Основы радиотехники
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Теоретическая радиотехника
Автор:
Иванов Игорь Михайлович
Год издания: 2015
Кол-во страниц: 148
Дополнительно
Разработанно в соответствии с рабочей программой, утвержденной деканатом факультета "судовождение и эксплуатация флота", рассмотренно и рекомендованно к использованию в учебном процессе на заседании кафедры "УС и ТСС".
Рассмотрены основы радиотехники и радиосвязи, принципы работы приемопередающих устройств, импульсной радиотехники.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 26.03.01: Управление водным транспортом и гидрографическое обеспечение судоходства
- ВО - Специалитет
- 26.05.04: Применение и эксплуатация технических систем наводных кораблей и подводных лодок
- 26.05.05: Судовождение
- 26.05.06: Эксплуатация судовых энергетических установок
- 26.05.07: Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА Иванов И.М. ОСНОВЫ РАДИОТЕХНИКИ Учебное пособие Альтаир–МГАВТ МГАВТ 2015
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА Иванов И.М. ОСНОВЫ РАДИОТЕХНИКИ Учебное пособие Альтаир–МГАВТ МГАВТ 2015
УДК 621.369.932.1 Иванов И.М. Основы радиотехники. Учебное пособие. Альтаир– МГАВТ,— М.: 2015,— 148 с. Разработанно в соответствии с рабочей программой, утвержденной деканатом факультета ‘судовождение и эксплуатация флота’, рассмотренно и рекомендованно к использованию в учебном процессе на заседании кафедры ”УС и ТСС ”. Рассмотрены основы радиотехники и радиосвязи, принципы работы приемопередающих устройств, импульсной радиотехники. Учебное пособие преднозначенно для студентов обучающихся по специальности 180402.05 “судовождение” Рецезенты: д.т.н Кубрин С. С., к.т.н доцент, декан факультета “судовождение и эксплуатации флота” Бойков А.В. Рекомендованно к Изданию Учебно-методическим советом МГАВТ. Рассмотренно и рекомендованно к использованию в учебном процессе на заседании кафедры (протокол №4 от 24 апреля 2014) Ответственность за оформление и содержание передаваемых в печать несут авторы и кафедры академии, выпускающие учебнометодические материалы. © МГАВТ 2015 © Иванов И.М. 2015
ОГЛАВЛЕНИЕ 1. Длина радиоволн, деление радиоволн на диапазоны . . . . . . 6 1.1 Диапазоны радиочастот и длин радиоволн . . . . . . . . . . 6 1.2 Распространение радиоволн . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2. Особенности распространения радиоволн. Общие положения . . 12 2.1 Особенности распространения сверхдлинных и длинных волн . 16 2.2 Особенности распространения средних волн . . . . . . . . . 17 2.3 Особенности распространения коротких волн . . . . . . . . 18 2.4 Особенности распространение УКВ . . . . . . . . . . . . . 19 2.5 Помехи при радиоприеме и борьба с ними . . . . . . . . . . 21 3. Модуляция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 3.1 Амплитудная модуляция . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 3.2 Частотная модуляция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3.3 Фазовая модуляция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 4. Колебательный контур . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 4.1 Свободные электрические колебания . . . . . . . . . . . . 29 4.2 Амплитуда и частота колебательного контура . . . . . . . . 31 4.3 Затухающие и не затухающие колебания . . . . . . . . . . . 33 4.4 Вынужденные колебания и резонанс . . . . . . . . . . . . 33 5. Резонанс напряжения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 5.1 Резонанс токов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 5.2 Полоса пропускания контура . . . . . . . . . . . . . . . . 35 6. Связанные контуры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 6.1 Индуктивная связь . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 6.2 Емкостная связь . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
7. Фидерное устройство . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
7.1 Физическая сущность передачи энергии вдоль двухпроводной
линии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
