Казаков В. Д., Машошин Ф. Г., Бобнев М. П. Радиоэлектронные средства систем управления ПВО и ВВС. М., Воениздат, 1987, страница 5

Перспективным явлйется использование однорезонаторных магнетронов (митронбй), которые имеют йу=1,5 —:3, хорошую линейность модулйцил онной характеристики и высокий к.п.д. (30 — 401)е). Для геиерированйй и усиленйй сигналов применяются также устройства на твердотельных приборах СВЧ: лавинно-пролетные'диоды (ЛПД)', диоды Ганна, параметрические диоды, полевые и биполярные трйй'"- зисторы. Рнс.

2.5. Лампа бегущей волны: 1 — катод;  — управляющая сетка;  — ускоряющий злектрод; б н У вЂ” входной и выходяой злемеяты связи; б — фокуснрующая катушка; б — замедляющая система (спиральп  — коллектор; 9 н 10 — входной н выходной волнаводы Генерирование н усиление колебаний в оптическом диапазоне осуществляется с помощью квантовых генераторов (лазеров н др.)т Принцип их действия основан ни эффекте выделения энергии возь бужденными молекулами и атомами вещества при переходе их на более низкий энергетический уровень.

Управление выделяющейся энергией в режиме усиления осущрствляется входным сигналом. 2.3. Управление колебаниями в передающих устройствах В передатчиках кроме генерирования радиочастотного гармонического колебания несущей частоты )о.осуществляется его модуляция по тому или иному параметру управляющим сигналом (сообщением). Несущее радиочастотное (РЧ) колебание описывается выраЖЕ'- пнем' (!) =— г(т (О бг (2.2) (гтн АН И' /а /и'+ (Гтк АН Колебание характеризуется амплитудой У„,ю частотой гое и начальной фазой гре. Частота и фаза любого колебания связаны друг с другом соотношениями: При модуляции в соответствии с модулирующим сигналом м (г) 'подвергается изменению один из трех параметров сигнала (2.1): амплитуда, частота или фаза. В зависимости от.

того, какая ,величина изменяется„различают АМ-, ИМ-, ФМ- и ЧМ-радиосигналы. Рассмотрим основные характеристики и параметрм радиосигналов. АМ-р адиосигн алы. При АМ воздействие модулирующего сигнала им (() на колебание (2.1) приводит к пропорциональному изменению его амплитуды. Общее выражение АМ-радиосигнала можно представить в виде лдм = хг/м(!) соя ( а! + оо) = (/ма (1 + глс(!)! соз ( ог + ро! (2 3) Здесь (/„;(г)=июа+йи (!) — амплитуда модулированного колебания; ' пг, (г) =йи (!)/и, — мгновенный коэффициент . амплитудной модуляции (повторяет закон изменения модулирующего колебания). Для неискаженной передачи (ггг,Я ~ (1.

При гармоническом .модулирующем сигнале, изображенном на рис. 2.6, п, мм®=()хам сОЗ та)1, И~сов (2.4) выражение (2.3) упрощается и принимает вид идм=и н(1+лгсозй!) соз (омг+гро). (2.5) Здесь т= ~гп,(х) ~ „=йи /(/ „— коэффициент АМ. ' " Из выражения (2.5) и соответствующего ему рис.

2.6,б видно, что'прн АМ-амплитуда радиосигнала изменяется с частотой Я от Ц~юа =(/„,а(1+пг), до,У „на=У „(1 — щ), причем м мах мана Зим и — и (2.6) и „,„+и„,„и „ Величину пт часто измеряют в процентах. После тригонометрических преобразований выражения (2.5), считая, что «ро=О, получим идм = Ума соз ю,! + 0,5т(/ „сов (ма+ Я) ! + +0,5лгУма сов(ю, — Я) !. (2.7) Из этого выражения видно, что модулированное колебание состоит из трех гармонических колебаний с частотами ою, от+а! и гпа — И. Колебание с частотой гав+4! называется верхним боковым, а колебание с частотой кое — а! — нижним боковым.

