Учебное пособие Рекомендовано Учебно-методическим объединением по образованию в области водного транспорта icon

Учебное пособие Рекомендовано Учебно-методическим объединением по образованию в области водного транспорта



Смотрите также:
Учебное пособие Рекомендовано к изданию Учебно-методическим объединением по образованию в...
Учебное пособие Г. М...
Учебное пособие Рекомендовано Учебно-методическим объединением по образованию в области...
Учебное пособие Рекомендовано учебно-методическим объединением вузов по образованию в области...
Учебное пособие для студентов и преподавателей филологических факультетов, учителей-словесников...
Учебное пособие Рекомендовано Учебно-методическим объединением по образованию в области...
Учебное пособие Допущено Учебно-методическим объединением вузов России по образованию в области...
Учебное пособие Допущено Учебно-методическим объединением вузов России по образованию в области...
Учебно-методическое пособие Горки: Белорусская государственная сельскохозяйственная академия...
Учебное пособие Рекомендовано Учебно-методическим объединением по медицинскому и...
И. Б. Отческая Учебное пособие по «Общей психологии»: Подготовка к пгк...
Э. М. Коротков Исследование систем управления...



страницы: 1   2   3   4
вернуться в начало
скачать


3.2.2. Особенности распространения радиоволн различных диапазонов


В зависимости от условий распространения радиоволны делятся на диапазоны:

__________________________________________________________________

диапазон длина волны частота

________________________________________________________________________________

сверхдлинные (СДВ) >10000 м <30 кГц ОНЧ (VLF)

длинные (ДВ) 10000...1000 м 30...300 кГц НЧ (LF)

средние (СВ) 1000...100 м 300...3000 кГц СЧ (MF)

короткие (КВ) 100...10 м 3...30 МГц ВЧ (HF)

ультракороткие (УКВ) <10 м >30 МГц

метровые 10...1 м 30...300 МГц ОВЧ (VHF)

дециметровые 100...10 см 300...3000 МГц УВЧ (UHF)

сантиметровые 10...1 см 3...30 ГГц СВЧ (SHF)

миллиметровые 10...1 мм 30...300 ГГц КВЧ (EHF)

Распространение радиоволн












1 – поверхностный луч, 2 – пространственный луч, отразившийся от слоя Е, 3 – пространственный луч, отразившийся от слоя F, 4 – пространственный луч с частотой выше критической.

Рис.3.5


Сверхдлинные волны в морской радиосвязи не используются. С помощью СДВ возможна связь с подводными объектами.

Длинные (километровые) волны распространяются между нижними слоями ионосферы и земной поверхностью с малыми потерями, для них характерно постоянство условий распространения. Длинные волны имеют дальность распространения - до 3000-5000 км, однако из-за больших размеров антенн и высокой мощности передатчиков они применяются для односторонней связи "берег"-"судно" (сигналы точного времени, навигационное обеспечение).

Средние (гектометровые) волны распространяются как поверхностным лучом, который претерпевает значительные поглощения в земле, так и пространственным лучом, который существует только ночью, а днем поглощается слоем D ионосферы, поэтому дальность связи ночью больше дальности связи днем. Устойчивая связь в любое время суток обеспечивается поверхностной волной и составляет несколько сотен километров, в ночные часы из-за интерференции земной и поверхностной волн на больших расстояниях возникают замирания ("фединг"). Диапазон средних волн используется в радиовещании, морской радиосвязи для целей бедствия и безопасности (500 кГц - частота радиотелеграфных сигналов бедствия, 2182 кГц - международная частота бедствия в режиме радиотелефонии), для передачи навигационных сообщений.

