в результате чего искажаются его тембр и чистота. Так как явление избирательного замирания проявляется тем сильнее, чем шире спектр сигнала, то на декаметровых волнах осуществлять передачу таких сложных сигналов, как, например, телевизионные, практически невозможно.

Большой экспериментальный материал по распространению декаметровых волн позволил установить оптимальные длины волн для различных часов суток и времени года, что открыло путь широкому развитию коротковолнового радиовещания. В настоящее время декаметровые волны широко применяются также в радиотелеграфии на магистральных линиях связи, в морской и авиационной радионавигации.

В результате освоения диапазонов радиоволн 10 м-0,1 мм появились новые области радиовещания, в частности телевизионные. Для диапазона метровых волн характерно удачное сочетание следующих двух факторов. Применение очень высокой частоты излучения позволяет соответственно расширить полосу частот передаваемого сообщения, так как условия передачи и усиления сигналов в радиоаппаратуре определяются в основном относительной шириной спектра сигнала. Особенности же распространения метровых волн (в пределах прямой видимости) почти полностью исключают искажения сигнала из-за интерференции волн, распространяющихся по разным путям.

Из приведенного краткого обзора видно, что развитие радиотехники характеризуется непрерывным расширением используемых диапазонов волн.

Из курса физики известно, что эффективное излучение электромагнитной энергии можно осуществить лишь при условии, что геометрические размеры излучающей системы соизмеримы с длиной волны. Поэтому передача сообщений в диапазоне мириаметровых волн затруднена. Напротив, для диапазона световых волн можно создать малогабаритные излучатели с чрезвычайно высокой направленностью и огромной концентрацией энергии в луче. Например, луч, посланный с Земли, образует на поверхности Луны пятно диаметром всего лишь в несколько сотен метров. Однако использование световых волн для передачи сообщений связано с трудностями реализации модуляции, приема, а также с влиянием погодных условий и т. д.