Тема 7. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАДИОСВЯЗИ КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ РАДИОСВЯЗИ Радиосвязь

связь, осуществляемая посредством радиоволн.
Радиосвязь является основным средством управления подвижными силами

и средствами при решении оперативных задач различными службами и ведомствами.
Все системы, применяемые для радиосвязи с подвижными объектами, условно можно разделить на следующие группы:
радиотелефонные системы общего пользования,
диспетчерские радиотелефонные системы,
автономные радиотелефонные системы,
системы персонального вызова,
системы аварийной радиосвязи.

пользования - системы, которые посредством радиолиний продлевают городские телефонные линии

до подвижных объектов, т. е. по сути дела являются городскими радио АТС.

Отличительными особенностями радиотелефонных систем общего пользования является:
- наличие в подвижном объекте устройства для автоматического набора номера телефонной сети и приемопередатчика для передачи и приема сигналов взаимодействия и речевой информации;
- наличие в системе связи центральной радиостанции, обеспечивающей прием и передачу сигналов взаимодействия и речевой информации от подвижного объекта;
- наличие в системе связи устройства для автоматического соединения центральной радиостанции с городской АТС.

Примером подобной системы являются сотовые радиотелефонные системы, в которых роль центральной радиостанции играет комплекс, состоящий из нескольких стационарных радиостанций, объединенных в единую сеть с помощью управляющих ЭВМ.

- системы радиосвязи внутри, ведомства, службы, предприятия. Примерами диспетчерских радиотелефонных

систем являются системы радиосвязи, применяемые в пожарной охране, милиции. службах такси, скорой помощи и др.

К основным особенностям таких систем относят следующее:
- обеспечение радиосвязи только с абонентами данной системы;
- связь подвижного абонента с абонентами телефонной сети обеспечивается, как правило, через диспетчера центральной радиостанции;
- диспетчер центральной радиостанции может вызывать подвижных абонентов индивидуально или всех сразу (с помощью группового вызова);
- связь между подвижными абонентами возможна и без участия центральной радиостанции.

- системы, предназначенные для непосредственного и оперативного участия в процессах

производства или управления.

Им характерен:
- небольшой радиус действия (1-3 км);
- малое количество абонентов в системе (от 2-3 до 20-30);
- отсутствие необходимости выхода в автономные радиотелефонные системы.

Автономные радиотелефонные системы применяются для обеспечения радиосвязи на небольшой территории, например при проведении выставок, спортивных и культурно-массовых мероприятий и т. п.

- системы, позволяющие в простейшем случае передать подвижному абоненту только

"звонок", после которого вызываемый абонент должен выполнить заранее обусловленные действия или с ближайшего телефонного аппарата связаться с вызывающим его диспетчером и обменяться более подробной информацией.

Особенности систем персонального вызова:
- однонаправленность действия (от центрального пункта к подвижному абоненту);
- наличие приемника персонального вызова, имеющего свой индивидуальный вызывной номер;
- центральный вызывной пункт состоит из передатчика и устройства, обеспечивающего набор номера любого приемника персонального вызова, входящего в систему;
- возможность передачи не только «звонка», но и информации ограниченного объема, которая отражается на дисплее приемника.

Современные системы персонального вызова более известны под названием «пейджер».

- системы, обеспечивающие немедленную передачу сигналов бедствия в случае аварийной

ситуации.

В настоящее время системы аварийной радиосвязи используются в основном в морской и авиационной службах. Радиостанции имеют возможность автоматически передавать телефонные или телеграфные сигналы бедствия на специально выделенных частотах.

частью системы радиосвязи является радиоканал, включающий в себя следующие функционально

необходимые составные части:

радиопередающее устройство, преобразующее сообщение в электрический сигнал высокой частоты и излучающее его в пространство в виде радиоволн;

линию связи - физическая среда (свободное пространство, провода, кабели и т.д.), а также совокупность аппаратных средств, используемых в процессе передачи сигналов от передатчика к приемнику;

радиоприемное устройство, принимающее сигнал передатчика и преобразующее его в сообщение.

