Условия радиоподавления. Коэффициент подавления. Энергетические расчеты при радиоподавлении. Уравнение радиоподавления. Особенности при различных условиях радиоподавления.

 

Дальность действия активных радиопомех

 

Дальность РЭП зависит от многих факторов, в том числе от мощности радиопередающих устройств РЭС и средств РЭП, характеристик их антенных систем, чувствительности приемных устройств, условий распространения электромагнитных волн, видов излучения и способов обработки сигнала, длины рабочей волны, способов помехозащиты. Кроме того, на дальность РЭП оказывают влияние интенсивность помех от местных предметов, земной (водной) поверхности и внеземных источников, характер излучения и рассеяния электромагнитных волн целями, наблюдаемыми РЭС. Учесть все перечисленные факторы чрезвычайно трудно. В связи с этим дальность подавления РЭС и необходимая мощность средств РЭП оцениваются математически по усредненным параметрам и уточняются в процессе натурных испытаний и смешанного моделирования.

Радиоэлектронные средства могут подавляться средствами РЭП только в том случае, когда отношение мощности помехи, попадающей в полосу пропускания радиоприемника, к мощности сигнала превышает некоторое минимально необходимое значение, характерное для данного вида помехи и сигнала.

Минимально необходимое отношение мощностей маскирующей помехи Рпи сигнала Рсна входе подавляемого приемника в пределах полосы пропускания его линейной части, при котором достигается требуемая степень подавления РЭС, называют коэффициентом подавления по мощности

 

Кп=(Рп/Рс)вхmin (1.3.1)

 

На практике иногда применяют понятие «коэффициент подавления по напряжению»

Кп,н=(Uп/Uс)вхmin= (1.3.2)

Помеха считается эффективной, если отношение ее мощности к мощности полезного сигнала на входе приемного устройства К= (Рп/Рс)вхбольше коэффициента подавления К > Кп. Значение Кп зависит от вида помехи и сигнала, а также от характеристик приемника подавляемого РЭС. Чем меньше Кп, тем при прочих равных условиях легче подавить РЭС помехой. Пространство, в пределах которого К > Кп, называется зоной подавления РЭС, а при К < Кп— зоной неподавления. Граница этих зон проходит на уровне, когда К=КП [2,3]. Зоной подавления считают область пространства, в пределах которой РЭС подавлена с заданной эффективностью.

Если известен Кп, то можно определить зону подавления, в пределах которой создаются эффективные помехи данному РЭС. Для этого надо установить зависимость К от параметров и взаимного пространственного положения станции помех и подавляемого РЭС.

Определим значение Кп =( Рп / Рс )вхна входе радиоприемного устройства при воздействии помех на линию радиосвязи. На рис. 1.3.5 приведена схема создания помех радиосвязи [1]. Предположим, что радиоволны распространяются в свободном пространстве Тогда мощность полезного сигнала (без учета потерь) на входе Рс.вх подавляемого радиоприемного устройства в пределах его полосы пропускания можно определить как [1]

 

Рс.вх= ; (1.3.3,а)

 

В формуле (1.3.3,а) и на рис 1.3.5 Рп.с. — мощность передатчика радиосигнала; Gп.с. и Gпр — коэффициенты усиления антенны передатчика радиосигнала в направлении на радиоприемник и приемной антенны в направлении на радиопередатчик; DCB— расстояние между передатчиком и приемником линии радиосвязи (дистанция связи).

Если подавляемый радиоприемник находится на земной или водной поверхности, то необходимо учитывать влияние подстилающей поверхности.

 

Рис. 1.3.5. Схема создания помех радиосвязи

Рп.вх= ; (1.3.3,б)

 

К= ; (1.3.3,г)

 

Рп.пмин=Кп . (1.3.3,д)

 

Мощность помех Рпс равномерным спектром шириной Δfп на входе приемника в пределах полосы пропускания его линейной части Δfпр (при условии, что Δfп > Δfпр) будет определяться (1.3.3,б). Здесь: Рп.п.- мощность передатчика помех; Gп.п. — коэффициент усиления антенны станции помех в направлении на приемное устройство подавляемой станции; Dп— расстояние между передатчиком помех и приемником сигнала; vп — коэффициент, учитывающий различия поляризации помехи и сигнала (может иметь значение от единицы, при совпадении поляризации помехи и сигнала, до нуля, когда поляризации ортогональны или различны по направлению вращения — при круговой поляризации. Если в станции помех применяется антенна с круговой поляризацией, а в приемном устройстве— с линейной, то vп = 0,5).

