Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Приёмо-передающие радиоустройства и системы связи: Учебное пособие

Голосов: 8

Пособие разработано в соответствии с программой по дисциплине "Основы радиоэлектроники и связи" для специальности 21020165 "Проектирование и технология радиоэлектронных средств". Оно также может быть использовано для самостоятельной работы студентов, обучающихся по специальности 21040465 "Многоканальные телекоммуникационные системы".

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
                    Федеральное агентство по образованию
             Государственное образовательное учреждение
               высшего профессионального образования
         Ульяновский государственный технический университет




                   А. С. Садомовский




      Приёмо-передающие
       радиоустройства
       и системы связи
    Рекомендовано учебно-методическим объединением вузов Российской
Федерации по образованию в области радиотехники, электроники,
биомедицинской техники и автоматизации в качестве учебного пособия для
студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности
210201 «Проектирование и технология радиоэлектронных средств»
направления 210200 «Проектирование и технология электронных средств»




                                Ульяновск
                                  2007


УДК 621.396 (075)
БКК 32.84я7
  С14



    Рецензенты: Г. Ф. Баканов канд. техн. наук, доцент кафедры МИТ СПбГЭТУ
    «ЛЭТИ»,
    А. В. Белов канд. техн. наук научный сотрудник отдела НОЦ ОАО «НПП Радар-
    ММС»




    Садомовский, А. С.
С14 Приёмо-передающие радиоустройства и системы связи: учебное пособие
    для студентов специальности 21020165 / А. С. Садомовский. −Ульяновск :
    УлГТУ, 2007. – 243 с.
    ISBN 978-5-9795-0050-8

         Пособие разработано в соответствии с программой по дисциплине «Основы
    радиоэлектроники и связи» для специальности 21020165 «Проектирование и
    технология радиоэлектронных средств». Оно также может быть использовано для
    самостоятельной работы студентов, обучающихся по специальности 21040465
    «Многоканальные телекоммуникационные системы».
         В нём изложены вопросы принципов построения приёмопередающих
    радиоустройств, принципы построения современных систем связи.

                                                             УДК 621.396 (075)
                                                             БКК 32.84я7


                                                  © А. С. Садомовский, 2007
ISBN 978-5-9795-0050-8                            © Оформление. УлГТУ, 2007


                              ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ……………………………………………………………….                                     7
1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ
ИНФОРМАЦИИ ……………………………………………….…………..…..                                   8
   1.1 Информация, сообщение, сигнал………………………………….……                      8
   1.2 Системы связи……………………………………………………………                               9
   1.3 Принцип радиосвязи……………………………………………….……                           10
   1.4 Классификация диапазонов радиоволн ……….……………………. …                12
   1.5 Понятие об излучении электромагнитных волн………………….……              12
   1.6 Антенны систем радиосвязи…………………………………….………                       14
   1.7 Элементы теории распространения радиоволн………………….…....            18
   1.8 Особенности системы радиосвязи……………………………………...                   21

2. РАДИОПЕРЕДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА СИСТЕМ
РАДИОСВЯЗИ ………………………………………..……............................. 25
   2.1 Структурная схема радиопередатчика………………………………… 25
   2.2 Основные технические характеристики радиопередатчика………… 26
   2.3 Возбудители радиопередатчиков……………………………………… 29
   2.4 Автогенераторы………………………………………………………… 29
      2.4.1 Принцип работы автогенератора………………………………… 31
      2.4.2. Баланс амплитуд автогенератора. Амплитуда
      генерируемых колебаний……………………………………….………. 32
      2.4.3 Баланс фаз автогенератора. Частота генерируемых
      колебаний………………………………………………………………... 34
      2.4.4 Мягкий и жёсткий режимы автогенератора…………………….. 35
      2.4.5. Автоматическое смещение в автогенераторах………………….. 38
      2.4.6. Трёхточечные схемы автогенераторов………………………….. 38
      2.4.7. Практические схемы транзисторных автогенераторов………… 41
      2.4.8. Влияние нагрузки на стабильность частоты
      автогенератора…………………………………………………………… 42
      2.4.9. Кварцевые автогенераторы………………………………………. 43
      2.4.10 RC-автогенераторы……………………………..………………... 45
      2.4.11 Автогенераторы на туннельных диодах……………………….. 47
      2.4.12 Автогенераторы на диодах Ганна………………………………. 48
   2.5 Синтезаторы частот…………………………………………………….. 50
      2.5.1 Общие принципы построения синтезаторов частот…………….. 50
      2.5.2 Синтезаторы, выполненные по методу прямого синтеза ………. 50
      2.5.3 Синтезаторы частот, построенные по методу косвенного синтеза. 51



