rts_lek (Лекции)

78

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ,

ЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

МИРЭА

В.Ш. берикашвили А.К. Черепанов

Основы теории

радиотехнических систем

Курс лекций

Москва 2007

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. Основы теории радиотехнических систем. : Курс лекций / Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет). –М., 2004 – 100 с.

ISBN 5-7339-0333-3

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, 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.

Курс лекций предназначен 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 и ее обработкой.

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 наличие источников излучения большой мощности, необходимость учёта условий распространения сигналов на большие расстояния, высокий уровень помех и внешних воздействий из-за неоднородности среды распространения, открытость линии связи, приводящая к утечке информации.

При проектировании РТС приходится сталкиваться с не-обходимостью учёта самых разных факторов.

Область использования радиотехнических систем быстро расширяется. Растёт сложность РТС и доля их стоимости от стоимости объекта (60% стоимости в самолёте и 80% в космическом корабле). Возникают проблемы обоснованного сочетания технических, тактических и стоимостных характеристик.

Роли всех разработчиков радиотехнических систем: радио-физиков, радистов, конструктров и технологов одинаково су-щественны.

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

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, использующая электромагнитные волны различной частоты, распространяющиеся в закрытых линиях связи или в открытом пространстве, 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 обработки и передачи информации). Большую роль в информационном обеспечении играет радиотехника.

Информация в радиотехнике представляется с помощью электрического, оптического или радиосигнала, распространя-ющегося в направляющей диэлектрической или проводящей ли-нии, или в различных средах - атмосфере Земли и других планет, в водной среде и земных покровах, космическом пространстве.

Радиосигнал или электрический сигнал – это электромагнитные колебания, как правило, синусоидальные 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

4. Графическое представление в полярных координатах		3. Графическое представление в декартовых координатах
φт=ω0t+ φн – текущая, φн – начальная фаза Переход от комплексной формы записи к тригонометрической производится с помощью формулы Эйлера: e j(ωt+φн– )=cos(ωt+φн– ) +jsin(ωt+φн– ) U(t) → Re[Um e j(ωt+φн– ) ] U(t)=Umcos(ωt+φн – )	4. Частотное (спектральное)

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

Сообщение – информация, закодированная соответствующим способом на материальном переносчике информации.

Информация в виде сообщения может содержаться в изменении любого из параметров A_s, _s0,  .

Процесс отображения (записи) 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 -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 их распространения 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:

1. Распространение на большие расстояния (радио и телевидение).

2. Огибание препятствий и земной поверхности, и отражение от ионосферы (дальняя радиосвязь).

3. Проникают в глубь суши и воды (радиозондирование).

4. Проходят через облака и туман (дождь, снег).

5. Отражаются от металлических предметов (радиолокация).

6. Разная степень отражения от поверхности суши и воды (радиозондирование).

7. Возможность направленного излучения (дальние радиорелейные линии и спутниковая радиосвязь).

8. Высокая скорость передачи и большой объём информации (спутниковая связь).

9. Возможность создания больших мощностей генерации и выделения слабых сигналов (радиозондирование планет и радиоастрономия).

10. Современная радиоаппаратура очень надёжна и ее можно устанавливать её на разных объектах. Технология её производства отработана и совершенствуется быстрыми темпами.

1. Системные методы и радиотехнические системы

Система – это совокупность взаимосвязанных разнородных объектов (устройств, частей, подсистем), предназначенная для выполнения определённых функций в условиях взаимодействия с внешней средой, с учётом развития и противоречий.

Основные понятия:

Подсистема – элемент «Сверхсистемы».

Системный подход к изучению объекта - разбиение на системы и подсистемы, выделение главного и второстепенного.