7.2 Отражение волн в линии . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
7.3 Входное сопротивление линии . . . . . . . . . . . . . . . 50
7.4 Входное сопротивление линии . . . . . . . . . . . . . . . 53
8. Волноводы. Объемные резонаторы . . . . . . . . . . . . . . 55
8.1 Волноводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
8.2 Объемные резонаторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
9. Антенны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
9.1Антенный открытый контур . . . . . . . . . . . . . . . . 59
9.2 Симметричный полуволновой вибратор . . . . . . . . . . . 64
9.3 Собственная частота и длина волны антенны . . . . . . . . . 67
9.4 Простейшие приемные антенны с заземлением . . . . . . . . 69
9.5 Судовые антенны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
9.6 Излучение и прием антенной электромагнитной энергии . . . 74
9.7 Основные параметры антенн . . . . . . . . . . . . . . . . 79
9.8 Классификация и типы антенн радиосвязи . . . . . . . . . . 81
10. Направленное действие одиночного вибратора и системы
нескольких вибраторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
11. Электровакуумные приборы . . . . . . . . . . . . . . . . 91
11.1 Назначение и классификация электровакуумных приборов . . 91
11.2 Устройство и принцип диода . . . . . . . . . . . . . . . 92
11.3 Устройство и принцип триода . . . . . . . . . . . . . . . 93
12. Полупроводниковые приборы . . . . . . . . . . . . . . . 96
12.1 Общие сведения о полупроводниковых приборах . . . . . . 96
12.2 Электронно-дырочная проводимость . . . . . . . . . . . . 98
12.3 Выпрямление переменного тока в электронно-дырочном
переходе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
12.4 Полупроводниковые диоды . . . . . . . . . . . . . . . . 105
13. Транзисторы и полупроводниковые триоды . . . . . . . . . 107
14. Радиоприемные устройства . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
14.1 Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
14.2 Радиоприемник прямого усиления . . . . . . . . . . . . . 114
14.3 Супергетеродинный радиоприемник . . . . . . . . . . . . 115
15. Входные цепи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
15.1 Усилители радиочастоты . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
15.2 Преобразователи радиочастоты . . . . . . . . . . . . . . 119
15.3 Усилители средней частоты . . . . . . . . . . . . . . . . 122
15.4 Детектирование усилителей средней частоты . . . . . . . . 123
15.5 Прием частотно модулированных сигналов . . . . . . . . . 124
16. Радиопередающие устройства . . . . . . . . . . . . . . . . 128
16.1 Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
16.2 Принцип работы и схемы генераторов с самовозбуждением
(автогенераторов) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
16.3 Стабилизация частоты автогенератора . . . . . . . . . . . 135
17. Выходные каскады передатчиков . . . . . . . . . . . . . . 138
17.1 Промежуточные каскады передатчиков . . . . . . . . . . . 139
17.2 Управление колебаниями передатчиков . . . . . . . . . . . 140
17.3 Клистронный генератор . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
1. ДЛИНА РАДИОВОЛН, ДЕЛЕНИЕ РАДИОВОЛН НА ДИАПАЗОНЫ Радиоизлуче́ние (радиово́лны, радиочастоты) — электромагнитное излучение с длинами волн 5·10−5–1010 метров и частотами, соответственно, от 6·1012 Гц и до нескольких Гц. Радиоволны используются при передаче данных в радиосетях. Электромагнитные волны с длиной волны > 500 мкм (частотой < 6*10 в 12-ой гц). Р. Имеют многообразное применение: Радиовещание, Радиотелефонная связь, Телевидение, Радиолокация, Радиометеорология и др. Во всех перечисленных случаях Р. Являются средством передачи на расстояние без проводов той или иной информации: речи, телеграфных сигналов, изображения. Р. Используются для определения направления и расстояния до различных объектов (радиодальномер), для получения сведений о строении верхних слоев атмосферы, Солнца, планет и т.