Короткие (декаметровые) волны распространяются также с помощью поверхностных и ионосферных лучей. Энергия поверхностного луча быстро затухает из-за больших потерь в земной поверхности и составляет несколько десятков километров, пространственный луч поглощается в слоях D и Е и отражается от слоя F. Таким отражений от слоя F может быть от 1 до 3 и их число определяется дальностью коротковолновой связи. Для уменьшения потерь пространственного луча необходимо выбирать максимально возможные частоты, не превышающие критической частоты. Критическая частота, способная отразиться от слоя F, зависит от концентрации зарядов. Поэтому в дневные часы при максимальной концентрации слоя F используют радиоволны длиной 10...25 м, а в ночные - 35 м и больше. Для коротких волн характерна зависимость условий распространения от времени суток, года, географического расположения линий связи (например, затухание радиоволн при распространении в направлении запад-восток выше, чем в направлении север-юг). На условия распространения оказывают влияния различные возмущения в ионосфере (магнитные бури и пр.). Из-за многопутевости распространения коротких волн сигнал в точке приема определяется суммой пришедших копий. Так как копии сигнала имеют различные фазы, при сложении возникают сильные замирания - случайные изменения уровня сигнала в точке приема.

Другой особенность коротких волн является наличие "зоны молчания"- области, которая заключена между радиусом действия поверхностной волны и расстоянием, на котором появляется отраженная ионосферная волна.

Из изложенного следует, что коротковолновая связь отличается неустойчивостью, дальность связи во многом зависит от правильно выбранной длины волны, конкретное значение которой трудно вычислить заранее. К достоинствам коротких волн относятся возможность связи с любой точкой земного шара с использованием передатчиков небольшой мощности (сотни ватт).

Ультракороткие волны распространяются только поверхностным лучом. Пространственный луч пронизывает ионосферу и не отражается от нее даже при максимальной концентрации зарядов. Поверхностная волна практически не имеет дифракции, т.е. дальность связи определяется пределами прямой видимости и зависит от высоты установки антенн. Если высоты установки передающей и приемной антенн равны h1,м, и h2,м, соответственно, то дальность связи D = 3.6(h1+h2), км, и составляет десятки километров. Основное преимущество УКВ-связи - устойчивая связь, не зависящая от состояния ионосферы, отсутствие атмосферных помех, малые мощности передатчиков (единицы ватт), возможность одновременной работы большого числа радиостанций без взаимных помех. Область применения - связь на небольшие расстояния (прибрежное плавание, рейдовая и внутрипортовая связь). В этом же диапазоне частот работает система телевидения, системы сотовой связи. Район А1 ГМССБ также является районом действия УКВ связи.

Кроме увеличения высоты установки передающей и приемной антенн, дальности УКВ-связи повышают использованием радиорелейных линий - на расстоянии прямой видимости устанавливают ряд вышек, на которых смонтированы приемники и передатчики, используемые для ретрансляции сигналов. Для связи с подвижными объектами (судами) в качестве ретрансляторов используют искусственные спутники земли. Например, для связи с судами используется система спутниковой связи ИНМАРСАТ. Система ИНМАРСАТ состоит из 4-х спутников, «освещающих» земной шар в пределах 70о северной широты и 70о южной широты (за исключением полярных районов), береговых станций спутниковой связи и мобильных станций спутниковой связи, устанавливаемых на судах.



Контрольные вопросы к разделу 3


1. Как связаны между собой геометрические размеры антенны и излучаемая (принимаемая) частота сигнала.

2. Опишите особенности распространения радиоволн различных диапазонов волн.

3. Опишите назначение и принцип построения узконаправленных антенн.





4^ . ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА РТС


4.1. Классификация элементов РТС


Электронные части конструкции РТС составляют ее элементную базу. Совокупность соединенных определенным образом элементов, образующих путь для прохождения электрического тока, называют электрической цепью.

В зависимости от способности преобразовывать энергию сигналов элементы электронных устройств разделяются на пассивные и активные. Пассивные элементы способны расходовать или накапливать энергию, активные - усиливать мощность входных сигналов за счет энергии источников питания. К пассивным элементам относятся резисторы R, конденсаторы С, индуктивности L (дроссели), трансформаторы Т, реле К, контактные разъемы Х, переключатели S, соединительные провода (кабели, волноводы). К активным элементам относятся электронные приборы (электровакуумные, газоразрядные и полупроводниковые приборы). Отдельную группу активных элементов составляют интегральные микросхемы (ИМС) и микропроцессоры (МП).

