Схемотехника радиотехнических устройств
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Схемотехника. Общие вопросы
Издательство:
Инфра-Инженерия
Автор:
Галочкин Владимир Андреевич
Год издания: 2023
Кол-во страниц: 332
Дополнительно
Вид издания:
Учебник
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-9729-1470-8
Артикул: 815542.01.99
Рассмотрены основные вопросы организации и построения систем и линий радиосвязи, радиовещания и телевидения, сотовые сети радиосвязи стандарта GSM, радиосвязь через Интернет, системы GPS и ГЛОНАСС, беспроводная локальная сеть Wi-Fi, стандарты беспроводных сетей Bluetooth, принципы радиолокации. Исследуются принципы построения и схемотехника базовых узлов радиотехнических устройств: входных цепей, усилителей радиочастоты, амплитудных, частотных и фазовых детекторов, усилителей низкой частоты, систем авторегулирования усиления, систем автоматической подстройки частоты и др. Приведены примеры расчетов устройств, а также примеры их схемотехнического компьютерного моделирования. Для студентов телекоммуникационных и радиотехнических специальностей дневной и заочной формы обучения, а также для инженерно-технических работников, изучающих электронику и схемотехнику.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 11.03.01: Радиотехника
- 11.03.04: Электроника и наноэлектроника
- ВО - Специалитет
- 10.05.02: Информационная безопасность телекоммуникационных систем
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
В. А. Галочкин СХЕМОТЕХНИКА РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ Учебник Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023
УДК 621.38
ББК 32.844.1
Г16
Рецензенты:
д. т. н., профессор А. И. Тяжев (Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики (ПГУТИ), г. Самара);
к. т. н., с. н. с. А. М. Плотников (Российский научно-исследовательский институт радио им. Кривошеева (НИИР), г. Москва - Самарское отделение НИИ радио (СОНИИР) г. Самара)
Галочкин, В. А.
Г16 Схемотехника радиотехнических устройств : учебник / В. А. Галочкин. -Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. - 332 с. : ил., табл.
ISBN 978-5-9729-1470-8
Рассмотрены основные вопросы организации и построения систем и линий радиосвязи, радиовещания и телевидения, сотовые сети радиосвязи стандарта GSM, радиосвязь через Интернет, системы GPS и ГЛОНАСС, беспроводная локальная сеть Wi-Fi, стандарты беспроводных сетей Bluetooth, принципы радиолокации. Исследуются принципы построения и схемотехника базовых узлов радиотехнических устройств: входных цепей, усилителей радиочастоты, амплитудных, частотных и фазовых детекторов, усилителей низкой частоты, систем авторегулирования усиления, систем автоматической подстройки частоты и др. Приведены примеры расчетов устройств, а также примеры их схемотехнического компьютерного моделирования.
Для студентов телекоммуникационных и радиотехнических специальностей дневной и заочной формы обучения, а также для инженерно-технических работников, изучающих электронику и схемотехнику.
УДК 621.38
ББК32.844.1
ISBN978-5-9729-1470-8
© Галочкин В. А., 2023
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
© Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
Три стадии признания научной истины: первая - «это абсурд», вторая - «в этом что-то есть», третья - «это общеизвестно».
Эрнест Резерфорд
Думать надо было на1и11 курсах, на III надо уже знать!
Из книги «Ученые шутят»
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие 11
Введение 14
РАЗДЕЛ I. РАДИОСВЯЗЬ. НАЗНАЧЕНИЕ.
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ
И ЛИНИЙ РАДИОСВЯЗИ 19
Тема 1. Общие принципы организации радиосвязи. Назначение, классификация, основные типы радиоприемных устройств 19
1.1. Системы радиосвязи, радиовещания и телевидения 19
1.2. Спутниковые системы радиосвязи для рынка информационных услуг для коллективных и индивидуальных пользователей 22
1.3. Сотовые сети радиосвязи стандарта GSM 23
1.4. Радиосвязь через Интернет 25
1.5. Системы GPS и ГЛОНАСС 27
1.6. Беспроводная локальная сеть Wi-Fi 28
1.7. Стандарт беспроводных сетей Bluetooth 31
1.8. Радиолокация [60] 34
1.9. Назначение, классификация и структурные схемы радиоприемных устройств 36
1.9.1. Назначение и классификация радиоприемных устройств 36
1.9.2. Структурные схемы радиоприемников 38
1.10. Основные типы радиоприемных устройств 42
1.10.1. Радиовещательные приемники 42
1.10.2. Магистральные приемные устройства 44
1.10.3. Приемники цифровых данных 48
1.10.4. Приемникисотовойсвязи 52
1.10.5. Радиолокационные приемники 54
Контрольные вопросы по разделу I 56
РАЗДЕЛ II. СХЕМОТЕХНИКА РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ
УСТРОЙСТВ. КАЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ.
ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ 57
Тема 2. Технические характеристики радиоприемных устройств 57
2.1. Чувствительность 57
2.2. Коэффициент шума и шумовая температура приемника 59
2.2.1. Определения коэффициента шума 59
4
2.2.2. Определение шумовой мощности, поступающей на вход приемника от антенны 62
2.2.3. Связь коэффициента шума приемника с параметрами его отдельных каскадов 63
2.2.4. Связь коэффициента шума и чувствительности 64
2.3. Селективность 65
2.4. Стабильность характеристик приемника 67
2.5. Искажения сигнала в приемнике. Динамический диапазон 68
Контрольные вопросы по теме 73
Тема 3. Схемотехника входных цепей радиоприемника 74
3.1. Назначение, структура и классификация входных цепей 74
3.2. Варианты схем входных цепей 76
3.2.1. Одноконтурная входная цепь с внешнеемкостной связью с антенной 76
3.2.2. Входная цепь с двухконтурным полосовым фильтром
и трансформаторной связью с антенной 76
3.2.3. Входная цепь с дискретным конденсатором 77
3.2.4. Входная цепь с варикапной настройкой 78
3.3. Примеры схем входных цепей 80
3.4. Способы перекрытия диапазона частот (особенности) 81
3.5. Коэффициент передачи, селективность и полоса пропускания одиночного колебательного контура входной цепи 83
3.6. Определение затухания и емкости, вносимых
в контур следующим каскадом 87
3.7. Входная цепь при связи с настроенной антенной 89
Контрольные вопросы по теме 91
Тема 4. Схемотехника резонансных усилителей радиочастоты 92
4.1. Назначение, классификация и требования
к резонансным усилителям 92
4.2. Варианты схем резонансных усилителей на невзаимных усилительных элементах 93
4.3. Эквивалентная схема невзаимного усилительного элемента 96
4.4. Анализ одноконтурного резонансного усилителя
с автотрансформаторным включением колебательного контура 98
4.5. Влияние внутренней обратной связи через усилительный
прибор на устойчивость работы резонансного усилителя 101
4.6. Способы повышения устойчивости усилителей 106
4.7. Полосовыеусилители 107
4.7.1. Двухкаскадный усилитель с одиночными взаимно расстроенными контурами (расстроенная пара) 107
4.7.2. Усилитель с двухконтурным полосовым фильтром 110
5
4.8. Усилитель с электромеханическим фильтром 111
4.9. Усилитель с кварцевым фильтром 112
4.10. Усилитель с фильтром на поверхностных
акустических волнах 113
Контрольные вопросы по теме 115
Тема 5. Схемотехника преобразователей частоты 115
5.1. Назначение, основные требования
и классификация преобразователей частоты 115
5.2. Варианты схем преобразователей частоты 119
5.3. Частотная характеристика ПЧ 124
5.4. Свисты в преобразователях 125
5.5. Одноручечная настройка приемника. Сопряженная настройка 126
Контрольные вопросы по теме 129
Тема 6. Схемотехника амплитудных детекторов 130
6.1. Назначение амплитудных детекторов 130
6.2. Диодные амплитудные детекторы 132
6.3. Последовательный амплитудный диодный детектор
в режиме детектирования сильного сигнала 135
6.4. Эмиттерный детектор 139
6.5. Диодный детектор с удвоением напряжения 140
6.6. Синхронный амплитудный детектор
на операционном усилителе 141
6.7. Входное сопротивление последовательного диодного АД 142
6.8. Параллельный диодный детектор 144
6.9. Нелинейные искажения при детектировании АМ колебаний 145
6.9.1. Искажения из-за нелинейности ВАХ 145
6.9.2. Искажения из-за большой постоянной времени нагрузки 145
6.9.3. Искажения из-за соизмеримости частоты модуляции F
и частоты несущей 146
6.9.4. Искажения из-за разделительного конденсатора 147
6.9.5. Искажения, обусловленные различием сопротивлений нагрузки амплитудного детектора по постоянному
и переменному току 148
6.10. Работа амплитудного детектора при воздействии двух колебаний 149
6.11. Детектирование радиоимпульсов 152