помощью микрофона производится преобразование передаваемого речевого сообщения в электрический сигнал

низкой (звуковой) частоты. Под воздействием этого сигнала в радиопередатчике осуществляется формирование модулированных колебаний высокой частоты, т.е. электрического сигнала, содержащего передаваемую информацию. С помощью передающей антенны производится преобразование данного сигнала в электромагнитные колебания и излучение их в пространство в виде радиоволн.
Радиоволны, принятые приемной антенной преобразуются в электрические сигналы высокой частоты. В радиоприемнике происходит выделение полезного сигнала среди помех и других сигналов, его усиление и преобразование в колебания низкой (звуковой) частоты. Эти колебания затем поступают на оконечное устройство, например, громкоговоритель, где переданное сообщение воспроизводится в виде речи.

называется связь между двумя пунктами, при которой в каждом из

них передача и прием сообщений осуществляется поочередно.
Дуплексная связь – это связь между двумя пунктами, при которой в каждом из них передача и прием сообщений осуществляется одновременно, но уже на разных несущих частотах.

колебаний электрического Е и магнитного Н полей.
Между амплитудами магнитной и

электрической составляющих электромагнитного поля, распространяющегося в пространстве, имеется определенная количественная связь, выражаемая соотношением

где: Ет — измеряется в вольтах на метр;
Нт — в амперах на метр;
Величина Zo имеет размерность сопротивле¬ния Zo = 120π = 376,6 Ом.
По своему физическому смыслу оно представляет волновое сопротивление пространства, которое оно оказывает распространяющейся в этом пространстве электромагнитной волне.

Е электромагнитной волны радиоволны делятся на вертикально и горизонтально поляризованные

радиоволны

Радиоволны классифицируют также в зависимости от длины волны. Расстояние, которое волна распространяется за время одного периода колебаний, называется длиной волны.

волны согласно Международного Регламента радиосвязи принято деление радиоволн

конкретной системы радиосвязи во многом определяется рядом факторов, связанных в

первую очередь с особенностями излучения и распространения электромагнитных колебаний

отклонения радиоволн от прямолинейного распространения при прохождении мимо края препятствий.

Это значит, радиоволны могут огибать препятствия на пути распространения. Степень дифракции тем меньше, чем меньше длина волны. Отсюда следует, что радиоволны могут распространятся вдоль земной поверхности. Такие волны называются поверхностными.
Поглощение радиоволн земной поверхностью - Электромагнитная волна проникает в толщу земли, хотя и на небольшую глубину. При этом происходит частичное погло­щение энергии радиоволн, распространяющихся в почве, сопровож­дающееся затуханием интенсивности электромагнитных колебаний по мере удаления от места излучения, что сказывается на дальности распространения поверхностных радиоволн, а следовательно, и на дальности радиосвязи.
Радиоволны, излученные в направлении верхних слоев атмосферы называются пространственными.

делить на три характерных слоя – тропосферу, стратосферу и ионосферу

увеличением расстояния от Земли и сложная зависимость ее температуры от

высоты приводит к тому, что в результате ионизации в ионосфере образуются четыре ярко выраженных слоя - D, Е, F1 и F2.

Самый нижний слой ионосферы D расположен на высотах 60...90 км. Он существует в летнее время, причем только в дневные часы, когда велика солнечная активность и представляет собой нерегулярное образование ионосферы.

На высотах 100…120 км от поверхности Земли находится ионосферный слой Е. Этот слой характеризуется переменной концентрацией свободных электронов, которая может изменяться в зависимости от времени года и суток. Днем слой Е располагается несколько ниже, а ночью значительно выше.

Слои F1 и F2 занимают области ионосферы на высотах от 120 до 450 км и выше от земной поверхности. Обычно их рассматривают как один слой ионосферы, имеющий наибольшую концентрацию свободных электронов.

Явление искривления направления распространения радиоволн в неоднородной среде получило название атмосферной рефракции.

от угла падения радиоволны на ионосферу α с поверхности Земли

и частоты колебаний f. При этом возможны различные траектории распространения пространственных радиоволн в зависимости от величины угла падения α

Если углы падения меньше критического α1 <αкр , то преломление лучей будет невелико, и радиоволны проникают через ионосферу в космос (луч 1). При углах падения, больших критического угла α3 > αкр, преломление настолько велико, что радиоволны полностью отразятся и вернутся на Землю (луч 3).