Амплитуды бо- 2(оных составляющих равны 0,5 гтги,. Амплитудно-частотные спект- рис. 2.6. Модулирующее гармоническое колебание (а) и его спектр (б); модуг .' лнрованное АМ-колебание (в) и его, спектр, (г) . ры колебаний (2.4) и (2.7) показаны на рис. 2.6,в,г. Ширина спектра радиосигнала г!ио,=24!. При модуляции сложным сигналом модулированное колебание имеет спектр (рис. 2.7, б), который также состоит из-.колебаний несущей частоты и стольких пар боковых составляющих,'сколько гармоник содержит модулирующий, сигнал (рис.

2.7,а), причем Ряс. 2.7. Спектры сложного периодического модулирующего сигнала (а) и АМ-колебания (б) правая боковая полоса воспроизводит спектр модулирующего сигнала, перенесенный на частоту )а, а левая представляет его "зеркальное отображение. Ширина спектра АМ-сигнала равна Л(,= г 2г„где г",— верхняя частота спектра модулирующего сигнала. ' ЧМ-радиосигналы.

При ЧМ приращение частоты несущего колебания изменяется, пропорционально мгновенному значению модулирующего сигнала и ®, т. е. го% =сов+А(чммм®, (2.8) где йчм — коэффициент, ЧМ, показывающий,, насколько изменится приращение частоты при изменении амплитуды модулирующего сигнала на ! В. Лгас = 2 (Ьгааев+ г)в) (2.14) гр(1) = гае(+ йеми„(1)+гре. (2.15) (ггии и и ел(в) ити рм ге(1) = гав+ врфмй соз И. Общее выражение ЧМ-радиосигнала имеет вид с =и [ г'-~в. 1,Е)вЕ-~-в~. 12.9) е При модуляции сигналом (2А) выражение (2.9) представляется в виде (рис.

2.8, б) иЧМ = (г' СОЗ [Геа(+'РЧМ Зги Й1+ЕРЕ1, (2.10) где рчвг=ячмс1 и/11 — индекс частотной модуляции. Максимальное приращение частоты называется девиацией. Ьгак„= лчм() (2.11) При рчм~1 и гре=0 выражение (2.10) упрощается и принимает вид ичи=У сов~,1+ 0,5(1чм(~~сон(, + (1)1— — 0,5~чмУ сэз(в)в — Я)1. (2.12) Сравнив выражения (2.12) и (2.7), можно сделать вывод, что АЧС сигналов не отличаются. Однако ФЧС сигналов различны. Рис.

2.8. модулирующее гарионическае колебание (а) и его спектр (в); мо- дулированное ЧМ-колебание (б) н егп спектр (г) При ргна.'3'1 выражение (2.10) можно представить в виде ряда Фурье: ОР ичм=сУ .у,9)созе1,1+ ~ у„(~)[соз(ге„+И))1+ +(- 1)" сэз(м, — Ю)1[, - - . (2.13) л где Ха(р) — функция Бесселя первого рода с аргументом. р Из выражения (2.13) видно, что спектр сигнала является дискретным и неограниченным.

Он имеет две широкие полосы (рис. 2.8,г), состоящие из линий, отстоящих друг от друга на величину 11. Ширину спектра ЧМ радиосигнала в общем случае можно определить по формуле где 11,— верхняя частота спектра модулируюшего сигнала. Радиосигналы с ФМ. При ФМ дополнительное'приращение фазы колебания (2.1) изменяется по закону и„(1), т. е.

Здесь йем — коэффициент ФМ, показывающий, насколько изменится фаза сигнала при изменении амплитуды модулирующего сигнала на 1 В. При модуляции сигналом и (1)=У зги(11 модулированный ФМ-радиосигнал имеет вид ЙФвг= ( вг сон(гее(+РФМ згп вв(+гре) ° (2.16) Здесь коэффициент (1ем=ЬьмУ „(максимальное приращение фазы сигнала) называется индексом ФМ.

Мгновенная частота ФМ-сигнала изменяется по закону Сравнив выражения (2.16) и (2.10), можно прийти к выводу, что пр» бам=~им спектры их одинаковы. При ЧМ и ФМ индексы модуляции пропорциональны У . Однако индекс модуляции при ФМ не зависит от частоты модулирующего сигнала, а при ЧМ— обратно пропорционален ей. Это различие приводит к тому, что при модуляции сложным сигналом спектры ФМ и ЧМ сигналов будут различными.