                                                                             3


       2.5.4 Цифровые синтезаторы частот …………………………………….               55
       2.5.5 Цифровые импульсно-фазовые детекторы………………………..           61
    2.6 Формирование радиосигналов………………………………………..….                  62
       2.6.1 Формирование радиосигналов с однополосной модуляцией……    62
       2.6.2 Формирование радиосигналов с частотной модуляцией ………..   63
       2.6.3 Формирование телеграфных радиосигналов
       с амплитудной манипуляцией……………………………………...…….                  65
       2.6.4 Формирование телеграфных радиосигналов с частотной
       манипуляцией и двойной частотной манипуляцией ……………………          66
       2.6.5 Формирование телеграфных сигналов с относительной
       фазовой манипуляцией ……………………………………………………                       67
       2.6.6 Формирование широкополосных радиосигналов………………….         70
    2.7 Принципы построения усилительных трактов
    радиопередатчиков…………………………………………………………….                          74
    2.8 Усилительные элементы и их режим работы……………………………             75

3. РАДИОПРИЁМНЫЕ УСТРОЙСТВА СИСТЕМ
РАДИОСВЯЗИ ………………………….. ……………………………………… 81
   3.1 Основные характеристики и структурная схема радиоприёмника…..... 81
      3.1.1 Назначение и основные характеристики радиоприёмников……… 81
      3.1.2 Структурная схема радиоприёмника………………………………. 86
      3.1.3 Побочные каналы приёма в супергетеродинных приёмниках…… 88
   3.2 Входные цепи радиоприёмников……………………………………..…. 89
      3.2.1 Назначение и структурная схема входной цепи…………………... 89
      3.2.2 Качественные показатели входной цепи………………………….. 89
      3.2.3 Схемы входных цепей………………………………………………. 90
      3.2.4 Входные цепи радиоприёмников
      ультракоротковолнового диапазона……………………………………… 91
   3.3 Усилители радиочастоты……………………………………………...…. 93
      3.3.1 Общие сведения об усилителях радиочастоты……………………. 93
      3.3.2 Качественные показатели усилителей радиочастоты…………...... 94
      3.3.3 Усилители радиочастоты коротковолнового диапазона………….. 96
      3.3.4 Малошумящие усилители СВЧ диапазона………………………… 99
   3.4 Преобразователи частоты…………………………………………….…. 104
      3.4.1 Принцип преобразования частоты…………………………………. 104
      3.4.2 Условия линейного преобразования частоты……………………... 107
      3.4.3 Параметры преобразователя частоты……………………………. 107
      3.4.4 Простой диодный преобразователь частоты…………………….. 108
      3.4.5 Сложные схемы диодных преобразователей частоты…………… 112
      3.4.6 Транзисторные преобразователи частоты………………………… 115
   3.5 Усилители промежуточной частоты …………………………………… 118
      3.5.1 Общие сведения……………………………………………………. 118
      3.5.2 Разновидности усилителей промежуточной частоты…………… 119