В зависимости от вида вольт-амперной характеристики (ВАХ) элементы подразделяются на линейные и нелинейные. (ВАХ - зависимость тока в элементе от приложенного к нему напряжения).

Линейные элементы не способны преобразовывать частотный состав (спектр) сигнала, т.е. образовывать новые частоты, эти преобразования выполняются с помощью нелинейных элементов.

Элементная база радиотехнических систем изучается в курсе Электротехника и электроника, поэтому приведем лишь краткие характеристики радиоэлементов, достаточные для понимания принципов работы радиотехнических устройств..


4^ .2. Пассивные элементы


Резистор R (постоянный, регулируемый и подстроечный) - элемент электрической цепи, в котором происходит необратимое преобразование (потеря) электромагнитной энергии в тепловую, основная характеристика резистора - его электрическое сопротивление R, которое связывает величину напряжения U со значением тока I : U = I·R. Единица измерения - 1 Ом, кратные - 1 кОм = 1000Ом, 1 МОм = 1000 кОм. В идеальном резисторе сопротивление не зависит от частоты, и он обладает линейной ВАХ. Ток и напряжение в резисторе находятся в одинаковой фазе.

Конденсатор C (постоянный, регулируемый и подстроечный) - элемент электрической цепи, состоящий из двух проводящих обкладок, разделенных диэлектриком и способный накапливать электрическую энергию. Основная характеристика конденсатора - электрическая емкость. Единица измерения емкости - 1 Фарада, дольные единицы - 1 мкФ = 0.000001 Ф, 1 пФ = 0.000001 мкФ. В идеальном конденсаторе не происходит потерь энергии, его сопротивление носит реактивный характер: Uc= [1/(j2пfC)]·Ic (рис.4.1,а). Физически это


Зависимость между током и напряжением в конденсаторе С и индуктивности L




Uc IL







Ic UL

а ) б)

Рис.4.1

означает, что ток, протекающий через конденсатор, опережает по фазе приложенное к нему напряжение на 90°. Зависимость напряжения от тока - линейная, т.е. конденсатор имеет линейную ВАХ.

^ Катушка индуктивности L - элемент электрической цепи, который способен накапливать магнитную энергию. Характеристика катушки - индуктивность L. Единица измерения индуктивности - 1 Генри, дольные единицы - 1 мГн= 0.001 Гн, 1 мкГн = 0.001 мГн. В идеальной катушке не происходит потерь энергии, ее сопротивление носит реактивный характер: UL= (j2пfL)·IL. Физически это означает, что ток в индуктивности отстает от напряжения на 90° (рис.4.1.б). Для постоянной индуктивности характерна линейная ВАХ. Для увеличения индуктивности на низких частотах используют сердечник, такие катушки называют дросселями. На низких частотах в качестве сердечника используют набор металлических пластин, на высокох частотах – ферритовые стержни или кольца.

Для определения токов через конденсатор или индуктивность с помощью закона Ома используют модули реактивных сопротивлений.

Соединение катушки индуктивности и емкости образует колебательный контур (параллельный или последовательный). Колебательные контуры обладают частотно-избирательными свойствами и используются как частотные фильтры. Например, параллельный колебательный контур является полосовым фильтром, пропускающим сигналы с частотами, находящимися в пределах полосы пропускания.

Трансформатор T - электромагнитное устройство, служащее для преобразования одного переменного напряжения в другое той же частоты. Конструктивно трансформатор состоит из двух отдельных обмоток - первичной и вторичной - с числом витков n1 и n2 соответственно. Входное напряжение переменного тока, приложенное к первичной обмотке U1, создает изменяющееся магнитное поле, которое создает во вторичной обмотке напряжение U2. Основная характеристика трансформатора - коэффициент трансформации Кт= U2/U1, при Кт>1 - повышающий трансформатор, при Кт<1 - понижающий трансформатор. Для трансформатора справедливо соотношение U2/U1 = n2/n1, I2/I1 = n1/n2.

