Основные элементы системы радиосвязи

Радиосвязь - это способ передачи информации на расстояние с помощью электрических сигналов, которые излучаются в окружающее пространство в виде электромагнитных волн (радиоволн). Информация может быть представлена в различной форме: в виде цифровых данных, буквенного текста, звука, чертежа, рисунка, фотографического изображения и т. д. Форма представления передаваемой информации называется сообщением. Источником и получателем сообщений могут быть люди, а также различного рода аппаратура и приборы.

Для передачи сообщений от источника к потребителю организуется система связи. В обобщенном виде система связи представляет собой совокупность передающего устройства, линии и приемного устройства (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Обобщенная схема системы связи

Для передачи по радио или по проводным линиям сообщение преобразовывается передатчиком в сигнал.

Сигналом называется физическая величина, отражающая передаваемое сообщение и являющаяся его переносчиком. Сигнал не является передаваемым сообщением, а лишь отображает его.

В радиосвязи используются электрические сигналы в виде изменяющегося во времени тока, который, проходя по системе проводников, излучается в окружающее пространство в виде электромагнитных волн (радиоволн). Электрические сигналы, отображающие передаваемое сообщение (несущие информацию) и способные эффективно излучаться в окружающее пространство, принято называть радиосигналами.

Устройство, которое преобразует передаваемое сообщение в радиосигнал и излучает его в окружающее пространство в виде электромагнитных волн, называется радиопередающим устройством. В состав радиопередающего устройства входят оконечная передающая аппаратура, радиопередатчик и передающее антенно-фидерное устройство.

В общем случае процесс преобразования сообщения в радиосигнал осуществляется в три этапа:

– преобразование физической природы сообщения;

– кодирование;

– модуляция.

Преобразование физической природы сообщения заключается в преобразовании его из неэлектрической формы представления в электрический сигнал. Полученный при этом сигнал, как правило, является низкочастотным и называется первичным электрическим сигналом (ПЭС). Преобразование сообщения в ПЭС осуществляется до передатчика с помощью оконечных устройств (аппаратов). В зависимости от вида передаваемой информации оконечными устройствами могут быть: микрофон, телеграфный ключ или аппарат, передающая телевизионная камера, датчики телеметрических систем и т. д. В качестве примера преобразования физической природы сообщения можно привести преобразование звуковых колебаний, порождаемых голосовыми связками человека, в изменяющийся электрический ток, протекающий через микрофон.

Для более эффективной передачи первичного сигнала по линии связи его могут кодировать. Кодирование заключается в изменении структуры ПЭС (например, при преобразовании непрерывного первичного сигнала в дискретный).

Характерной особенностью первичных электрических сигналов является их низкочастотный характер. Спектры большинства ПЭС ограничены максимальной частотой, не превышающей единиц килогерц. Такие низкочастотные сигналы не могут эффективно излучаться в виде электромагнитных волн. Это объясняется тем, что для эффективного излучения в пространство геометрические размеры излучателей (передающих антенн) должны быть соизмеримы с длиной волны сигнала. Очевидно, что для низкочастотных сигналов потребовалось бы создать антенны с геометрическими размерами в десятки и даже сотни километров. Для повышения эффективности излучения малогабаритных антенных устройств необходимо уменьшать длину волны (увеличивать частоту) сигналов. По этой причине для осуществления радиосвязи первичные электрические сигналы преобразуются в высокочастотные сигналы (радиосигналы), которые эффективно излучаются в окружающее пространство антенными устройствами (излучателями), имеющими относительно небольшие геометрические размеры.

Процесс преобразования первичных электрических сигналов в радиосигналы осуществляется в радиопередатчике и называется модуляцией для непрерывных сигналов или манипуляцией для дискретных сигналов.

Сущность модуляции (манипуляции) заключается в воздействии первичного низкочастотного сигнала на один или несколько параметров (амплитуду, частоту, фазу) вспомогательного высокочастотного колебания таким образом, чтобы в изменениях этих параметров оказалась заложенной низкочастотная информация.

Сформированный в процессе модуляции (манипуляции) радиосигнал с помощью соединительной линии, называемой фидером, подводится к передающей антенне и излучается в виде электромагнитных волн.

Таким образом, любое радиопередающее устройство обеспечивает выполнение следующих трех основных функций.

1. Преобразование сообщения в первичный электрический сигнал, которое осуществляется оконечной передающей аппаратурой.

2.Преобразование первичного сигнала путем модуляции (манипуляции) в высокочастотный радиосигнал. Эту функцию выполняет собственно радиопередатчик.

3. Излучение сформированных радиосигналов в окружающее пространство в виде электромагнитных волн, осуществляемое передающим антенно-фидерным устройством (АФУ).

От передающего устройства к приемному сигналы передаются по линии связи. Линия связи представляет собой среду, в которой распространяются сигналы. Средой распространения сигнала могут быть зона свободного пространства (для радиосвязи) или проводные цепи. Основное назначение линии связи – перенос сигнала на требуемое расстояние по возможности без искажений. В линии всегда имеет место воздействие различных помех как внешних, так и внутриаппаратурных (вследствие несовершенства отдельных элементов в системе связи). В обобщенной схеме на рис. 1 все помехи объединены в один источник помех.

Радиоприемное устройство, в состав которого входят оконечная приемная аппаратура, радиоприемник и приемное антенно-фидерное устройство, предназначено для обратного преобразования сигнала в сообщение. Радиоприемное устройство выполняет три следующие основные функции.

1. Приемное антенно-фидерное устройство улавливает энергию электромагнитных волн и преобразует их в радиосигнал.

2. Радиоприемник производит выделение принимаемого радиосигнала из множества сигналов и помех, наводимых в антенне, и преобразует его в первичный низкочастотный сигнал необходимой мощности.

3. Оконечная приемная аппаратура (головные телефоны, динамик, телеграфный аппарат, приемная телевизионная трубка и т. д.) осуществляет преобразование первичного сигнала в сообщение такой физической природы, которая наиболее удобна для восприятия потребителем.

Для обеспечения двусторонней радиосвязи необходимо на каждом конце радиолинии иметь радиопередающее и радиоприемное устройства, которые часто конструктивно вместе с устройствами управления объединяются в единый комплекс – радиостанцию.