4


  3.6 Обработка радиосигналов в радиоприёмниках ………………………. 121
     3.6.1 Амплитудные детекторы…………………………………………… 121
     3.6.2 Детектирование однополосных сигналов
     (синхронное детектирование)…………………………………………… 125
     3.6.3 Детектирование колебаний амплитудной телеграфии………….. 127
     3.6.4 Детекторы импульсных сигналов………………………………… 128
     3.6.5 Детектирование частотно-модулированных колебаний………… 131
     3.6.6 Детектирование колебаний частотной телеграфии……………… 136
     3.6.7 Детектирование фазомодулированных колебаний………………. 138
     3.6.8 Детектирование колебаний фазовой телеграфии………………… 139
     3.6.9 Детектирование (обработка) сложных
     широкополосных сигналов……………………………………………… 142
     3.6.10 Детектирование (обработка) радиосигналов с линейной
     частотной модуляцией и шумоподобных сигналов ……………........... 144
  3.7 Регулировки в радиоприёмниках………………………………………. 148
    3.7.1 Ручная регулировка усиления…………………………………….... 148
    3.7.2 Автоматическая регулировка усиления …………………………… 150
    3.7.3 Автоматическая подстройка частоты в радиоприёмниках.............. 153
    3.7.4 Регулировка полосы пропускания в радиоприёмниках…………… 154

4. СИСТЕМЫ СВЯЗИ………………………………………………………... 157
   4.1 Качественные характеристики каналов и трактов связи…………...…. 157
      4.1.1 Понятия об уровнях передачи в системах связи…………………. 157
      4.1.2 Характеристики качества каналов и трактов связи………………. 159
      4.1.3 Основные уравнения радиосвязи………………………………….. 164
   4.2 Аналоговые системы радиосвязи ……………………………………… 165
      4.2.1 Система радиосвязи с амплитудной модуляцией………………… 166
      4.2.2 Системы радиосвязи с угловой модуляцией……………………… 167
   4.3 Импульсные системы радиосвязи ……………………………………… 169
      4.3.1 Радиосистемы с импульсно-кодовой модуляцией……………….. 171
      4.3.2 Радиосистемы, использующие кодирование с предсказанием….. 176
   4.4 Основы теории кодирования…………………………………………… 179
      4.4.1 Общие положения…………………………………………………. 179
      4.4.2 Параметры кодов и их классификация…………………………… 179
      4.4.3 Принцип помехоустойчивого кодирования……………………… 181
      4.4.4 Линейные двоичные блочные коды………………………………. 182
      4.4.5 Циклические коды…………………………………………………. 185
         4.4.5.1 Общие положения……………………………………………. 185
         4.4.5.2 Формирование циклического кода………………………….. 187
         4.4.5.3 Декодирующее устройство………………………………….. 188
   4.5 Многоканальные радиосистемы передачи информации …………….. 190
      4.5.1 Методы уплотнения и разделения каналов………………………. 190
      4.5.2 Радиосистемы с частотным разделением каналов……………….. 191



                                                                              5


       4.5.2.1 Принцип частотного разделения каналов…………………… 191
       4.5.2.2 Основные виды искажений в групповом тракте
       радиосистемы с частотным разделением каналов………………….. 192
    4.5.3 Радиосистемы с временным разделением каналов………………. 193
       4.5.3.1 Принцип временного разделения каналов………………….. 193
       4.5.3.2 Помехи и искажения в многоканальной
       радиосистеме с временным разделением каналов………………….. 196
    4.5.4 Сравнительная оценка систем с частотным и временным
    разделением каналов………………..……………………………………. 197
    4.5.5 Цифровые многоканальные радиосистемы
    передачи информации……………………………………………………. 198
       4.5.5.1 Радиосистемы с импульсно-кодовой модуляцией
       и разделением каналов по времени ………………………………… 198
       4.5.5.2 Радиосистемы с импульсно-кодовой модуляцией
       и разделением каналов по частоте ………………………………….. 201
    4.5.6 Уплотнение каналов по форме……………………………………. 201
    4.5.7 Синхронизация в цифровых многоканальных системах………… 207
    4.5.8 Понятие о комбинационном уплотнении………………………… 209
    4.5.9 Асинхронные адресные системы передачи информации ……… 209
    4.5.10 Системы связи подвижной службы …………………………….. 212
       4.5.10.1 Виды систем связи подвижной службы…………………… 212
       4.5.10.2 Транкинговые (пучковые) мобильные радиосистемы……. 213
       4.5.10.3 Территориальные (сотовые) системы связи……………….. 218
       4.5.10.4 Линейные системы индивидуальной связи………………… 225
       4.5.10.5 Глобальные мобильные системы спутниковой связи……… 225
       4.5.10.6 Системы персонального радиовызова………………………. 226
    4.5.11 Телевизионные радиосистемы……………………………………. 228
       4.5.11.1 Принцип телевидения……………………………………….. 228
       4.5.11.2 Системы чёрно-белого телевидения……………………….. 228
       4.5.11.3 Системы цветного телевидения……………………………. 231
    4.5.12 Волоконно-оптические линии связи……………………………. 234
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………….......... 236
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК………………………………………. 237
СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ………………………….. 238