6.12. Пиковыйдетектор 154
Контрольные вопросы по теме 156
Тема 7. Схемотехника амплитудных ограничителей 157
7.1. Амплитудные ограничители. Назначение. Виды ограничителей 157
7.2. Варианты построения амплитудных ограничителей 160
6
7.2.1. Амплитудный ограничитель с односторонним ограничением и переменной отсечкой 160
7.2.2. Двусторонний амплитудный ограничитель 162
Контрольные вопросы по теме 163
Тема 8. Схемотехника детекторов угловой (фазовой) модуляции 164
8.1. Аналоговые фазовые детекторы. Балансный диодный фазовый детектор 164
8.2. Кольцевой фазовый детектор 165
8.3. Ключевой фазовый детектор 167
Контрольные вопросы по теме 169
Тема 9. Схемотехника частотных детекторов 169
9.1. Назначение, основные характеристики частотных детекторов 169
9.2. Принципы частотного детектирования 171
9.2.1. Частотный детектор с использованием преобразователя частотно-модулированного сигнала в АЧМ сигнал 172
9.2.2. Частный детектор с использованием фазосдвигающейцепи 173
9.3. Варианты построения аналоговых частотных детекторов 176
9.3.1. Балансный детектор со связанными контурами 176
9.3.2. Балансный диодный частотный детектор с взаимно расстроеннымиконтурами 179
9.3.3. Дробный частотный детектор (детектор отношений) 181
9.3.4. Мультипликативный частотный детектор 187
Контрольные вопросы по теме 190
Тема 10. Схемотехника регулировок в радиоприемниках 191
10.1. Назначение и виды регулировок в РПУ 191
10.2. Принцип действия, классификация систем
автоматической регулировки усиления (АРУ) 191
10.3. Структурные электрические схемы АРУ 194
10.3.1.ОбратнаяАРУ 194
10.3.2. ПрямаяАРУ 195
10.3.3. Смешанная (комбинированная) АРУ 196
10.3.4. РежимнаяАРУ 196
10.4. Варианты схем электронных регуляторов усиления 198
10.4.1. Регулятор усиления на полевом транзисторе 198
10.4.2. Регулятор усиления на основе трехтранзисторного дифференциальногокаскада 199
10.4.3. Регулятор усиления изменением глубины отрицательной обратной связи 200
7
10.4.4. Регулятор усиления на операционном усилителе с дискретной коммутацией резисторов, включенных в цепь обратной связи 201
10.4.5. Регулятор усиления на основе делителя напряжения
с регулируемым коэффициентом усиления 201
10.5. Характеристика регулирования простой обратной АРУ 202
10.6. Регулировка полосы пропускания 204
10.7. Частотная автоматическая подстройка частоты 205
10.7.1. Классификация устройства автоматической подстройки 206
10.7.2. Характеристика регулирования системы АПЧ 211
10.8. Фазовая автоматическая автоподстройка частоты 217
10.8.1. Структурная схема додетекторного тракта приемника
с фазовой автоподстройкой частоты (ФАПЧ). Фазовый портрет 217
10.8.2. Характеристика регулирования системы ФАПЧ 219
Контрольные вопросы по теме 220
РАЗДЕЛ III. СХЕМОТЕХНИКА РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ. РАСЧЕТЫ 222
Тема 11. Расчеты базовых узлов радиоприемного устройства 222
11.1. Расчет входной цепи с внешнеемкостной связью с антенной 222
11.1.1. Исходные данные для расчетов и моделирования 222
11.1.2. Расчет величины резонансного коэффициента передачи входной цепи 224
11.1.3. Расчет резонансных характеристик 226
11.1.4. Расчет полосы пропускания контура 226
11.1.5. Расчет абсолютных расстроек контура при изменении емкости антенны 229
11.2. Расчет усилителя радиочастоты 230
11.2.1. Исходные данные. Выбор режима усилительных элементов 230
11.2.2. Расчёт основных элементов УРЧ 235
11.2.3. Определение коэффициент передачи УРЧ 238
11.3. Расчет преобразователя частоты 239
11.3.1. Выбор усилительных элементов и режимов их работы 239
11.3.2. Расчет смесителя 240
11.3.3. Расчет избирательности по соседнему каналу 242
11.3.4. Выбор схемы гетеродина и его расчет 245
11.4. Расчет частотного детектора 250
11.5. Расчет усилителя мощности звуковой частоты 253