Силовой трансформатор (трансформатор питания) - работает от сети переменного тока. Для повышения кпд трансформатора обе обмотки наматываются на одном магнитном сердечнике.

Переключатель S - устройство для переключения электрических цепей (частный случай переключателя - выключатель).

^ Реле К - устройство для автоматической коммутации мощных электрических цепей по внешнему маломощному сигналу.

Предохранитель F - элемент цепи, служащий для защиты схемы от перегрузок, возникающих при резком повышении значения тока из-за различных неисправностей элементов. Наиболее популярными являются плавкие предохранители, имеющие тонкую высокоомную токопроводящую нить, которая разрывается - перегорает - при увеличении тока выше допустимого значения, тем самым разрывая цепь и не допуская выхода из строя других элементов.

Для электрического соединения элементов для создания пути для прохождения тока используют соединительные провода - металлические проводники (чаще всего медные), покрытые изоляционной оболочкой (лак или синтетический материал). Несколько проводов, объединенных в единую конструкцию, называют кабелем. Для передачи радиочастотных сигналов применяют специальные радиочастотные кабели. Они представляют из себя металлический проводник - жилу, по которой протекает ток, изоляционное покрытие, металлическую оплетку - экран, препятствующий излучению высокочастотной энергии (так как металлический проводник представляет собой антенну) и защитное изоляционное покрытие. В диапазоне сверхвысоких частот для передачи электромагнитной энергии используют волноводы. В последние годы в технике связи широко используются волоконно-оптические системы передачи. Для передачи сигналов в них используются специальные световоды.

4^ .3. Активные элементы


К активным элементам относят электронные приборы, в которых проводимость осуществляется посредством электронов или ионов, движущихся в вакууме (электровакуумные приборы), газе (газонаполненные приборы) или полупроводнике (полупроводниковые приборы). Для работы электронных приборов на них подается питание - постоянное напряжение.


4.3.1. Электровакуумные приборы


Принцип работы электровакуумных приборов основан на движении электронов в вакууме. Электровакуумный диод (рис. 4.2. а) представляет собой колбу с выкачанным воздухом, в которую введены два электрода - катод и анод.



Р








ис. 4.2.



При положительном напряжении на аноде относительно катода по диоду протекает ток, в противном случае ток отсутствует. Говорят, что диод обладает односторонней проводимостью, что позволяет использовать его в качестве выпрямителя. В электровакуумном триоде введен дополнительный электрод - сетка, благодаря которой триод обладает возможностью усиливать сигналы (рис.4.2.б).

Электровакуумные приборы имеют большие размеры, требуют высоких питающих напряжений, имеют малый кпд. В современных РТС они почти полностью вытеснены полупроводниковыми приборами. Электровакуумные лампы в настоящее время применяются в устройствах большой мощности, которую не могут обеспечить полупроводниковые приборы, также электровакуумные приборы могут работать на более высоких частотах, чем полупроводниковые.


4.3.2. Полупроводниковые приборы


Принцип работы полупроводниковых приборов основан на свойствах p-n-перехода.

Полупроводники относятся к 4 группе таблицы Менделеева, они занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками по способности проводить электрический ток.

Чистые полупроводники (германий, кремний, селен) имеют удельное сопротивление от единиц до сотен тысяч Ом·м. Для увеличения электропроводности в них добавляют примеси. Примеси из 5 группы создают электронную проводимость (избыток свободных электронов), примеси из 3 группы - дырочную проводимость ("дырка" - условное понятие, обозначающее носитель свободного положительного электрического заряда, численно равного заряду электрона). В каждом типе полупроводника наряду с основными носителями существуют и неосновные носители зарядов - "дырки" в полупроводнике n-типа и электроны в полупроводнике р-типа, однако их концентрация значительно меньше, чем концентрация основных носителей. Удельное сопротивление примесных проводников составляет миллионные доли Ом·м.

