|
| |
|
Слаботочка Книги особенности радиотехнологии Радиотехника - обширная область науки и техники, основным содержанием которой является передача и прием информации при помощи электромагнитных волн. В настоящее время существует много отраслей радиотехники. Они различаются видом передаваемой информации; например, радиотелеграфии соответствует передача информации в виде условных телеграфных сигналов, радиотелефонии и радиовещанию - в виде звуковых сигналов, телевидению - движущихся изображений, радиолокации - координат объектов, радиоастрономии - данных об естественных космических телах и т. п. Под информацией понимается совокупность сообщений о каком-либо процессе, состоянии предмета (объекта), его положении в пространстве и т. д. Сообщения могут быть непрерывными или прерывистыми (дискретными), они могут иметь характер звуковых колебаний, телеграфного кода, неподвижных или подвижных изображений, данных о координатах объекта и т. п. Чтобы передать информацию электрическим способом, нужно: а) на передающем пункте преобразовать сообщение в электрический сигнал, который будем кратко называть сигналом; б) иметь линию связи между передающим и приемным пунктами для передачи полученного сигнала; в) на приемном пункте осуществить обратное превращение сигнала в сообщение. Все эти преобразования должны происходить таким образом, чтобы сигнал и сообщение как можно полнее соответствовали друг другу. Тогда информация будет воспроизводиться правильно. Характер электрического сигнала определяется изменением во времени напряжения, тока, напряженностей электрического и магнитного полей. Эти изменения по каким-то признакам должны отражать передаваемые сообщения. Одновременно с сообщением сигналы переносят электромагнитную энергию, которая обычно невелика.ЧЗднако сигналы позволяют управлять мощными источниками энергии, и тогда их энергетическое воздействие становится весьма значительным. Для линии радиосвязи характерно, что по ней передается сигнал в виде переменных электрического и магнитного полей, которые совместно излучаются, а затем распространяются в пространстве. Совокупность этих полей образует электромагнитные волны. В чем же основные особенности радиотехники? Чем, например, отличается радиосвязь от проводной связи? Чтобы ответить на эти вопросы, рассмотрим, как совершается переход от телефонной связи к радиотелефонии. Угольный Лембрана порошок , / Графитовая колодка  Рис. 0.1. Схема телефонной связи и ее элементы (а), форма тока в линии связи (б). Простейшая схема телефонной связи (рис. 0.1, а) состоит из микрофона Л1, источника постоянного напряжения [/о, двухпроводной линии Лн и телефона Т. Временная диаграмма тока в телефонной линии показана на рис. 0.1, б. До появления звуковых колебаний перед микрофоном (/ о) сопротивление цепи постоянно, поэтому ток в цепи не изменяется (г = /о) и мембрана телефона неподвижна. Начиная zt - t колебания воздуха, вызванные звуками, сообщаются мембране микрофона, угольный порошок микрофона то уплотняется, то разрыхляется, сопротивление порошка изменяется в такт со звуковыми колебаниями и соответственно изменяется токг. Так как этот ток проходит по обмотке электромагнита телефона, то мембрана телефона совершает механические колебания, которые и воспроизводят переданные звуки. Полученный ток i является электрическим сигналом, который отображает передаваемое сообщение. Если это сообщение - звук чистого тона, то сигнал должен изменяться по синусоидальному закону согласно уравнению = /о 4- Im sin - o) = /о + /ш sin 2TiF (t - g, где i - ток в момент времени / > /о (мгновенное значение тока); /о - ток при отсутствии звукового сообщения; /; - амплитуда переменной составляющей тока; F - частота звукового сообщения; Q = 2лр - угловая (круговая) частота звукового сообщения; 0 - время начала звукового сообщения. Чем громче звук, тем больше изменяется давление на угольный порошок микрофона и тем больше амплитуда переменной составляющей тока. Чем выше тон звука, тем чаще совершаются колебания воздуха и мембраны микрофона, тем больше частота сигнала F. Человеческое ухо реагирует на звуковые колебания, частота которых находится в пределах от f н = 16 гц до f макс = (16 20) кгц. Перейдем к радиотелефонии, т. е. к передаче звуковых сообщений с помощью электромагнитных волн. В качестве промежуточного этапа рассмотрим схему, состоящую из двух цепей (рис. 0.2): передающей, которая содержит источник постоянного напряжения Uq, микрофон М и индуктивность 1прд, и приемной, которая содержит индуктивность Lnp и телефон Т. Цепи связаны магнитным полем, охватывающим обе катушки индуктивности. Ток передающей цепи пульсирует согласно звуковым колебаниям. Соответственно изменяется магнитное поле тока. Переменная составляющая поля индуктирует э. д. с. в приемной цепи и вызывает в ней ток звуковой частоты, который воздействует на телефон. Казалось бы, таким способом можно осуществить беспроводную связь. В действительности это невозможно. Согласно закону Био - Савара напряженность магнитного поля, вызванного постоянным или медленно изменяющимся током, обратно пропорциональна квадрату расстояния г от проводника с током. Если учесть, что энергия поля пропорциональна квадрату напряженности, то станет ясным, что в рассматриваемой системе плотность энергии убывает пропорционально четвертой степени от расстояния г1 В таких условиях только при малом расстоянии и сильной связи между цепями можно рассчитывать на получение интенсивных колебаний мембраны телефона. Иные соотношения получаются при передаче сигналов с помощью свободного переменного электромагнитного поля - электромагнитных волн. Представим себе, что нами получены свободные электромагнитные поля, т. е. такие, которые непрерывно удаляются от возбудившего их источника и обратно к нему не возвращаются. Пусть возбудитель излучает электромагнитные волны мощностью Ps- Если пренебречь поглощением электромагнитной энергии в окружающей среде, то можно утверждать, что вся излучаемая энергия пройдет через сферу, в центре которой находится излучатель. При радиусе сферы г поверхность ее равна 4яг, а плотность потока мощности, [1] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 |