возникающее при наложении двух или нескольких волн и состоящее в

устойчивом (во времени) их взаимном усилении в одних точках пространства или ослаблении - в зависимости от соотношения между фазами этих волн.

Рассеяние энергии. С увеличением расстояния от излучателя (антенны) плотность потока энергии в определяемой точке пространства уменьшается.

Часть энергии радиоволн теряется при образовании токов проводимости в почве и в различных металлических предметах, так как под действием изменяющегося электрического и магнитного полей в проводниках появляется электрический ток вихревого характера, энергия которого частично превращается в тепло. Явление преобразования энергии радиоволн в другие виды энергии получило название поглощения энергии.

обладают явно выраженной дифракции вокруг поверхности Земли и больших препятствий,

хорошо отражаются от ионосферы и Земли. Поэтому длинные волны могут распространяются в виде поверхностных и пространственных радиоволн на большие расстояния

незначительная дифракция, преломление в ионосфере и отражение от Земли. Поверхностные

короткие радиоволны затухают еще в большей степени, чем на среднее. Поэтому радиосвязь поверхностными волнами при обычных мощностях передатчиков вблизи нижней границы коротковолнового диапазона возможна лишь на расстоянии в несколько десятков километров. Связь на больших расстояниях осуществляется только пространст­венными волнами, которые могут распространяться на очень большие расстояния вдоль земной поверхности путем однократно­го или многократного отражения от ионосферы и Земли.

диапазоне длин волн обра­зуются так называемые зоны молчания («мертвые» зоны),

где поверхно­стных волн уже нет, а пространственные волны, отражаясь от ионосферы, еще не действуют на этих дальностях

отражений от ионосфе­ры. По­этому радиосвязь на УКВ может осущест­вляться только

посредством по­верхностной волны. Вследствие слабой дифракции мож­но считать, что УКВ распростра­няются вблизи земной поверхности прямолинейно, если не учитывать влия­ния неодно­родности тропосферы. Это ограничивает область радиосвязи только прямой види­мостью (оптическим горизонтом). Дальность прямой ви­димости при этом определяется высотой подъема антенн

явление преломления УКВ, что обусловлено ее неоднородностью по своим электрическим

свойствам. Пока­затель преломления n различных слоев атмосферы изменяется, убы­вая с вы­сотой.
Уменьшение величины показателя преломления приводит к тому, что радиоволны, из­лученные в точке А, будут при переходе из слоя в слой преломляться в направлении к земной поверхности

Дальность радиосвязи с учетом нормальной атмосферной рефракции определяется формулой

также превышать дальность пря­мой видимости за счет рассеянием радиоволн на

неоднородностях тропо­сферы, что характерно ультракоротким радиоволнам. При падении радиоволны с плоским фронтом на об­ласть с вихревыми неоднородностями фронт волны искривляется

рассматривая распространение длинных, средних и коротких волн в атмосфере, обычно пренебрегают их затуханием в атмосфере. Это было допустимо, так как в указанных диапазонах волн затухание радиоволн в атмосфере ничтожно мало. Однако в диапазоне УКВ, особенно при использовании сантиметровых и миллиметровых волн, пренебрегать затуханием нельзя.

периодические колебания, связанные с переходом одного вида энергии в другой.

В электрических системах, колебания связаны с энергией электрического и магнитного полей. Электромагнитные системы могут быть закрытыми или открытыми.
Колебательным контуром называется электрическая цепь, состоящая из катушки индуктивности L и конденсатора С

Эти элементы называют реактивными. Они обладают сопротивлениями, зависящими от частоты, приложенного к ним напряжения:

Они связаны с периодическим преобразованием энергии заряженного конденсатора в магнитную энергию

определяется формулой Томсона

реактивных элементов равны и их сумма равна нулю, в контуре

наступает резонанс.

Волновое сопротивление контура

Сопротивление потерь

Добротностью называется отношение волнового сопротивления контура к его сопротивлению потерь

контур, элементы которого включены последовательно генератору
Под действием ЭДС источника Е

по цепи протекает переменный ток. Его амплитуда зависит от сопротивления контура

При равенстве частоты генератора частоте собственных колебаний контура г=о, в контуре возникает резонанс. При этом сопротивление контура минимально и носит только активный характер. Амплитуда тока контура становится максимальной.

на элементах контура в этом случае будут также максимальны.
Резонанс в

последовательном контуре называют резонансом напряжений.

частоты генератора относительно резонансной частоты сопротивление контура Zk увеличивается, при

этом ток Im , а следовательно и напряжения на элементах контура уменьшаются.
Колебательный контур обладает свойством частотной избирательности. Количественно это свойство оценивается полосой пропускания контура.

Полоса частот, в пределах которой колебания в контуре поддерживаются на определенном уровне, называется полосой пропускания.

Полоса пропускания численно равна

Чем уже полоса пропускания, тем выше частотная избирательность колебательного контура.

параллельным, если его элементы подключены к генератору параллельно.
На резонансной частоте

сопротивление контура носит активный характер и достигает максимального значения

Отсюда следует, что амплитуда напряжения Um на контуре при резонансе будет максимальна.

неразветвленной части цепи будет минимален, а токи ветвей контура максимальны

При резонансе амплитуда тока, протекающего в элементах параллельного контура становится максимальной и в Q раз превышает амплитуду протекающего по контуру тока. Поэтому резонанс в параллельном контуре называют резонансом токов.

называются связанными, если колебания в одном из них воздействуют на

другой контур и вызывают в нем колебательный процесс. Связь между контурами может быть индуктивной, емкостной и автотрансформаторной

Регулируя степень связи, можно изменять форму частотной (резонансной) характеристики связанных контуров, а, тем самым, изменять их частотную избирательность (полосу пропускания), обеспечивая при этом высокий коэффициент прямоугольности.

это устройство для излучения и приема радиоволн. Излучение радиоволн осуществляется

посредством передающих антенн, которые преобразуют возбуждаемые в антенне колебания тока высокой частоты в свободные электромагнитные волны.
Переменный электрический ток, проходящий по проводнику, порождает в пространстве переменное магнитное поле Н, силовые линии которого замыкаются вокруг проводника в плоскости перпендикулярной этому проводнику.
Согласно закону электромагнитной индукции переменное магнитное поле создает в области, окружа­ющей силовые линии Н, переменное электрическое поле Е, в том числе и в более удаленных точках.

случае антенна представляет собой колебательный контур открытого типа, к которому

можно перейти от замкнутого контура, условно раздвигая пластины конденсатора и одновремен­но увеличивая их длину для сохранения неизменной собствен­ной частоты контура. В полученных проводниках симметричные участки 1—1', 2—2', 3—3', обладают некоторой индуктивностью L , рас­пределенной вдоль проводов, и некоторой емкостью C между проводами

Поляризация электромагнитных волн, излучаемых рассмотренной антенной будет вертикальной, так как электрическое поле замыкается вдоль оси антенны. Поэтому радиоволны распространяются в направлениях, перпендикулярных оси антенны.
Чтобы антенна эффективно излучала электромагнитную энергию, размеры ее должны быть сравнимы с длиной волны.

(l= λ/2)

двух, разведенных в разные стороны проводников, подключенных к генератору (рис.10.3).

Линейная длина проводников составляет λ/2.
Данная антенна называется симметричным полуволновым вибратором или элементарным диполем. Здесь колебательный контур образован индуктивностью проводов L и межвитковой емкостью С проводов.

Направленные свойства антенн описывают с помощью диаграммы направленности и ее ширины, коэффициента направленного действия антенны и других параметров.

напряженности (мощности) электромагнитного поля от направления излучения волн. При этом

измерение напряженности (мощности) производится в равноудаленных от антенны точках.

Ширина диаграммы направленности – это угол 2Θ, на границах которого мощность излучения уменьшается в 2 раза (напряженность поля – в раз) по сравнению с направлением максимума. Чем уже ширина диаграммы направленности, тем выше направленые свойства антенны

однонаправленного излучения используются антенны, состоящие из нескольких симметричных полуволновых вибраторов.