п. Радиоволны создаются с помощью переменного тока высокой частоты, поступающие в антенну, и их принято различать по частоте и длине волны. Частота радиоволн зависит от частоты переменного тока в передающей антенне, излучающей эти волны. Ее обозначают буквой f и измеряют в герцах (1 Гц — одно колебание в секунду), а также в килогерцах (1 кГц = 103 Гц), в мегагерцах (1 МГц = 106 Гц) или в гигагерцах (1 ГГц = 109 Гц). Длинна волны — это расстояние, проходимое волной за время, равное одному периоду, т.е. за время одного колебания тока в антенне. Длинна радиоволн обозначается буквой и измеряется в метрах. Радиоволны распространяются со скоростью с и за время Т, равное одному периоду, пройдет путь =сТ Учитывая, что Т=1/f, получим =с/f 1.1 Диапазоны радиочастот и длинна радиоволн Радиочастоты — частоты или полосы частот в диапазоне 3 кГц — 3000 ГГц, которым присвоены условные наименования. Этот диапазон соответствует частоте переменного тока электрических сигналов для вырабатывания и обнаружения радиоволн. Так как большая часть диапазона лежит за границами волн, которые могут быть получены при механической вибрации, радиочастоты обычно относятся к электромагнитным колебаниям. Закон РФ «О связи» устанавливает следующие понятия, относящиеся к радиочастотам:
радиочастотный спектр — совокупность радиочастот в установленных Международным союзом электросвязи пределах, которые могут быть использованы для функционирования радиоэлектронных средств или высокочастотных устройств; радиочастота — частота электромагнитных колебаний, устанавливаемая для обозначения единичной составляющей радиочастотного спектра; распределение полос радиочастот — определение предназначения полос радиочастот посредством записей в Таблице распределения полос радиочастот между радиослужбами Российской Федерации, на основании которых выдается разрешение на использование конкретной полосы радиочастот, а также устанавливаются условия такого использования. Использование диапазонов по радиослужбам регламентируется Регламентом радиосвязи Российской Федерации и международными соглашениями. По регламенту радиоволны разделены на диапазоны от 0.3*10N Гц до 3*10N Гц, где N — номер диапазона. Российский ГОСТ 24375-80 почти полностью повторяет эту классификацию. Обозн-е МСЭ Длины волн Название волн Диапазон частот Название частот Энергия фотона, эВ, E=h\nu Применен. ELF 100 Мм – 10 Мм Декамегамет ровые 3–30 Гц Крайне низкие (КНЧ) 12.4 фэВ – 124 фэВ Связь с подводными лодками, геофизические исследования SLF 10 Мм – 1 Мм Мегаметров ые 30–300 Гц Сверхнизк ие (СНЧ) 124 фэВ – 1,24 пэВ Связь с подводными лодками, геофизические исследования ULF 1000 км – 100 км Гектокилом етровые 300–3000 Гц Инфранизк ие (ИНЧ) 1,24 пэВ – 12,4 пэВ VLF 100 км – 10 км Мириаметро вые 3–30 кГц Очень низкие (ОНЧ) 12,4 пэВ – 124 пэВ Связь с подводными лодками LF 10 км – 1 км Километров ые 30–300 кГц Низкие (НЧ) 124 пэВ – 1,24 нэВ Радиовещание, радиосвязь MF 1000 м – 100 м Гектометров ые 300–3000 кГц Средние (СЧ) 1,24 нэВ – 12,4 нэВ Радиовещание, радиосвязь HF 100 м – 10 м Декаметров ые 3–30 МГц Высокие (ВЧ) 12,4 нэВ – 124 нэВ Радиовещание, радиосвязь, рации
VHF 10 м – 1 м Метровые волны 30–300 МГц Очень высокие (ОВЧ) 124 нэВ – 1,24 мкэВ Телевидение, радиовещание, радиосвязь, рации UHF 1000 мм – 100 мм Дециметров ые 300–3000 МГц Ультравыс окие (УВЧ) 1,24 мкэВ –12,4 мкэВ Телевидение, радиосвязь, Мобильные телефоны, рации, микроволновые печи SHF 100 мм – 10 мм Сантиметро вые 3–30 ГГц Сверхвысо кие (СВЧ) 12,4 мкэВ – 124 мкэВ Радиолокация, интернет, спутниковое телевидение, радиосвязь, Беспроводные компьютерные сети, спутниковая навигация EHF 10 мм – 1 мм Миллиметро вые 30–300 ГГц Крайне высокие (КВЧ) 124 мкэВ – 1,24 мэВ Радиоастроном ия, высокоскорост ная радиорелейная связь, метеорологиче ские радиолокаторы, медицина THF 1 мм – 0,1 мм Децимиллим етровые 300–3000 ГГц Гипервысо кие частоты, длинновол новая область инфракрас ного излучения 1,24 мэВ – 12,4 мэВ Экспериментал ьная «терагерцовая камера», регистрирующа я изображение в длинноволново м ИК (которое излучается теплокровными организмами, но, в отличие от более коротковолнов ого ИК, не задерживается диэлектрическ
ими материалами).