^ Электронно-дырочным переходом называют область на границе двух полупроводников, один из которых имеет электронную, другой - дырочную проводимость. До соприкосновения электроны, дырки и неподвижные ионы распределены равномерно, т.е. полупроводники электрически нейтральны. При соединении полупроводников в

пограничном слое происходит рекомбинация (воссоединение) электронов и дырок, в результате чего образуется слой, лишенный свободных носителей зарядов, т.е. обладающий высоким электрическим сопротивлением (запирающий слой). В нем создается контактная разность потенциалов - потенциальный барьер, обусловленный наличием неподвижных ионов - отрицательно заряженных в области р и положительно заряженных в области n. Этот потенциальный барьер препятствует прохождению электронов и дырок через р-n - переход. Если приложить внешнее напряжение

положительной полярности к области n и отрицательной - к области p (обратное напряжение), внешнее электрическое поле окажется одинаковой направленности с потенциальным барьером и передвижения зарядов через переход не будет (переход обладает большим сопротивлением, такое состояние называют закрытым). Если поменять

полярность напряжения (прямое напряжение), внешнее электрическое поле компенсирует потенциальный барьер и создаст условия для прохождения электрических зарядов через переход (дырок из р-области и электронов из n области), запирающий слой исчезает,

сопротивление перехода мало, такое состояние перехода называют открытым. Следовательно, р-n переход обладает односторонней проводимостью. Вольтамперная характеристика идеального диода показана на рис.4.3.а, реального диода – на рис.4.3б.






Рис.4.3


Ток через открытый переход составляет от сотен миллиампер до единиц ампер, ток через закрытый переход обусловлен наличием неосновных носителей зарядов и составляет от сотен микроампер до единиц миллиампер. При превышении максимального обратного допустимого напряжения (Uпроб.) возникает тепловой или электрический пробой. Тепловой пробой приводит к разрушению структуры р-n перехода, что характерно для германия. Электрический пробой не разрушает p-n переход, работоспособность восстанавливается после снятия обратного напряжения.


4.3.2.1.Полупроводниковые диоды (VD)



анод катод

Полупроводниковый диод - полупроводниковый прибор с одним p-n-переходом и двумя выводами. Наиболее распространенными являются выпрямительные диоды, принцип работы которых основан на использовании свойства односторонней проводимости p-n-перехода. Выпрямительные диоды предназначены для выпрямления переменного

тока. Основные параметры выпрямительных диодов:

максимально допустимый прямой ток -сотни милиампер – единицы ампер,

максимально допустимое обратное напряжение диода - десятки…сотни вольт,

Другие типы диодов:

стабилитроны - используют явление электрического пробоя p-n-перехода и

предназначены для стабилизации напряжения;



варикапы - предназначены для создания электрической емкости, управляемой напряжением




светодиоды - преобразуют электрическую энергию в энергию оптического излучения на основе электролюминесценции.




4.3.2.2. Биполярные транзисторы (VT)

эмиттер

базаколлектор

Биполярный транзистор - полупроводниковый прибор, имеющий 2 p-n-перехода и три вывода, пригодный для усиления мощности. Он состоит из трех областей электропроводности. Структура транзистора - n-p-n или p-n-p. Одна из крайних областей предназначена для эмиссии носителей зарядов, ее называют эмиттером (э), средняя область предназначена для прохождения носителей зарядов, ее называют

Базой (б), третья область предназначена для сбора носителей зарядов, ее называют коллектором (к) (см.рис.4.4). Коллектор имеет тот же тип проводимости, что и эмиттер, но концентрация носителей зарядов в эмиттере выше.