Подставив значение Рс и Рпв формулу К= (Рп / Рс)вхполучим отношение мощности помехи к мощности сигнала на входе приемного устройства РЭС в полосе пропускания (1.3.3,г).

Приравняв К к коэффициенту подавления, можно найти минимально необходимую для подавления РЭС мощность передатчика помех (1.3.3,д).

Дальность подавления линий радиосвязи будет различной в зависимости от энергетических потенциалов и форм ДНА станций радиосвязи и помех и их взаимного пространственного положения:

Dп.с=D (1.3.4)

Если подкоренное выражение формулы обозначить через β, то при β<1, т. е. когда энергетический потенциал станции помех меньше, чем потенциал радиопередатчика линии связи, зона подавления радиосвязи Dп.c. представляет собой окружность радиусом Rп= DАБβ /(1-β2) [1,22] с центром, смещенным в сторону, противоположную от направления на передатчик радиосвязи, на величину dп = Rп(рис.1.3.6). При β>1, когда энергетический потенциал ПП превосходит потенциал передатчика радио­станции, зона подавления занимает всю плоскость, за исключением окружности радиусом Rнп= DАБβ (β2-1), т. е. зоны неподавления. Центр окружности в этом случае смещен относительно местоположения передатчика подавляемой липни радиосвязи в сторону, противоположную направлению на передатчик помех, на величину dнп= Rнп / β. При β=1 граница зоны подавления проходит посередине между передатчиком помех и станцией радиосвязи.

На рис.1.3.6. приведены зоны подавления радиосвязи (показаны штриховыми линиями) при различных значениях β [1,22].

 

Рис.1.3.6. Зоны подавления радиосвязи

Комментарии к выбору энергетического показателя эффективности радиопомех [3]

 

Коэффициент подавления есть минимально необходимое отношение мощности помехи к мощности сигнала на входе приемника в пределах полосы пропускания его линейной части, которое обеспечивает заданный ущерб информации.Уясним, какое отношение мощности помехи к мощности сигнала используется в определении.

Полоса пропускания Δfпр приемника выбирается так, чтобы сигнал проходил неискаженным. В то же время ширина спектра помехи Δfп либо должна быть равна ширине спектра сигнала (для имитирующих помех), либо превосходить ее (у маскирующих помех). Однако на приемник воздействует энергия только той части спектра помехи, которая лежит в пределах полосы пропускания, и, следовательно, только эту часть можно учитывать.

Если бы в расчет принималась вся мощность помехи в точке приема, то могло бы получиться так, что помехи с широким и узким спектром, но одинаковые по мощности, давая одинаковое отношение мощности помехи к мощности сигнала в точке приема, приводили бы к различному ущербу, так как мощности помех, попадающих в приемник, в обоих случаях были бы разными. Это иллюстрируется рис.1.3.7 , где Sш(f)- спектр широкополосной помехи, Sу(f)- спектр узкополосной помехи, А(f)—амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) приемника. Площади, ограниченные кривыми Sш(f),Sу(f) и осью абсцисс, пропорциональны мощностям помех и равновелики. При этом условии (рис.1.3.7) площади, ограниченные амплитудно-частотной характеристикой и относящиеся к широкополосной и узкополосной помехам, различаются на величину заштрихованной площади, которая пропорциональна разности мощностей узкополосной и широкополосной помех, воздействующих на приемник.

 

Рис.1.3.7. Спектры помех и АЧХ приемника

Полоса пропускания приемника берется только для его линейной части, т. е. до амплитудного (или частотного) детектора. При таком условии исключается необходимость учета характеристик нелинейного элемента — детектора. Эти характеристики в значительной степени индивидуальны для различных детектирующих приборов, что затрудняет учет преобразования спектров сигнала и помех, возникающих в результате взаимодействия различных частотных составляющих сигнала и помехи в нелинейном элементе.

Оценка отношения мощности помехи к мощности сигнала на входе приемного тракта обусловлена тем, что исключается учет коэффициента усиления тракта при различных значениях входного воздействия, т. е. его ам­плитудной характеристики.

Условие определения коэффициента подавления по минимально необходимому отношению мощности помехи к мощности сигнала связано с тем, что коэффициент подавления должен быть пороговым значением этого отношения, чтобы с его помощью можно было определять границу зоны подавления.

Важнейшим вопросом определения коэффициента подавления является понятие наносимого ущерба информации. Это понятие зависит от вида подавляемого радиоэлектронного средства и выполняемых им функции.

 

Контрольные вопросы

1. Пояснить принцип формирования и воздействия помех на каналы связи. 2. Какие виды помех применяются для подавления аналоговых каналов связи

3. Какие виды помех применяются для подавления дискретных каналов связи?