АМ, как правило, реализуется в выходном каскаде передатчика, ЧМ вЂ” в задающем генераторе. Изменение частоты достигается изменением реактивногб сопротивления его колебательной системы. Обычно модулирующий сигнал воздействует на активный элемент (варикап и др.), подключаемый параллельно контуру. Прн ФМ ЗГ вырабатывает колебание стабильной частоты, фаза которого изменяется под действием модулирующего сигнала в одном из каскадов передатчика.

В приборах СВЧ-диапазона АМ, ФМ й ЧМ реализуются путем подачи модулирующего сигнала яа соответствующие электроды. Глава 3. ИЗЛУЧЕНИЕ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН 3.1. Основные свейства электромагнитных ноля Процесс возбуждения электромагнитных волн (ЭМВ) движущимися зарядами называется излучением. Способностью излучать ЭМВ обладают передающие антенны и тела, температура которых выше абсолютного нуля. Рис.

3.1. Взаимное располонсение векторов Е и Н вдаль на- правления распространения ЭМВ В каждой точке свободного:пространства векторы напряженцости электрического Е и магнитного Н полей взаимно перпендикулярны, изменяются в фазе и. лежат в плоскости, перпендикулярной направлению распространения ЭМВ (рис.

З.Ц. Направление распространения ЭМВ и плотность потока переносимой энергии в любой точке пространства определяются векторы Пойтинга П=Е Х О. Распространение ЭМВ в вакууме н в однородных средах происходит прямолинейно с конечной скоростью. Скорость распространения ЭМВ в вакууме равна скорости света (се=3 10а м/с). В средах с относительными диэлектрической е, и магнитной, ц, проницаемостями она равна С = — Се/)/ игр~ .

Расстояние, проходимое ЭМВ за период колебания Т, называется длиной волны Х (Х=сТ). Длина волны в метрах и частота в мегагерцах связаны соотношением 1ь= 300/7. (Й.1) В зависимости от длины волны различают радиоволны (Х= =1.1О-' — 1 10з м) и световые (А<0,1 мм) волны. Классификация радиоволн по диапазонам приведена в табл. 1.1.

Световые (оптические) волны делятся на инфракрасные (3=0,75 —:100 мкм), видимый свет (3=0,4 —." 0,75 мкм) и ультрафиолетовые (А=0,1 —: —:0,4 мкм). При относительном перемешении источника излучения и приемника с радиальной скоростью Ур частота принимаемых ЭМВ отличается от частоты излучаемых ЭМВ на величину рр 'т'р Р =/ — =— с Л где Ел — доплеровское приращение частоты. Линия, вдоль которой распространяется ЭМВ, называется лучом. Поверхность, проходящая через точки пространства с одинаковой фазой н перпендикулярная вектору П в каждой точке, называется фронтом волны.

В зависимости от фронта волны различают поперечные, плоские, цилиндрические и сферические ЭМВ. Поперечной называется ЭМВ, у которой векторы Е и П лежат в плоскости, перпендикулярной вектору П. Плоская ЭМВ представляет собой поперечную ЭМВ, поверхности равных фаз которой представляют собой параллельные плоскости, перпендикулярные вектору П. Сферическая ЭМ — поперечная ЭМВ, поверхности равных фаз которой представляют собой концентрические сферы. Цилиндрическая ЭМ — поперечная ЭМВ, поверхности равных фаз которой представляют собой концентрические цилиндры, касательные к которым перпендикулярны вектору П. Важной характеристикой ЭМВ является ее поляризация, определяющая закон изменения вектора Е в данной точке за период колебаний.

Различают плоскополяризованные ЭМВ и ЭМВ с линейной, круговой и эллиптической поляризацией. Плоскополяризованной называется ЭМВ, векторы Е и П которой параллельны одной фиксированной плоскости. У линейно- поляризованной ЭМВ вектор Е параллелен одной фиксированной линии. Линейно-поляризованная ЭМВ, вектор Е которой лежит в плоскости падения, называется вертикально поляризованной. Под плоскостью падения понимают плоскость, проходящую через нормаль к поверхности раздела двух сред в точке падения и через падаюший луч. Если вектор Е перпендикулярен плоскости падения, то ЭМВ называется горизонтально поляризованной.