6


    ПРЕДИСЛОВИЕ

    Предлагаемое учебное пособие соответствует дисциплине «Основы
радиоэлектроники и связи» и предназначено для самостоятельной работы
студентов, обучающихся по специальности 21020165 «Проектирование и
технология радиоэлектронных средств».
    Пособие также может быть использовано для самостоятельной работы
студентов, обучающихся по специальности 21040465 «Многоканальные
телекоммуникационные системы».
    В книге в доступной для самостоятельной работы студентов и компактной
форме изложены: принципы построения радиопередающих устройств и
формирование радиосигналов; принципы построения радиоприёмных
устройств и обработка радиосигналов; качественные характеристики каналов и
трактов связи; принципы построения современных систем связи.




                                                                         7


   1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ
ИНФОРМАЦИИ

    1.1 Информация, сообщение, сигнал

     Под информацией понимают совокупность сведений о каких-либо
событиях, явлениях или предметах, предназначенных для передачи, приема,
обработки, преобразования, хранения или непосредственного использования
информации.
     К. Э. Шеннон – основатель теории информации образно её определил:
«Информация – послание, которое уменьшает неопределённость».
     В широком смысле информацию можно определить как совокупность
знаний об окружающем нас мире. В таком понимании информация является
важнейшим ресурсом научно-технического прогресса и наряду с материей и
энергией принадлежит к фундаментальным философским категориям
естествознания. В отличие от материального и энергетического ресурсов,
информационный ресурс не уменьшается при потреблении, накапливается со
временем. Объём человеческих знаний удваивается каждые 10 лет, мощность
компьютеров увеличивается вдвое через 1,5 года. Особенность информации
состоит в том, что она возникает в одном месте, а используется в другом.
     Информация, подлежащая передаче и выраженная в определенной форме,
называется сообщением. Сообщение может быть представлено в форме текста,
телеграммы, слова, цветного или чёрно-белого изображения или цифрового
потока данных. Сообщение на расстояние может быть передано с помощью
материального носителя. В системах связи в качестве носителя сообщений
используются электрические сигналы. Электрический сигнал представляет
сообщение во времени.

    Определим параметры электрических сигналов с точки зрения их передачи
по тракту связи. Такими параметрами являются: длительность сигнала Тс,
ширина его спектра Fс и динамический диапазон Дс.
    Тс − определяет интервал времени, в переделах которого сигнал
существует;
    Fс − даёт представление о скорости изменения сигнала внутри интервала
его существования. В системах связи ширину спектра сигнала сужают, т. к.
тракт связи имеет ограниченную полосу пропускаемых частот. Спектр сужают
исходя из допустимых искажений сигнала. При телефонной связи спектр
речевого сигнала эффективно передаётся полосой частот ЭППЧ 0,3 − 4 кГц.
В этой полосе частот человеческая речь разборчива. Эта норма узаконена
международным консультативным комитетом по радио и телефонии МККР и Т.