4.Что такое коэффициент подавления?

5. От чего зависит дальность подавления линий радиосвязи?

1.4.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАДИОЛИНИЯХ И СИСТЕМАХ РАДИОСВЯЗИ

 

Радиотехнические системы в соответствии с их назначением применяют для передачи, извлечения или разрушения информации, содержащейся в сообщениях [6]. Для передачи и приема информации служат системы радиосвязи или радиотехнические системы передачи информации. Извлечение информации о координатах объектов производится в системах радиолокации и радионавигации. С помощью систем радиопротиводействия осуществляется, разрушение информации путем создания помех работающим радиосредствам противника. Системы радиоуправления, предназначенные. для управления движением объектов, являются более сложными радиотехническими системами, чем предыдущие. В их состав входят системы передачи и извлечения информации.

 

1.4.1. Общие сведения о радиолиниях и системах радиосвязи. Принцип воздействия преднамеренных помех на аналоговые каналы связи и по дискретным каналам связи.

 

Радиолинией называют совокупность технических средств, предназначенных для передачи сообщений с помощью радиоволн. Радиолинии являются основой функционирования любых радиотехнических систем. Они состоят из передающих, приемных и антенно-фидерных устройств. Связующим элементом между передатчиком и приемником является атмосфера, или космическое пространство. Радиолиния может быть одноканальной или многоканальной если она используется для передачи множества сообщений от разных источников. При этом радиоканалом называют совокупность радиосредств (в составе радиолиний), предназначенных для передачи одного сообщения.

Классификацию радиолиний производят по диапазонам радиоволн, видам применяемой модуляции, способам передачи информации.

Диапазоны волн в радиолиниях. Диапазон радиоволн или рабочих частот выбирают, исходя из назначения радиолинии и предъявляемых к ней требований по дальности действия, помехоустойчивости, пропускной способности и т. д. При этом учитывают также характер распространения радиоволн.

В таблице1.4.1 приведена классификация радиолиний по диапазонам радиоволн, применяемая наряду с другими классификациями в нашей стране.

 

 

Таблица1.4.1

Наименование диапазона радиоволн Диапазон длин волн Диапазон рабочих частот
Мириаметровые 10‑100 км 3‑30 кГц
Километровые 1‑10 км 30‑300 кГц
Гектометровые 100‑1000 м 300‑3000 кГц
Декаметровые 10‑100 м 3‑30 МГц
Метровые 1‑10 м 30‑300 МГц
Дециметровые 10‑100 см 300‑3000 МГц
Сантиметровые 1‑10 см 3‑30 ГГц
Миллиметровые 1‑10 мм 30‑300 ГГц

 

Радиоволны километрового (длинные волны), мириаметрового (сверхдлинные волны) диапазонов используются для связи и навигации на расстояниях 1-10 тыс. км. Гектометровый (средние волны) и декаметровый диапазоны радиоволн применяются для целей радиовещания. Декаметровые (короткие) волны, применяются также в системах радиосвязи. Радиоволны короче 3 м распространяются в пределах прямой видимости. Следует отметить, что волны метрового диапазона рассеиваются ионосферой. Это позволяет осуществлять связь на расстояниях 1000-2000 км.

Волны сантиметрового и дециметрового диапазонов также распространяются в пределах прямой видимости, однако наличие явления их рассеяния в тропосфере позволяет осуществить связь на расстояниях до 200-500км. Особенностью радиоволн короче 3 см является их сильное поглощение в атмосфере из-за влияния гидрометеоров (дождь, снег, туман), что уменьшает дальность действия радиосистем. Однако миллиметровые волны применяются в радиолокационных станциях для повышения их разрешающей способности.

В линиях связи применяют также электромагнитные волны короче 1 мм. С развитием лазерной техники широкие перспективы открываются перед системами связи и локации оптического (λ=0,4-0,76 мкм) и инфракрасного (λ>0,76 мкм) диапазонов.

Используемый в радиолинии диапазон волн определяет габариты антенно-фидерного устройства, конструкцию передатчика, приемника и других узлов.

В системах радиосвязи и радиолокации наиболее широко используются радиоволны ультракоротковолнового (УКВ) диапазона (0,01-10м). Использование УКВ диапазона позволяет реализовать широкополосные виды модуляции, что повышает помехоустойчивость и пропускную способность систем связи. При этом количество каналов в многоканальной системе связи может достигать нескольких тысяч.

В радиолокации применение УКВ позволяет получить большие коэффициенты усиления и узкие диаграммы направленности антенн. При этом возрастает дальность действия, разрешающая способность и точность измерения координат объектов.

Виды модуляции сигналов в радиолиниях. Вид применяемой модуляции в значительной степени определяет помехоустойчивость радиолинии. В радиотехнических системах используются непрерывные и импульсные радиосигналы.

При непрерывных сигналах применяются амплитудная (AM), частотная (ЧМ) и фазовая (ФМ) модуляции несущих колебаний сообщением. Повышение помехоустойчивости систем связано с расширением спектра передаваемого радиосигнала. Поэтому в многоканальных системах радиосвязи применяют частотную модуляцию, которая при большой девиации частоты является более помехоустойчивой по сравнению с AM.

Импульсный радиосигнал представляет собой последовательность радиоимпульсов. Импульсная модуляция широко применяется в радиолокации и радиосвязи. Она позволяет существенно повысить помехоустойчивость систем передачи информации.

Наряду с простыми узкополосными импульсными радиосигналами, у которых величина базы NC=1, применяются сложные сигналы с Nc>>1. Ве­личина базы сигнала определяется соотношением NC=FcTc, где Fc- ширина спектра сигнала, Tc- длительность сигнала.

Узкополосные сигналы имеют заполнение в виде отрезка синусоидального колебания несущей частоты. В сложных сигналах имеет место внутриимпульсная частотная или фазовая модуляция несущего колебания. При этом ширина спектра Fc>>1/Tc, где Тс — длительность сигнала, и такие системы являются широкополосными. Корреляционная функция сложного сигнала при специальных законах модуляции приближается к функции «белого шума». Поэтому сложные сигналы называют также шумоподобными. Они позволяют увеличить помехоустойчивость, скрытность и точность работы радиотехнических систем. В системах радиосвязи шумоподобные сигналы широко используются при разделении каналов в цифровых радиолиниях. Сложные сигналы применяются также в радиолокации и радионавигации.

В системах передачи информации часто применяют модуляцию последовательности импульсов сообщением U(t). Импульсы с постоянным периодом повторения Тп модулируются по амплитуде, длительности или времен­ному положению. Поэтому различают амплитудно-импульсную (АИМ), широтно-импульсную (ШИМ) и время-импульсную (ВИМ) виды импульсной модуляции (рис.1.4.1).

 

Рис.1.4.1. Виды импульсной модуляции

В системах радиосвязи при многоканальной передаче сообщений с помощью одного несущего колебания применяется несколько ступеней модуляции. При этом получаются сложные виды модуляции. Например, АМ-ЧМ, ЧМ- ЧМ, ВИМ-АМ и. т. д. Первая часть обозначения показывает вид модуляции сообщением низкочастотного поднесущего колебания данного канала, а второе — вид модуляции высокочастотного несущего колебания суммарным сигналом поднесущих всех каналов.

Способы передачи информации в радиолиниях. По этому признаку радиолинии подразделяют на три типа.

 

Рис.1.4.2. Типы радиолиний

В радиолиниях первого типа (рис. 1.4.2, а) передатчик и приемник разнесены в пространстве на определенное расстояние R. Передача информации производится из пункта А в пункт В. Радиолинии первого типа применяются в системах радиовещания, телевидения, радиосвя­зи и пассивной радиолокации. Необходимо отметить, что в случае пассивной радиолокации передатчик отсутствует, а источником излучения радиоволн является цель.

Радиолинии второго типа (рис. 1.4.2,б) отличаются тем, что сообщения из пункта передачи А попадают на конечный пункт В посредством активной ретрансляции, т. е. приема и передачи радиосигналов промежуточными станциями А1 А2 и т. д. Принимаемый сигнал в пункте ретрансляции усиливается и излучается, как правило, на другой частоте в направлении следующей станции. Линии второго типа применяются в радиорелейной связи. При работе в сантиметровом диапазоне волн промежуточные станции располагают в пределах прямой видимости на расстоянии 50-60км. При использовании для приема и передачи сигналов разных частот осуществляется одновременная передача информации как из пункта А в пункт В, так и в обратном направлении.

Радиолинии второго типа используются также в системах радиосвязи с активными ретрансляционными спутниками и в радиолокации с активным ответом. В этом случае имеется только одна ретрансляционная станция (или ответчик), которую устанавливают на космическом объекте, летательном аппарате или на Земле. При радиолокации с активным ответом передатчик (запросчик) и приемник ответного сигнала устанавливают, в одном пункте.