Поле, создаваемое системой таких вибраторов, является результатом сложения полей, создаваемых отдельными вибраторами с учетом их фазовых сдвигов, определяемых как разностью хода лучей до рассматриваемой точки, так и разностью фаз токов в вибраторах.

концентрацию электромагнитной энергии, излученной ею в пространство. Его величина D

определяется отношением плотности потока мощности Пa, создаваемой антенной в выбранной точке пространства, находящейся в направлении максимального излучения, к плотности мощности По в той же точке, создаваемой воображаемой антенной, излучающей равномерно по всем направлениям (потребляемая мощность обеих антенн одинакова)

КНД показывает во сколько раз необходимо увеличить мощность излучения антен­ны при переходе от направленной к абсолютно ненаправленной антенне, чтобы сохранить неизменной напряженность поля в выбранной точке приема.

У симметричного полуволнового вибратора КНД антенны в вертикальной плоскости составляет 1,64. Со­временные остронаправленные антенны в диапазоне коротких волн имеют КНД в пределах 150...250, а в диапазонах сантиметровых и миллиметровых волн его значение может достигать несколь­ких десятков тысяч.

входных зажимах антенны, которое имеет активную, и реактивную составляющие.
Коэффициент

полезного действия 

=РИЗЛ. / Р П .

Коэффициент усиления антенны G характеризует ее и с точ­ки зрения эффективности преобразования энергии, и с точки зрения ее направленных свойств. Коэффициент G численно равен произведению D на КПД антенны.

Поляризация антенны – направление вектора напряженности электрического поля Е волны, излучаемой антенной. Поляризация антенны определяется ориентацией антенны в пространстве. Так, например, вертикально расположенный диполь излучает вертикально-поляризованные волны, а горизонтальный - горизонтально-поляризованные.

Частотная характеристика антенны устанавливает зависимость излучаемой (принимаемой ) мощности от частоты сигнала поступающего на антенну.
Диапазон частот (длин волн) принимаемого сигнала, в пределах которого амплитуда наводимых в антенне колебаний не уменьшается ниже заданного уровня, называют полосой пропускания антенны.

это проводная линия и вспомогательные устройства, с помощью которых высокочастотные

колебания от передатчика подводятся к антенне или от антенны к приемнику.

Фидеры должны обеспечивать минимальные потери энергии передаваемого сигнала и не обладать антенным эффектом. Поэтому в радиосвязи, используются коаксиальные кабели , обладающие сравнительно малым затуханием и имеющие металлический экран.

Для обеспечения минимума потери энергии производится согласование фидера с антенной. Согласование обеспечено, если волновое сопротивление фидера равно входному сопротивлению антенны. При соблюдении этого условия вдоль фидерной линии будут распространяться только падающие волны напряжения и тока, а отраженные волны будут отсутствовать. Такой режим, установившийся в антенно-фидерном устройстве, называется режимом бегущих волн. При этом в антенну будет поступать наибольшая часть вырабатываемой передатчиком энергии.

потерь энергии между антенной и фидером включают специальное согласующее устройство,

обеспечивающее равенство волнового сопротивления фидера и входного сопротивления антенны. В качестве согласующего устройства применяют четвертьволновые трансформаторы.

Четвертьволновый трансформатор представляет собой отрезок кабеля длиной /4. Сопротивление нагрузки, включенной на конце трансформатора (в данном случае входное сопротивление антенны), трансформируется на его входе в величину

где: - Rвх – входное сопротивление четвертьволнового трансформатора;
Zтр – волновое сопротивление отрезка кабеля;
RА – активная составляющая входного сопротивления антенны.

являются несимметричными линиями, а антенна – симметричное устройство. Поэтому в

состав фидера включают симметрирующее устройство, которое обеспечивает электрическую симметрию каждой половины вибратора относительно заземленного экрана кабеля.

Для предотвращения ответвления токов на наружную поверхность кабеля используются устройства в виде отрезков коаксиального кабеля. Симметрирующая петля представляет собой отрезок кабеля длиной λ/2, Центральный проводник петли подключают к вибраторам антенны, а экран соединяют с кабелем питания.