8


Необходимая ширина спектра телевизионного сигнала определяется требуемой
чёткостью изображения и при стандарте 625 строк составляет 6 МГц.
    Динамический диапазон Дс – это отношение наибольшего уровня
передаваемого сигнала к его наименьшему значению. Обычно этот параметр
выражается в логарифмических величинах децибелах (дБ).
                                             U c max
                               Д с = 20 lg           ,                (1.1)
                                             U c min
     Минимальный уровень сигнала определяется уровнем собственных
шумов тракта связи, а максимальный − допустимыми нелинейными
искажениями сигнала при передаче его по тракту связи. Динамический
диапазон речи диктора телевидения составляет 20 − 30 дБ, симфонического
оркестра 75 − 100 дБ.
     Для общей характеристики сигнала связи вводят параметр – объём сигнала
Vc .
                              Vс = Tс ⋅ Fс ⋅ Д с ,                    (1.2)
     Чем больше объём сигнала, тем больше информации можно заложить в
этот объём, и тем сложнее передать такой сигнал по тракту связи с требуемым
качеством. Поэтому тракт связи также характеризуется объёмом Vтр, т. е.
способностью передавать определённый объём информации при допустимом
качестве.
                            VТР = TТР ⋅ FТР ⋅ Д ТР ,                  (1.3)



    1.2 Системы связи

    Совокупность технических средств, предназначенных для передачи
сообщений от источника к потребителю, называется системой связи.
    Любая система связи включает в себя передающее и приёмное устройство
и физическую среду, по которой передаются электрические сигналы
передаваемого сообщения. В зависимости от среды распространения
электрических сигналов различают проводные и радиосистемы.

    По виду передаваемых сообщений различают: передача речи (телефония),
передача текста (телеграфия), передача неподвижных изображений
(фототелеграфия), передача      подвижных     изображений (телевидение),
телеизмерения, телеуправление и передача данных.




                                                                          9


    По назначению все системы радиосвязи делят на вещательные,
отличающиеся высокой степенью художественности воспроизведения
сообщений, и профессиональные. В свою очередь профессиональные
радиосистемы разделяют на симплексные и дуплексные.
    Симплексная радиосвязь осуществляется на одной несущей частоте.
    Это обычно радиосеть. В радиосети корреспонденты ведут передачу по
очереди.
    Дуплексная радиосвязь двухсторонняя ведётся на двух частотах.

    По числу используемых каналов различают одноканальные и
многоканальные системы связи. При этом в многоканальных системах
большой объём тракта связи делят по времени передачи Т, спектру частот F, и
динамическому диапазону Д (уровню сигнала). По этому признаку
многоканальные системы строят:
    - с временным разделением каналов ВРК;
    - с частотным разделением каналов ЧРК;
    - с разделением каналов по уровню (форме сигналов).


     1.3 Принцип радиосвязи

    Как правило, электрические сигналы, непосредственно отражающие
сообщения низкочастотны, включая и телевизионный сигнал 0 – 6 МГц. Такие
сигналы в радиосвязи называют первичными сигналами.
    Электрические сигналы с низкими частотами не могут эффективно
излучаться в свободное пространство, на низких частотах большие
промышленные          помехи        (фон    электросети 50 Гц, искровые помехи
автотранспорта, электромоторов и других электромеханизмов). Передавать
сигналы низких частот непосредственно можно только по проводным и
кабельным линиям связи.
    Для передачи информации без проводов используют специальные
электрические колебания, называемые несущими.
    Несущие колебания не содержат информации, но хорошо излучаются и
распространяются в свободном пространстве. Поэтому с их помощью
информация, заложенная в первичном сигнале, переносится в свободном
пространстве. Информация закладывается в один из параметров несущего
колебания U (t ) = U m cos(ωt + ϕ ) методом модуляции, т. е. изменения амплитуды
Um, частоты ω или фазы φ, по закону изменения первичного сигнала,
отображающего передаваемую информацию.

     Структура системы радиосвязи представлена на рис. 1.1.




10



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика