Введение. 
Основы радиоэлектроники

Передача информации в пространстве с помощью радиоволн осуществлялась со времени изобретения радио в конце XIX в. В настоящее время интерес к радиосвязи возрос в связи с тенденцией отказа от проводов. Появился модный термин «беспроводная связь» (tireless), что является синонимом «радиосвязь».

Передают обычно речь, музыку, тексты, изображение и др. Эту информацию преобразуют в видеосигнал, т. е. зависимость тока или напряжения от времени. Видеосигнал может быть аналоговым, как в имеющихся и отживающих системах, либо цифровым — в новейших системах. В последнем случае аналоговый сигнал преобразуется в поток цифр, как правило, записанных в двоичном виде.

С этой целью осуществляется квантование аналогового видеосигнала по времени и уровню. В результате каждому дискретному моменту времени ставится в соответствие ближайший цифровой уровень. Поток цифр посредством импульсно-кодовой модуляции преобразуется в двоичный вид. В конечном итоге передаче подлежит поток единиц и нулей, представляющих собой начальную информацию.

Спектр видеосигнала, в какой бы форме он ни был представлен — аналоговой или цифровой, — содержит весьма низкие частоты порядка герц и килогерц. Такие частоты бесполезно излучать в пространство, поскольку, как это будет показано в дальнейшем, антенна излучает только в том случае, когда ее размеры соизмеримы с длиной излучаемой волны или превышают ее.

Необходимо переместить спектр видеосигнала по оси частот вверх в тот диапазон, частоты которого эффективно излучаются. С этой целью необходимо осуществить две операции:

• 1) создать высокочастотное электромагнитное поле;
• 2) преобразовать видеосигнал в радиосигнал путем модуляции видеосигналом высокочастотных колебаний.

Эти операции выполняются в передатчике радиосистемы. Высокочастотные электромагнитные колебания называют несущими, поскольку они переносят информацию.

Ширину излучаемого спектра стремятся ограничить, с тем чтобы не создавать помехи другим станциям. С целью ограничения спектра видеосигнал подвергают специальной обработке — фильтрованию и кодированию.

В соответствии с основными функциями, выполняемыми передатчиком, его обобщенная схема приведена на рис. В.1.

Рис. В.1. Обобщенная схема радиопередатчика.

В приемную антенну радиосигнал поступает весьма ослабленным. Кроме него в антенне имеются помехи, обусловленные внешними наводками либо собственными шумами приемника, а также сигналы других радиостанций. Задача приемника состоит в том, чтобы, во-первых, выделить полезный радиосигнал из помех и, во-вторых, извлечь из принятого сигнала переданную информацию. Выделение радиосигнала осуществляется фильтрованием, извлечение информации — демодуляцией.

Успешно отфильтровать помехи и мешающие сигналы можно в том случае, когда частота полезного сигнала невелика. С этой целью в приемниках предусмотрено понижение принятой несущей частоты до некоторой промежуточной, на которой и осуществляется основная фильтрация. Типичная блок-схема радиоприемника приведена на рис. В.2.

Рис. В.2. Блок-схема радиоприемника.

Преселектором является предварительный фильтр, настроенный на частоту полезного сигнала и устраняющий перегрузку усилителя высокой частоты (УВЧ). В схеме имеется преобразователь частоты, состоящий из смесителя и высокочастотного генератора, называемого гетеродином. На выходе преобразователя стоит фильтр, выделяющий промежуточную частоту и отфильтровывающий все мешающие сигналы.

Усиление слабых сигналов осуществляется на трех частотах: высокой — усилитель высокой частоты (УВЧ), промежуточной — усилитель промежуточной частоты (УПЧ) и низкой — усилитель низкой частоты (УНЧ), где усиливается выделенный видеосигнал. В результате удается достигнуть весьма высокого усиления — от микровольт на входе до единиц вольт на выходе.

Оконечным устройством в приемнике могут быть динамический громкоговоритель, наушники, цифровое устройство, экран и др.

В радиосистемах связи осуществляются следующие основные операции:

• — генерирование электромагнитных колебаний несущей частоты;
• — обработка видеосигнала;
• — модуляция колебаний несущей частоты видеосигналом, т. е. образование радиосигнала;
• — усиление мощности радиосигнала;
• — преобразование частоты;
• — демодуляция.

В настоящем пособии рассмотрены эти процессы. Существенное внимание уделено радиоволнам, их формированию, распространению и излучению.

В результате изучения материала, студент должен освоить:

трудовые действия владения навыком проектирования систем радиосвязи;

необходимые умения проводить анализ физических процессов, происходящих в устройствах радиосвязи;

необходимые знания математических программ для решения инженерных задач расчёта и моделирования.