8
11.5.1. Принципиальная схема и исходные данные для расчетов 253
11.5.2. Расчет режимов и элементов схемы 255
Контрольные вопросы по разделу III 268
РАЗДЕЛ IV. СХЕМОТЕХНИКА РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА
ТЕОРЕТИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ. МОДЕЛИРОВАНИЕ 270
Тема 12. Экспериментальные исследования базовых узлов и системы автоматической подстройки частоты радиоприемного устройства 270
12.1. Общие методические указания по выполнению экспериментального исследования
в системе «Elcktronics Workbench» (EWB) 270
12.2. Моделирование входной цепи 277
12.2.1. Определение величины резонансного коэффициента передачи входной цепи и его зависимости от частоты 277
12.2.2. Исследование характеристик резонансных контуров входной цепи 279
12.2.3. Определение полосы пропускания контура 280
12.2.4. Определение зависимости абсолютных расстроек контура входной цепи от изменения емкости эквивалента антенны 282
12.2.5. Измерение селективности по зеркальному каналу и по каналу промежуточной частоты резонансного контура входной цепи 282
12.3. Моделирование преобразователей частоты 283
12.3.1. Моделирование преобразователя частоты на основе аналогового перемножителя на дифференциальном каскаде 283
12.3.2. Моделирование преобразователя частоты на основе диодного кольцевого балансного смесителя 286
12.4. Моделирование частотных детекторов 289
12.4.1. Моделирование дробного частотного детектора (детектора отношений) 289
12.4.2. Моделирование мультипликативного частотного детектора (МЧД) 293
12.5. Моделирование системы автоматической подстройки частоты радиоприемного устройства 297
12.5.1. Краткое описание принципиальной схемы 297
12.5.2. Краткое описание структурной схемы 300
9
12.5.3. Проверка настройки гетеродина
и преобразователя частоты 303
12.5.4. Проверка настройки частотного детектора 305
12.5.5. Определение полос захвата и удержания АПЧ 305
12.5.6. Построение характеристики регулирования АПЧ 307
12.6. Моделирование усилителя радиочастоты 309
12.6.1. Принципиальная схема УРЧ и исходные данные 309
12.6.2. Порядок моделирования УРЧ 310
12.6.3. Анализ АЧХ усилителя 314
12.6.4 Анализ результатов моделирования 317
Контрольные вопросы по разделу II 318
Заключение. Перспективы развития радиотехнических устройств 319
Списоклитературы 321
..........
Список сокращении и обозначении 327
10
ПРЕДИСЛОВИЕ
Данная работа написана на основе тридцатилетнего опыта работы автора в НИИ по разработке, внедрению и эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры и более чем двадцатилетнего опыта преподавания радиотехнических дисциплин в вузах.
На основании анализа многолетней работы со студентами автором сделан акцент на основные вопросы, вызывающие трудности у студентов при освоении дисциплины по схемотехнике радиотехнических устройств - при выполнении проектных работ, лабораторных работ, при проведении практических занятий, при сдаче зачетов и экзаменов.
Автор считает, что до изучения дисциплины «Схемотехника» (любых направлении подготовки, в том числе и по радиотехнике) читателем уже освоены минимально необходимые (базовые) знания по электронике, изучены основы усиления сигналов, виды модуляции и др. Освоено умение использования прикладных программ и т. д.
Общие принципы построения и схемотехника электронных усилителей и устройств на базе усилителей, вопросы применения отрицательной обратной связи, схемотехника операционных усилителей, активных фильтров на их основе, схемотехника применения положительной обратной связи и, соответственно, построение генераторов, компараторов, а также схемотехника цифровых базовых элементов радиотехнических устройств рассмотрены автором в работах [1-11, 13-17].