В радиолинии третьего типа излученный радиосигнал отражается от объекта О и поступает в приемное устройство. Отражение происходит вследствие того, что объект отличается по своим электрическим параметрам от окружающей среды. B радиосвязи такими объектами являются ионосфера, тропосфера, и ионизированные следы метеоритов. Тропосферные и ионосферные радиорелейные линии являются комбинацией линий второго и третьего типов (рис. 1.4.2, б, в). При этом передатчик и приемник располагаются в разных пунктах. Передача сигнала из пункта А в пункт А1, происходит за счет рассеяния радиоволн в тропосферных или ионосферных слоях (объект О). Принятый в пункте А1 сигнал ретранслируется по цепочке станций в направлении к пункту В.

Широкое применение линии третьего типа находят в активной радиолокации, причем передатчик и приемник расположены в одном пункте А (рис. 1.4.2, в). При этом отражающими объектами являются самолеты, корабли, ракеты, поверхность Земли и т. д. В импульсных радиолокаторах излучение и прием производятся на одну антенну. В радиолокационных станциях с непрерывным излучением для передачи и приема используются разные антенны. Радиолинии третьего типа применяются также в полуактивной радиолокации. Однако в этом случае передатчик и приемник располагают в разных пунктах.

Роль передающих, приемных и антенно-фидерных устройств в радиолинии. Основное назначениё радиолинии — передача и прием сообщений. С этой целью радиосигналы подвергаются соответствующим преобразованиям. Для проведения таких преобразований радиолиния содержит ряд функциональных устройств: радиопередающие, антенно-фидерные, радиоприемные устройства [12, 13, 21]. Кроме того, в составе аппаратуры радиосистемы имеются выходные устройства, контролирующая аппаратура и источники питания. Схемы и конструкция этих устройств весьма разнообразны и зависят главным образом от объекта установки. Такими объектами могут быть наземные сооружения, летательные аппараты, автомашины и корабли.

Радиопередающие устройства предназначены для генерирования несущих колебаний. Они модулируются в системах радиосвязи сообщением. В радиолокации и навигации модуляция осуществляется пространственным положением и движением объектов, местоположение которых определяется.

Основными техническими характеристиками радиопередающих устройств являются: диапазон рабочих волн, стабильность частоты, мощность и коэффициент полезного действия, уровень паразитного излучения. Требуемая дальность действия радиолинии обеспечивается созданием необходимой мощности колебаний на входе антенно-фидерной системы. Надежность радиосвязи достигается резервированием основных узлов передатчика и увеличением стабильности несущей частоты. Высокое качество передачи сообщений обеспечивается уменьшением различного рода частотных и нелинейных искажений передаваемого радиосигнала.

По виду модуляции различают передатчики импульсных и непрерывных колебаний. При работе в непрерывном режиме уменьшается потребляемая мощность, масса и габариты передатчика, повышается надежность, срок службы. В системах радиосвязи широко используется непрерывное излучение. В радиолокации большое распространение получил импульсный режим работы.

Применение техники высоких напряжений вызывает необходимость такого выполнения конструкции передающих устройств, которое обеспечивает безопасность работы обслуживающего персонала. Другая особенность конструкции мощных передатчиков заключается в необходимости обеспечения хорошего теплоотвода от радиоэлементов большой мощности. В некоторых случаях для этой цели применяется жидкостное охлаждение.

В качестве усилителей мощности в радиопередатчиках на частотах до 1000 МГц применяются электронные лампы специальной конструкции. В сантиметровом диапазоне для этой цели служат клистроны и лампы бегущей волны (ЛБВ). Нестабильность частоты передатчика вызывает необходимость расширения полосы пропускания приемника, что уменьшает дальность действия системы. Для стабилизации частоты применяют кварцевые генераторы, имеющие относительную стабильность 10-5-10-6. При термостатировании стабильность частоты такого генератора, возрастает до 10-7-10-9. При этом увеличиваются масса, габариты и энергопотребление задающего каскада передатчика.

В связи с увеличением мощности передатчиков и количества одновременно работающих радиосредств важное значение приобретает проблема электромагнитной совместимости. Решение этой проблемы связано с уменьшением уровня взаимных помех, создаваемых различными системами. Поэтому при конструировании передатчиков большое внимание уделяют уменьшению неосновных (паразитных) излучений за пределами необходимой полосы пропускания передатчика.

Эти излучения распространяются через антенно-фидерный тракт, по цепям питания и коммутации. Неосновные излучения возникают на гармониках основной частоты и за счет паразитной модуляции несущей частоты шумовым напряжением. Для борьбы с неосновными излучениями применяют волноводные и коаксиальные фильтры, уменьшают общее число умножителей частоты, вводят дополнительные затухания в соответствующие цепи передатчика.