Транзистор типа p-n-p



Рис.4.4



Принцип усиления транзистором (p-n-p типа) заключается в следующем. Первый p-n переход эмиттер-база (эмиттерный) включают в прямом направлении (напряжение эмиттер-база - единицы вольт), при этом "дырки" из эмиттера переходят в базу и соединяются с электронами базы, образуя базовый ток. Базу выполняют тонкой, с

малой концентрацией электронов, при этом только малая часть "дырок" (0.1...0.01 часть общего числа) воссоединяются с электронами. Остальные "дырки" достигают второго

p-n перехода (коллекторного). Этот переход включают в обратном направлении

(напряжение коллектор-база - десятки вольт), открывая тем самым путь "дыркам" для перехода из базы в коллектор. В результате ток коллектора составляет 0.9...0.99 тока эмиттера. Основные токовые параметры транзистора - отношение тока коллектора к току

эмиттера базы  = 0.9...0.99 и отношение тока коллектора к току базы  = 9...99.

Входная цепь включает переход база-эмиттер, он имеет малое сопротивление (единицы - десятки ом), выходная цепь включает переход база-коллектор, он имеет большое сопротивление (десятки - сотни килоом), а входной ток (ток эмиттера) практически равен выходному току (току коллектора). Поэтому мощность сигналов

Р= I2 R в выходной цепи много больше мощности сигналов во входной цепи, т.е. в транзисторе происходит усиление мощности подводимого сигнала.

Различают 3 схемы включения биполярных транзисторов: схема с общей базой (ОБ), схема с общим эмиттером (ОЭ) и схема с общим коллектором (ОК). Схема с ОБ имеет лучше частотные свойства, схема с ОЭ – лучшие усилительные свойства, а схема с ОК применяется для согласования сопротивлений.

В настоящее время широко применяются канальные (полевые) транзисторы, выгодно отличающиеся от биполярных более высокими рабочими частотами, меньшим потреблением энергии.

сток

затвористок

Полевые транзисторы управляются напряжением (полем) и также имеют 3 вывода: затвор – для управления шириной канала, исток – для эмиссии носителей заряда и сток – для сбора носителей заряда.

Транзисторы используются в устройствах обработки аналоговых сигналов (усилителях, модуляторах, генераторах сигналов).


4.3.3. Интегральные микросхемы и микропроцессоры


Отдельную группу активных элементов составляют интегральные микросхемы (ИМС) и микропроцессоры (МП).

ИМС - изделие, содержащее активные элементы (диоды, транзисторы) и пассивные элементы (резисторы, конденсаторы), которые изготавливаются в объеме и на поверхности полупроводника, электрически соединены между собой, заключены в общий корпус и составляют неразделимое целое. Достоинством ИМС являются малые габариты и экономичность (малое потребление энергии), однако они не способны генерировать высокие мощности.

Аналоговые ИМС предназначены для обработки аналоговых сигналов, на их базе создают усилители, генераторы и другие устройства.

Цифровые ИМС предназначены для обработки двоичных (цифровых) сигналов, на их базе создают различные устройства цифровой обработки сигналов.


^ Микропроцессоры и микроЭВМ


Процессор - устройство обработки цифровой информации, осуществляемой по программе. Микропроцессор (МП) - это процессор, выполненный по интегральной технологии в одной или нескольких БИС. Т.о.микропроцессор - это цифровая ИС, предназначенная для выполнения последовательности операций над двоичными данными. Например, МП серии 580 КР580ИК80 (импортный аналог Z-80) содержит 5000 транзисторов и выполнен в одном кристалле БИС. В МП информация представляется в двоичном виде - последовательностью из двух элементов - 1 и 0. Каждый элемент содержит 1 бит информации. 8 бит образуют 1 байт. МП принимает информацию (данные, адреса, команды управления) в виде кодовых слов - определенного количества бит, воспринимаемое при обработке как единое целое и хранящееся в одной ячейке памяти. Длина кодового слова зависит от типа МП и составляет от 4 до 32 бит. Различные операции, которые может выполнять МП, называются командами, а последовательность команд - программой. МП являются центральными устройствами, микроЭВМ и микроконтроллеров (управляющих устройств), которые применяются в радиоэлектронной аппаратуре. Структура МП представлена на рис.4.5.


Архитектура МП



ШД






оставить комментарий
страница2/4
Дата02.09.2011
Размер0,77 Mb.
ТипУчебное пособие, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы: 1   2   3   4
отлично
  1
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Документы

наверх