В данной работе рассмотрены вопросы организации и построения систем и линий радиосвязи, радиовещания и телевидения, сотовые сети радиосвязи стандарта GSM, радиосвязь через Интернет, системы GPS и ГЛОНАСС, беспроводная локальная сеть Wi-Fi, стандарты беспроводных сетей Bluetooth, принципы радиолокации. Общим, наиболее распространенным, специфическим по назначению устройством в таких разделах радиотехники как радиосвязь, радиовещание, радиолокация, радионавигация, телевидение, мультимедийные и связные системы, системы радиоуправления, системы радиоэлектронной борьбы и т. д. являются радиоприемные устройства. Поэтому в данной работе исследуется схемотехника базовых элементов радиоприемных устройств, даны примеры расчетов и приведены примеры их схемотехнического компьютерного моделирования:
- входных цепей;
- усилителей радиои промежуточной частоты;
- преобразователей частоты;
- ограничителей;
- амплитудных и частотных детекторов;
11
- устройств автоматической регулировки усиления;
- устройств автоматической подстройки частоты.
Автор не ставил задачу дать подробные технические характеристики современных (уже разработанных или находящиеся на стадии освоения) или перспективных радиотехнических устройств. Рассматриваются только принципы их построения и функционирования.
Для каждого теоретического раздела приведены методические разработки по проведению расчетов, методические разработки по выполнению соответствующих лабораторных и практических работ [5-7, 14-17]. Такое изложение материала, по мнению автора, способствует лучшему освоению студентами основных положений теории.
Материалы, на базе которых написан данный учебник [18-21] успешно используются и при изучении других дисциплин. Лабораторные и практические работы по исследованию амплитудных и частотных детекторов, устройств автоматической регулировки усиления, систем автоматической подстройки частоты уже используются или могут быть использованы при изучении таких дисциплин, как «Основы теории управления», «Теория управления и радиоавтоматика», «Радиоавтоматика», «Технические средства автоматизации и управления», «Теория автоматического управления».
В данном учебнике анализ построения и работы основных узлов радиотехнических устройств предлагается выполнять путем моделирования с использованием прикладных программ «Elektronics Workbench (EWB) и «Multisim» [22, 53, 54]. Такое решение наиболее полно приближает образовательный процесс к удовлетворению требований ФГОС ВО.
При моделировании электронные схемы представляются математической моделью, под которой понимается система уравнений, описывающая процессы в схеме. Однако использование компьютеров при моделировании не освобождает студентов от анализа полученных материалов. Этот анализ, может быть, успешными только в том случае, если студент хорошо понимает физическую сущность процессов, происходящих в разрабатываемой схеме, и осознает технические ограничения ее реализации [23].
Небольшое замечание по вопросу изучения аналоговых и цифровых устройств.
Несмотря на доминирование цифровых электронных компонентов, процентная доля аналоговых устройств на рынке электроники составляет 20-25 %. Это означает, что квалифицированные специалисты по аналоговой схемотехнике будут востребованы еще многие годы.
Американские специалисты считают, что для выпускников вузов, решивших специализироваться в области аналоговой техники, необходим срок 5-10 лет, в то время как для аналогичного уровня освоения цифровой техники достаточно одного года [24]. С учетом выше приведенного заме
12
чания о сложности схемотехники и анализа аналоговых устройств, а также с учетом того, что схемотехника базовых цифровых устройств уже рассмотрена в других работах [1-17], в данной работе далее рассматриваются только аналоговые устройства.
Представленная работа предназначена для специалистов, магистров и бакалавров по телекоммуникационным направлениям подготовки: 11.03.01 «Радиотехника», 11.05.01 «Радиоэлектронные системы и комплексы», 11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», 11.05.02 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем», 09.03.01 «Информатика и вычислительная техника», 27.03.04 «Управление в технических системах» и др.
Автор выражает глубокую признательность доктору технических наук, профессору Анатолию Ивановичу Тяжеву, оказавшему большую поддержку на всем этапе совместной работы с ним на кафедре радиоприемных устройств ПГУТИ, а также за большую помощь по данной работе и тяжкий труд по ее рецензированию.
Автор выражает благодарность старшему научному сотруднику НИИР - СОНИИР (г. Самара), кандидату технических наук Александру Михайловичу Плотникову за важные замечания и большой труд по рецензированию данной работы.
13
ВВЕДЕНИЕ
В большой российской энциклопедии определяется, что радиотехника - это [25]:
- наука об электромагнитных колебаниях и волнах радиодиапазона (до 6-1012Гц), методах их генерации, излучения и приёма;
- отрасль техники, осуществляющая применение таких колебаний и волн для передачи информации.