Антенны предназначены для излучения и приема радиоволн. Их классифицируют по диапазонам волн, особенностям конструкции, форме диаграмм направленности. Техническими характеристиками антенн являются: входное сопротивление, полоса пропускания, коэффициент усиления, ширина диаграммы направленности, уровень боковых лепестков.

В радиолиниях применяют ненаправленные и направленные антенны. В качестве ненаправленных антенн с фиксированным усилением используют полуволновые вибраторы, штыревые, всенаправленные и другие антенны. В качестве направленных антенн с фиксированной площадью в сантиметровом диапазоне применяют зеркальные, линзовые и рупорные антенны.

Для защиты антенн от влаги, осадков, загрязнений нагрева под действием Солнца применяют специальные диэлектрические покрытия (обтекатели). При этом уменьшаются флуктуации излучаемой мощности, но возрастают вес и стоимость антенны. Для улучшения параметров электромагнитной совместимости важное значение имеет рациональное размещение антенн и увеличение коэффициента развязки между передающими и приемными, антеннами. Необходимо также принимать меры по предотвращению вредного воздействия мощного электромагнитного излучения на обслуживающий персонал.

Для передачи энергии от передатчика к антенне и от антенны к приемнику служат фидерные линии. В качестве фидерных линий на сантиметровых волнах применяют волноводы, на дециметровых и метровых волнах —коаксиальные и двухпроводные кабельные линии. Для обеспечения режима бегущей волны в фидере и увеличения к. п. д. при передаче электромагнитной энергии необходимо согласовывать входное сопротивление антенны и волновое сопротивление фидера. При плохом согласовании появляются, искажения сигнала за счет вторичных отражений и наблюдаются пробои. Наряду с фидерной линией и антенной в диапазоне сантиметровых волн в тракт передачи и приема электромагнитной энергии могут входить дополнительные элементы: вентили, циркуляторы, направленные ответвители и антенные переключатели.

Коэффициент полезного действия антенно-фидерного тракта в случае согласованной линии имеет максимальное значение. Для уменьшения потерь необходимо сокращать длину тракта, т. е. располагать входное устройство приемника по возможности ближе к антенне, необходимо совершенствовать конструкцию линии, избегать вращающихся и уменьшать количество неподвижных соединительных узлов.

Приемные устройства. Основными функциями радиоприемных устройств являются: селекция полезных сигналов по частоте, усиление, преобразование и детектирование высокочастотных сигналов. Наибольшее распространение получили cyпepгeтеродинные приемники. Основными техническими характеристиками приемного устройства являются: диапазон рабочих частот, чувствительность, избирательность, динамический диапазон принимаемого сигнала.

Чувствительность приемника определяется уровнем тепловых шумов и существенно зависит от конструкции и технологии изготовления входных каскадов.

Качественные показатели приемников зависят от рациональной компоновки его элементов, обеспечивающей правильный выбор теплового режима и малый уровень внутренних помех в аппаратуре. С увеличением чувствительности приёмных устройств возрастают требования к обеспечению электромагнитной совместимости. В радиоприемниках внутренние помехи могут возникать за счет неосновного излучения гетеродина, которое воздействует на входные каскады через цепи питания и коммутации. Для борьбы с этими излучениями применяют специальные фильтры в цепях питания смесителя и гетеродина, а также производят тщательную экранировку отдельных узлов приемника.

Из-за недостаточной избирательности и нелинейных свойств смесителя в приемниках имеют место неосновные каналы приема. Они обусловлены нелинейными процессами взаимодействия напряжений мешающего сигнала, полезного сигнала и гетеродина. Для борьбы с этими явлениями применяют полосовые и режекторные фильтры.

Повышение помехоустойчивости приема достигается согласованием полосы пропускания УПЧ с шириной спектра сигнала. Для уменьшения влияния нестабильности гетеродина в радиоприемниках используют системы автоматической стабилизации промежуточной частоты. Современные приемные устройства должны работать при большом динамическом диапазоне изменения мощности входного сигнала. Для нормального функционирования приемника в этих условиях применяют системы автоматической регулировки усиления, логарифмические усилители, ограничители. Маломощные каскады УПЧ, детекторные и низкочастотные цепи выполняются на полупроводниковых приборах и интегральных схемах.

Дальнейшая обработка видеосигналов, поступающих от приемника, производится в выходном (оконечном) устройстве радиосистемы. Выходное устройство предназначено для извлечения информации, которая содержится в сообщении. Тип и конструкция этого устройства определяются назначением системы. В качестве выходных устройств применяют электронно-лучевые, цифровые и. стрелочные индикаторы, громкоговорители, печатающие устройства и т. д.

