РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ИЗВЛЕЧЕНИЯ, ОБРАБОТКИ И ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ (Радиотехнические системы извлечения, обработки и передачи информации)

276

В.Ш. берикашвили, А.К. Черепанов

радиотехнические системы

извлечения, обработки и передачи информации

МОНОГРАФИЯ

Москва 2011

ББК 32.88; 32.845.7

Б 64

УДК 681.7.068

Рецензенты : проф. МГУ, д.ф-м.н. А.С.Чиркин

проф. РГТУ, д.т.н. В.И.Шанин

Научное редактирование: д.т.н. проф. Э.А.Засовин

Б 64 В.Ш. Берикашвили, А.К. Черепанов. Радиотехнические системы извлечении и обработки информации. Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет). –М., 2011 – 272 с.

Рассмотрены основные типы радиотехнических систем (РТС): передачи и извлечения информации, управления, навигации и радиопротиводействия. Проведена классификация РТС по используемым частотам (длинам волн), типу модуляции, назначению, методам обработки информации, функциональным особенностям. Выделены последние достижения в области спутниковой связи и навигации, в создании сотовых и волоконно-оптических систем связи. Отмечена тенденция к переходу РТС в область более высоких частот и цифровых высокоскоростных систем передачи информации. Детально рассмотрена роль разработчиков, конструкторов и технологов в создании и эксплуатации новых видов радиосистем.

Монография предназначена для специалистов, занимающихся разработкой радиосистем а также для студентов и аспирантов высших учебных заведений, обучающихся по специальностям: «Радиотехника», «Радиофизика», «Конструирование радиоэлектронной аппаратуры», «Основы метрологии, стандартизации и измерительной техники».

Табл. 5 Илл. 55. Библиогр.: 20 назв.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Московского государственного института радиотехники, электроники и автоматики (технического университета).

ISBN 5-7339-0333-3

Введение

Радиотехнические системы (РТС), представляют собой комплекс взаимодействующих между собой радиотехнических устройств, предназначенных для выполнения задач, связанных с передачей или извлечением информации.

Особенностью радиотехнических систем, в отличие от электронных комплексов (ЭВМ, видео и звукозаписывающая аппаратура), является наличие протяжённой линии связи, в которой распространяются сигналы.

Это обстоятельство обуславливает напряжённый энергетический режим, необходимость учёта условий распространения сигналов в линии связи, подверженность внешним воздействиям (помехам), возможность утечки информации (открытость). При проектировании их приходится сталкиваться с необходимостью учёта многих факторов разнообразного характера.

Использования радиотехнических систем и сфера их действия быстро расширяются. Растёт их сложность и удельная стоимость на объектах (60% стоимости в самолёте и 80% в спутнике). Возникают проблемы необходимости сочетания технических, тактических и стоимостных характеристик. Роль разработчика радиотехнических систем, конструктора и технолога, представляются в равной мере существенными и постоянно требуются специалисты данных направлений.

Конструкторы и технологи должен знать не только общие принципы работы РТС, но и факторы, влияющие на их качественные характеристики, предельные возможности и современные достижения.

Материал лекций дает представление о принципах построения, возможностях, параметрах и характеристиках современных РТС. Для изучения этой дисциплины необходимо изучить курсы: “Общая физика”, “Теория вероятности”, “Основы радиоэлектроники”, “Конструкция экранов и СВЧ устройств”, “Волновые процессы”.

1. Общие сведения о радиотехнических системах

1. Основные определения радиотехники и физические основы использования радиоволн

   1. Радиотехника, информация, радиосигналы

Определения:

Радиотехника-это область науки и техники, использую-щая электромагнитные волны, распространяющиеся в простран-стве, для передачи, извлечения и преобразования информации.

Информация – совокупность сообщений (сведений) о свойствах объектов, изменений их состояния, о протекании процессов в природе, обществе и т.п.

Информация (философское определение) – отражение объективных свойств материального мира.

В настоящее время информация играет всё возрастающую роль в жизни человеческого общества. Происходит ускорение развития информационных потребностей человечества и средств их обеспечения (систем хранения и передачи информации). Большую роль в информационном обеспечении играет радиотехника.

Информация в радиотехнике представляется с помощью радиосигнала распространяющегося в пространстве.

Радиосигнал – это электромагнитные колебания, как правило, синусоидальны с несущей частотой и модулированные первичным электрическим сигналом с частотой звуковых колебаний или видеосигналом.

Аналитически гармонический (на одной частоте) радиосигнал можно представить в следующем виде:

(t)= (t) cos( t + (t)), (1.1)

где A_s - амплитуда, _s0 - циклическая частота и _s (t) - фаза сигнала в произвольный момент времени; t – время.

Фаза сигнала _s(t) состоит из переменной части , связанной с изменением длины трассы сигнала, и из постоянного фазового сдвига – начальной фазы. Свойства гармонического

колебания и его описание представлены ниже:

1. Аналитическое описание (формула 1.1) и ее варианты ее записи других обозначениях

2. (U(t)=U₀sin(ωt+φ_н) или U(t)=U₀cos(ωt+φ_н – )

3. U(t)=U₀e ^{j(ωt+φн – )} -комплексная форма записи

Познание – процесс приема, хранения и преобразования информации. Информация – сведения об интересующем нас объекте, событии или явлении.

Сообщение–информация, зарегистрированная каким либо способом на материальном носителе.

Изменение информации может содержаться в изменении любого из параметров A_s, _s0,  .

Процесс отображения (записи) изменяющейся информации в параметрах сигнала называется модуляцией. Виды модуляции: амплитудная A_s(t), частотная _s(t), фазовая  (t).

каналы передачи информации. Информация передается с помощью электрических цепей (проводников) или в свободном пространстве.

В материальных электрических цепях радиосигнал распространяется и проявляется в регистрирующих приборах в виде изменения токов и напряжений. В пространстве радиосигнал распространяется в виде электромагнитных волн, а регистрируется – также в виде электрических токов и напряжений, которые можно преобразовать в звук, видимое изображение или отметку на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) – индикаторе.

Электромагнитные волны в диапазоне частот от 1 кГц до 3 ТГц называются радиоволнами. Условия распространения радиоволн рассматриваются в следующем пункте.

1.1.2. Распространение радиоволн в пространстве

Уравнения распространяющейся волны можно представить в виде синусоидальных колебаний электрического Е и магнитного Н поля в пространстве по координате z , во времени t

(1.2)

Аналогично для магнитного поля

Состояние Е и Н повторяется в пространстве z или во времени t, когда фаза волны изменяется на 2 .

Рассмотрим изменение фазы при изменении положения в пространстве т.е. при изменении Z:

где

, f_s=1/Т_s. (1.3)

Таким образом, при изменении фазы волны на ее пространственное положение изменяется на длину волны.

Здесь, как и в формуле (1.1), _s0 – несущая циклическая частота в радианах в секунду, f_s – частота в герцах, Т_s – период колебаний во времени, с – скорость света, _s - длина волны (период колебаний в пространстве).

1. Замечательные особенности радиоволн

Радиоволны обладают многими свойствами такими, как:

–Распространение радиоволн на большие расстояния (радио и телевидение).

–Огибание радиоволнами препятствий и земной поверхности; отражение от ионосферы, обеспечивающее дальнюю радио-связь.