Радиотехника охватывает такие разделы, как:
- генерирование и усиление электрических и электромагнитных колебаний,
- распространение радиоволн в свободном пространстве, в различных средах (ионосфере, почве) и направляющих системах (кабелях, волноводах),
- передача информации, преобразование и воспроизведение переданных сигналов,
- управление, регулирование и контроль с использованием радиотехнических методов.
Развитие радиотехники тесно связано с достижениями в области:
- радиофизики,
- электроники,
- физики твёрдого тела,
- теории колебаний,
- в электронном приборостроении, производстве источников электропитания, технике высокочастотных измерений и др.
Изучение законов распространения радиоволн коротковолнового диапазона позволило применить их для радиосвязи и радио- и телевещания.
Помимо телевизионного вещания телеаппаратура широко используется в различных системах дистанционного управления и контроля, для наблюдения за процессами, протекающими в условиях, недоступных для человека (космос, морские глубины, зоны повышенной радиации) и др.
Особыми разделами радиотехники являются радиолокация и радионавигация. Их развитие стало возможным благодаря созданию и совершенствованию электронных приборов и устройств, необходимых для генерации СВЧ-колебаний.
Потребности радиолокации стимулировали развитие квантовой электроники и криоэлектроники.
Методы радиотехники лежат в основе многих научных направлений. Примером может служить радиометеорология, изучающая влияние метеорологических процессов.
14
Возникновение радиоастрономии позволило создать средства для наблюдения небесных объектов на расстояниях, недоступных оптическим телескопам.
Радиотехнические методы и средства используют так же в ускорителях заряженных частиц, в радиоспектроскопах различного типа.
Благодаря развитию радиотехники возникла электроакустика, изучающая и реализующая практические процессы преобразования звука в электрические колебания и наоборот, разработаны различные системы звукозаписи и звуковоспроизведения.
Краткая история развития радиотехники, радиоэлектроники и нанотехнологий [26]
Радио возникло в результате фундаментальных открытий в области физики и электротехники.
М. Фарадей в 1821 г. обнаружил вращение магнита вокруг проводника с током и вращение проводника с током вокруг магнита.
В начале XIX века была создана наука об электромагнитных явлениях. Ее основой явилось открытие электромагнитного поля, связанное с именами трех выдающихся ученых: английского физика Майкла Фарадея (1791-1867 гг.), открывшего в 1831 г. явление электромагнитной индукции; английского физика Джеймса Максвелла (1831-1879 гг.), создавшего теорию электромагнитного поля (1865 г.); немецкого физика Генриха Герца, впервые экспериментально подтвердившего существование электромагнитных волн (1887 г.), описываемых теорией Максвелла.
Эти явления стали основой закона электромагнитной индукции. Через 15 лет Г. Герц экспериментально подтвердил теорию Максвелла. Опыт Герца предопределил появление радио.
В России твердо уверены, что радио изобрел российский ученый Александр Степанович Попов (1859-1905 гг.), на Западе пальму первенства отдают итальянцу Гульельмо Маркони (1874-1937 гг.).
День 7 мая отмечается в нашей стране как День Радио. Справедливости ради необходимо отметить, что впервые передал электрический сигнал на небольшое расстояние без проводов английский физик Оливер Лодж (1851-1940 гг.). Наряду с О. Лоджем пионером беспроводной связи является также Никола Тесла (1856-1943 гг.). В 1888 г. он продемонстрировал нью-йоркской публике радиоуправляемую модель лодки на озере «Мэдисон Сквер Гарден». Также следует отметить, что проект первой системы беспроводной связи с использованием колебаний низкой частоты был предложен в 1885 г. знаменитым американским изобретателем Томасом Эдисоном (1847-1931 гг.).
15
Эпоха радио для слушателей началась после изобретения американским инженером Луи де Форестом (1873-1961 гг.) трехэлектродной электронной лампы - триода.
За изобретение и развитие радио Г. Маркони в 35 лет (совместно с профессором из Страсбурга К. Брауном (1850-1918 гг.) в 1909 году была присуждена Нобелевская премия по физике (за работы по развитию беспроволочного телеграфа).