В состав радиосистемы также входят измерительные приборы для контроля, испытания и технической диагностики отдельных устройств и блоков.

Источники питания аппаратуры радиосистемы делятся на первичные и вторичные. Первичные источники используют электрическую энергию сети с частотой 50 или 400 Гц. Вторичные источники предназначены для питания отдельных устройств и представляют собой выпрямители постоянного тока.

 

Системы радиосвязи. Общие сведения

 

Системой радиосвязи называют совокупность радиотехнических устройств, с помощью которых осуществляется передача сообщений из одного пункта пространства в другой. Как отмечалось, системы радиосвязи называют также радиотехническими системами передачи информации.

По назначению системы радиосвязи подразделяют следующим образом: системы радиовещания, системы радиотелефонной и радиотелеграфной связи, телевизионные системы, командные радиолинии систем радио­управления, радиотелеметрическиё системы, радиорелейные линии связи, космические линии радиосвязи.

Системы радиовещания состоят из сети вещательных радиостанций и приемников. Они предназначены для передачи по радио речи и музыки. В диапазоне декаметровых (коротких) и гектометровых (средних) волн (см. табл. 1.4.1) передача ведется с помощью амплитудной модуляции AM. В диапазоне УКВ для радиовещания используется частотная модуляция ЧМ.

Системы служебной радиотелефонной и радиотелеграфной связи работают на декаметровых волнах, в них широко используются сигналы с двухполосной и однополосной AM, а также ЧМ. Радиосвязь в этом диапазоне является основным видом межконтинентальной связи. При этом широко применяют устройства для автоматического подавления помех вследствие замираний. Длинные (километровые) и сверхдлинные волны используются для глобальной связи с объектами, находящимися на любом расстоянии от передатчика на поверхности Земли.

Телевизионные системы предназначены для передачи по радио различных изображений. Эти системы состоят из сети телевизионных станций и приемников. Передача ведется на метровых и дециметровых волнах.

Командные радиолинии систем радиоуправления предназначены для передачи команд управления на борт летательного аппарата.

Радиотелеметрические системы служат для передачи на Землю информации, характеризующей состояние летательного аппарата и окружающей среды. Они применяются при испытаниях летательных аппаратов, в ме­теорологических и космических исследованиях.

Радиорелейные линии связи являются одним из основных видов связи. Они состоят из цепочки приемо-передающих станций, находящихся в пределах прямой видимости. Промежуточные станции радиорелейных линий работают автоматически и управляются по сигналам телеуправления с главных станций. С помощью радиорелейных линий передаются телевизионные, телефонные, телеграфные и другие сообщения по большому числу каналов. Связь осуществляется на сантиметровых волнах (в диапазоне СВЧ).

Для дальней связи на метровых волнах применяются ионосферные и метеорные станции, а в дециметровом и сантиметровом диапазонах — тропосферные станции с ЧМ.

Космические линии радиосвязи с кодово-импульсной или частотной модуляцией применяются для связи с космическими объектами, а также при ретрансляции телевизионных и телеграфных сигналов на большие расстояния.

Командные, телеметрические, радиорелейные и космические линии выполняют многоканальными. Они работают на волнах в диапазоне от 3 см до 3 м, причем наибольшее распространение получили системы сантиметрового диапазона.

Создаются также системы связи с использованием электромагнитных волн светового диапазона.

В зависимости от характера передаваемых сигналов системы радиосвязи, как отмечалось, делятся на аналоговые и дискретные (цифровые). В аналоговых системах сообщение является непрерывным во времени и при передаче может принимать любое значение в заданном диапазоне уровней. Передача осуществляется путем непрерывной (AM, ЧМ, ФМ) или дискретной во времени (импульсной) модуляции параметров радиосигнала сообщением. При импульсной модуляции передаются дискретные во времени значения сообщения.

Так как спектр любого сообщения ограничен, то в соответствии с теоремой В. А. Котельникова [6,16] необходимо передавать значения сообщения через интервалы времени не более

t=1/(2Fmax), (1.4.1)

где Fmах—максимальная частота спектра сообщения. Передача осуществляется путем модуляции одного из параметров импульсной последовательности с периодом t=Tп. После демодуляции этой последовательности в приемнике сообщение выделяется в непрерывном виде.

В цифровых системах передаются дискретные значения сообщения как по времени, так и по уровню. При этом применяется кодово-импульсная модуляция. Если цифровая радиолиния используется для передачи непрерывных сообщений (телефонных, сигналов от телеметрических датчиков и т. д.), то предварительно осуществляется квантование сообщения по уровню и по времени [6]. Интервал квантования по времени принимают не более t=1/(2Fmax), а число дискретов по уровню выбирают, исходя из требуемой точности передачи.