1.2 Распространение радиоволн Мириаметровые и километровые волны Диапазоны частот от 3 до 30 кГц — очень низкие частоты (ОНЧ) и от 30 до 300 кГц — низкие частоты (НЧ). Поверхностная волна обладает ярко выраженной способностью к дифракции и обеспечивает устойчивую надежную радиосвязь на больших расстояниях при использовании сложных и дорогих антенно-мачтовых сооружений. На расстоянии до 400 км распространение происходит только с помощью поверхностной волны, до 3000 км — с помощью поверхностной и пространственной волн, свыше 3000 км — только с помощью пространственной волны. Используются для радиовещания и радионавигации. Основной источник помех — атмосферные разряды. Диапазон мириаметровых волн используется, как правило, для радиосвязи под водой. Гектометровые волны. Диапазон частот от 300 кГц до 3 МГц — средние частоты (СЧ). Способность поверхностной волны к дифракции выражена слабее, чем на километровых волнах. В дневное время гектометровые волны распространяются только в виде поверхностной волны на расстояние до 300 … 500 км над сушей и до 800 … 1000 км над морем, а ночью-с виде поверхностных и пространственных волн на расстояние до 4000 км. Используются для служебной и любительской связи, а также для радиовещания. Декаметровые (короткие) волны. Диапазон частот от 3 до 30 МГц — высокие частоты (ВЧ). Основной диапазон, используемый для любительской и профессиональной радиосвязи на расстояния в несколько тысяч и десятков тысяч километров. Радиосвязь на декаметровых волнах проводится только с помощью пространственных волн, так как поверхностные волны в этом диапазоне имеют слабую способность к дифракции и кривизну земного шара практически не огибают. Обычно в дневное время для связи применяют «дневные» волны (от 10 до 20 м), а ночью, когда ионизация становится более слабой,— «ночные» волны (от 35 до 70 м). Связь на декаметровых волнах часто нарушается из-за глубоких замираний сигнала. Причины замираний — изменения разности фаз лучей, пришедших в точку приема по разным путям (интерференционные замирания с периодом несколько секунд); поворот плоскости поляризации вследствие двойного лучепреломления в ионосфере (поляризационные замирания); повышенное затухание в слое Д в периоды максимума солнечной активности вплоть до полного поглощения пространственной волны (длительность замирания до 60 мин); исчезновение слоя Р2 в высоких широтах и снижение МПЧ в средних широтах из-за корпускулярного излучения Солнца (внешние признаки появление полярных сияний, длительность нарушений связи несколько дней). Меры борьбы с интерференционными и поляризационными замираниями — прием на разнесенные антенны и на разнесенных частотах, применение глубокой АРУ
в приемниках, а при замираниях из-за корпускулярного излучения Солнца переход на более низкие частоты. При связи на декаметровых волнах возможно появление «зоны молчания» в виде кольцевой области, которая заключена между радиусом действия поверхностной волны и расстоянием, на котором появляется отраженная от ионосферы пространственная волна. Качество дальней связи на верхнем уровне диапазона частот может ухудшаться также из-за того, что в точку приема кроме основного сигнала приходит с большим временным сдвигом (до 0,1 с) второй сигнал, прошедший более длинный путь по дуге большого круга (кругосветное эхо). Микроволновые диапазоны Включают в себя метровые волны (очень высокие частоты, ОВЧ, 30…300 МГц), дециметровые волны (ультравысокие частоты, УВЧ, 300…3000 МГц), сантиметровые волны (сверхвысокие частоты, СВЧ, 3…30 ГГц), миллиметровые волны (крайне высокие частоты, КВЧ, 30…300 ГГц), децимиллиметровые волны (300…3000 ГГц). Радиоволны микроволновых диапазонов распространяются только с помощью поверхностной волны, так как в этих диапазонах пространственные волны от ионосферы не отражаются. Поскольку дифракция поверхностной волны в этих диапазонах почти не проявляется, распространение радиоволн происходит только в пределах прямой видимости. На метровых волнах благодаря незначительной дифракции дальность приема может быть несколько больше, чем дальность прямой видимости, однако в зоне дифракции (зона полутени и тени) напряженность поля убывает очень быстро, прием телевизионных передач становится нестабильным и неустойчивым. На метровых волнах наблюдаются отдельные случаи дальнего и сверхдальнего приема телевизионных передач вследствие рассеяния радиоволн на неоднородностях атмосферы и отражения радиоволн от областей ионосферы с повышенной ионизацией. На дециметровых волнах дифракция практически отсутствует, и дальность приема не превышает дальности прямой видимости. Случаи дальнего и сверхдальнего приема телевизионных передач на дециметровых волнах связывают с образованием атмосферных волноводов над тропическими морями при аномальном состоянии атмосферы (суперрефракция). Дальность распространения метровых и дециметровых волн практически не зависит от метеоусловий.
Сантиметровые и миллиметровые волны также распространяются в пределах прямой видимости, однако дальность их распространения существенно зависит от метеоусловий. Поглощение сантиметровых волн во влажном воздухе составляет 0,01 дБ/км, на частоте 24 ГГц наблюдается резонансное поглощение в водяном паре (0,2 дБ/км), на частоте 60 ГГц в кислороде (13 дБ/км). Поглощение и рассеяние происходит во время дождя от 0,1 до 10 дБ/км в зависимости от интенсивности дождя. Микроволновые диапазоны используются для профессиональной и любительской связи, радиолокации, передачи телевизионных программ и УКВ-ЧМ вещания. В этих диапазонах работают спутниковые системы связи и радиорелейные линии.