Развитие радиотехники непосредственно связано с созданием элементной базы, в частности, с разработкой электронных приборов для систем передачи информации на расстояние с помощью электромагнитных колебаний. Разработка в начале 50-х годов полупроводниковых приборов, а затем и интегральных микросхем позволила резко снизить массу и габаритные размеры РЭА при одновременном повышении ее надежности и значительном уменьшении энергопотребления. После создания в 1955 году молекулярного генератора началось развитие квантовой микроэлектроники и оптоэлектроники.
Важной элементной базой современной радиотехники являются устройства, построенные на основе акустоэлектроники. Это раздел акустики, на стыке акустики твердого тела, физики полупроводников и радиоэлектроники. Большую роль в его развитии сыграли отечественные академики Юрий Васильевич Гуляев (р. в 1935 г.) и Владислав Иванович Пусто-войт (р. в 1936 г.). Они впервые высказали идею использовать поверхностные акустические волны (ПАВ) для обработки сигналов и предложили базовую конструкцию на основе слоистой структуры пьезоэлектрик-полупроводник.
В настоящее время важное значение в жизни человеческого общества имеет электросвязь - передача сообщений (информации) с помощью электромагнитных колебаний. Совокупность оборудования для передачи/при-ема сигналов электросвязи и среды распространения этих сигналов называется телекоммуникационной системой.
Основы теории избирательности сигналов для систем подвижной электрической связи заложены в работах Д. В. Агеева (1911-1997 гг.).
Начиная с 40-х годов прошлого века много внимания было уделено борьбе с шумами, маскирующими и искажающими передаваемые сигналы. Значительную роль в решении этой проблемы сыграли А. Н. Колмогоров, Норберт Винер (США), А. Я. Хинчин, А. А. Харкевич, Д. Миддлтон (США, р. в 1920 г.), В. И. Сифоров, Ф. Вудворд, В. И. Тихонов, А. И. Берг, Ю. Б. Кобзарев, Ю. Г.Сосулин.
Рассмотрим кратко развитие радиотехники и радиоэлектроники во взаимосвязи с развитием электроники и нанотехнологий [27, 28].
16
- Немецкие физики Макс Кнолл и Эрнст Руска создали электронный микроскоп, который впервые позволил исследовать нанообъекты.
1959 - Американский физик Ричард Фейнман впервые опубликовал работу, где оценивались перспективы миниатюризации. Он научно доказал, что с точки зрения фундаментальных законов физики нет никаких препятствий к тому, чтобы создавать вещи прямо из атомов.
1981 - Германские физики Герд Бинниг и Генрих Рорер создали сканирующий туннельный микроскоп - прибор, позволяющий осуществлять воздействие на вещество на атомарном уровне. Через четыре года они получили Нобелевскую премию.
1998 - Голландский физик Сеез Деккер создал нанотранзистор.
2000 - Администрация США объявила: «Национальную нанотехнологическую инициативу» (National Nanotechnology Initiative).
Успехи в развитии нанотехнологий за последние годы можно характеризовать, например, перечнем нобелевских премий по химии, медицине, физиологии и физике.
По медицине и физиологии:
2003, Лотербер П., США, Мэнсфилд П., Великобритания. За разработку методов ядерно-магнитного резонанса (ЯМР) для сканирования внутренних органов человека.
По химии:
2000, Мак-Диамид А., США, Сиракава X., Япония, Сиракава X., США. За открытие электропроводящих полимеров, применяемых в электронных приборах (дисплеи), производстве кино- и видеопленки, стекол-«хамелео-нов» и др.
2016, Жан-Пьер Соваж, Франция, Джеймс Фрейзер Стоддарт, США, Бернард Феринг, Нидерланды. За проектирование и синтез молекулярных машин.
По физике:
2000, Ж. И. Алфёров, Россия, Г. Крёмер, Германия, Д. Килби, США. За разработку полупроводниковых гетероструктур, используемых в высокочастотных схемах и оптоэлектронике.
2000, Д. Килби, США. За участие в изобретении интегральной схемы.
2003, А. А. Абрикосов, США, В. Л. Гинзбург, Франция, Э. Леггетт, США. За пионерский вклад в теорию сверхпроводников и сверхтекучих жидкостей.
2005, Хенш Т. Германия, Холл Дж., США. За вклад в разработку прецизионной лазерной спектроскопии.
2007, Грюнберг П., Германия. За открытие «гигантского магнитного сопротивления», лежащего в основе технологий считывания и сортировки
17