Дискретные значения уровней сообщения представляются в виде последовательности импульсов, которая соответствует записи уровня в двоичном коде. Модуляция несущих колебаний осуществляется кодовой последовательностью. В приемной части системы производится демодуляция и декодирование сигнала, а также преобразование кодов сообщения в аналоговый вид.

Цифровые системы широко используются в системах радиотелефонии, телеметрических, командных и космических линиях связи. Передача сообщений в дискретной (цифровой) форме приводит к усложнению системы связи.

Основным преимуществом цифровых систем является наличие порогового эффекта. До тех пор пока отношение сигнал/шум на выходе приемника превышает некоторое значение, помехи и искажения радиосигнала в линии и аппаратуре системы практически не приводят к искажению принимаемого сообщения. Каждая позиция кодовой группы имеет лишь два значения «0» или «1». Эти значения легко разделяются на приемной стороне. Поэтому точность цифровой передачи в основном определяется количеством уровней квантования непрерывного сообщения при его кодировании.

В аналоговых системах в отличие от цифровых искажения сигнала в аппаратуре и при распространении всегда приводят к искажению сообщения. Кроме того, в цифровых системах можно повысить помехоустойчивость путем применения корректирующих кодов и шумоподобных сигналов. Возможность широкого применения логических элементов радиоэлектроники позволяет широко использовать методы микроминиатюризации при конструировании аппаратуры дискретных систем связи.

Цифровые системы связи дают возможность автоматизировать процесс обработки и запоминания информации с помощью ЦВМ, что имеет особенно важное значение в радиотелеметрии и системах радиоуправления космическими объектами.

Тактико-технические требования к различным системам радиосвязи определяются их назначением. Общими требованиями являются: точность воспроизведения сообщения, достоверность приема информации, скорость передачи информации, помехоустойчивость, дальность действия системы, надежность и экономичность.

Основными техническими характеристиками систем радиосвязи являются: диапазон рабочих частот, вид применяемой модуляции, количество каналов в многоканальных системах.

Радиосигналы, несущие сообщения, подвергаются различным искажениям. Основными источниками искажений являются: искажения при распространении радиоволн, действие внешних и внутренних шумов радиоприемника, искажения сигнала при прохождении через аппаратуру. Наличие этих искажений ограничивает точность воспроизведения сообщений и скорость передачи информации.

Большое влияние на развитие теории связи оказали работы К. Шеннона и В. А. Котельникова. В этих работах впервые были рассмотрены вопросы о пропускной способности канала связи и рассмотрены наилучшие способы приема при заданных способах передачи информации.

Для обеспечения требуемой точности и достоверности приема система должна обладать помехоустойчивостью, т. е. способностью противостоять действию внешних и внутренних помех. Помехоустойчивость обратно пропорциональна минимальному отношению сигнал/помеха на входе приемника, при котором сообщение воспроизводится с заданной точностью.

Пропускная способность определяется максимальным количеством информации, которое может быть передано в единицу времени по системе связи. В аналоговых системах скорость передачи информации определяется количеством каналов и величиной полосы частот сообщений, передаваемых по каждому каналу. В цифровых системах скорость передачи определяется количеством двоичных единиц информации, которые передаются по каналу связи за одну секунду.

Введение избыточности в передаваемый сигнал за счет применения избыточных кодов, повторений сообщения и проверочной обратной связи повышает помехоустойчивость и достоверность приема дискретных сообщений. Однако при этом уменьшается скорость передачи информации в цифровой линии радиосвязи.

Повышение помехоустойчивости за счет увеличенияэнергии сигнала при сохранении высокой разрешающейспособности достигается при применении сложных (шумоподобных) сигналов с величиной базы Nc>>1, которые по своим свойствам приближаются к «белому шуму». В системах связи для повышения помехоустойчивости широко используются широкополосные виды модуляции несущих колебаний: частотная, импульсная и кодовая модуляции.

Проблема, связанная с ростом потоков передаваемой информации и большой загрузкой различных диапазонов волн, и, следовательно, ростом числа одновременно действующих линий связи решается с помощью многоканальных систем радиосвязи, которые нашли широкое применение. Одновременная и независимая передача большого числа сообщений с помощью одного несущего колебания производится через одну радиолинию с одним передатчиком, приемником, передающей и приемной антеннами. Многоканальная радиосвязь является более экономичной, так как заменяет работу соответствующего количества одноканальных радиолиний связи.

Из всего многообразия систем радиосвязи рассмотрим подробно наиболее важные — многоканальные.