Реферат: Информация это совокупность сведений об окружающем нас мире

Основные понятия по передаче информации

Информация это совокупность сведений об окружающем нас мире. Эти сведения человек получает в процессе взаимодействия с окружающим миром, изучения различных явлений посредством книг, радио, телевидения и других средств общения. Всякий обмен информацией предполагает тот или иной язык, знаки которого и правила применения получателю и отправителю информации. Совокупность знаков содержащих некоторую информацию называют сообщением. Материальными носителями сообщений и следовательно информации может быть магнитная лента или диск с записями, бумага с текстом, механические колебания некоторой среды, колебания эл. тока и напряжения, электромагнитные волны, оптическое излучение и т.д. Все возможные носители сообщений называют сигналами в широком смысле.

Наиболее употребимыми сигналами являются колебания эл. тока и напряжения, э.м. волны и механические колебания упругой среды несущие сообщения. Если информация от некоторого источника воспринимается непосредственно органами чувств человека, то говорят о непосредственной передаче сообщения. Если же информация не может быть непосредственно воспринята органами чувств человека, то прибегают к преобразованию сообщения в некоторые сигналы. Таким образом, сигнал – это некоторый физический процесс, однозначно отображающий информацию и пригодный для передачи ее на расстояние. Общим свойством любых сигналов является информативность, которая определяется степенью новизны сообщения. Сигналы не несущие получателю новой информации не обладают для него информативностью.

Наибольшую информацию человек получает посредством зрения и слуха. Поэтому широко распространена передача информация с помощью световых и звуковых сигналов. Такие методы передачи информации называют прямыми. Однако эти методы обладают ограниченными возможностями из-за рассеяния и поглощения энергии световых и звуковых колебаний в пространстве и ограниченной чувствительностью органов чувств человека. Для передачи информации на большие расстояния применяются электрические и электромагнитные сигналы.

^ Классификация систем связи
По физической природе сигнала системы связи подразделяются на: 1) акустические 2) электрические 3) электромагнитные 4) оптические

По технической реализации системы связи подразделяются на: 1) телефонные 2 ) телеграфные 3) радиотехнические 4) телевизионные 5) спутниковые 6) волоконно-оптические 7) компьютерные 8) факсимильные

По направленности потока информации они могут быть: 1) односторонними 2) двусторонними 3) разветвленной сетью

По виду использования линий связи системы связи делятся на: 1) проводные 2) кабельные 3) радиоволновые 4) волоконно-оптические

По способу обработки информации системы связи делятся на: 1) аналоговые 2) цифровые

Радиосвязь ^ Радиоволновой диапазон и его классификация
В основе радиосвязи лежит использование для передачи информации э.м. волн (ЭМВ) свободно распространяющихся в пространстве. Скорость распространения ЭМВ обеспечивает практически мгновенную передачу различных сообщений на большие расстояния. Из всего спектра ЭМВ в радиосвязи используются э.м. волны частоты которых лежат в пределах от 3·103 до 3*1012 Гц. Если изобретатель радиосвязи Попов использовал радиоволны с λ=200-500м, то сейчас используется и оптический диапазон э.м. колебаний. Официально к радиоволнам относят э.м. волны с λ>5*10-5, т.е. с частотой ν<6*1012 Гц. Под длиной волны понимают расстояние, проходимое волной за один период колебания: λ=c*T=c/f, где c=3*108 м/c - скорость распространения э.м. волны. Согласно международному регламенту связи радиоволны разделены на 12 диапазонов. Столбцы в таблице – 1) f, Гц 2) λ, м 3) нумерация и наименование радиодиапазонов (международный регламент) 4) наименование частот (международный регламент) 5) Внерегламентные термины. Данные таблицы: 1-ая строка:

1) 3 2) 108 3) 1 декаметровый 4) крайне низкие (КНЧ) 5) сверхдлинные волны (СДВ) 2-ая строка: 1) 30 2) 10**7 3) 2 мегаметровый 4) сверхнизкие (СНЧ) 5) СДВ. 3-ая строка: 1) 300 2) 10**6 3) 3 Гектометровый 4) Инфранизкие (ИНЧ) 5) СДВ 4-ая строка: 1) 3*10**3 2) 10**5 3) 4 мериаметровый 4) очень низкие (ОНЧ) 5) СДВ 5-ая строка: 1) 3*10**4 2) 10**4 3) 5 километровый 4) низкие (НЧ) 5) длинные 6-ая строка: 1) 3*10**5 2) 10**3 3) 6 гектометровый 4) средние (СЧ) 5) средние (СВ) 7-ая строка: 1) 3*10**6 2) 10**2 3) 7 Гектометровый 4) высокие (ВЧ) 5) короткие (КВ) 8-ая строка: 1) 3*10**7 2) 10 3) 8 метровый 4) очень высокие (ОВЧ) 5) УКВ 9-ая строка: 1) 3*10**8 2) 1 3) 9 дециметровый 4) ультравысокие (УВЧ) 5) УКВ 10-ая строка: 1) 3*10**9 2) 10**-1 3) 10 сантиметровый 4) сверхвысокие (СВЧ) 5) УКВ 11-ая строка: 1) 3*10**10 2) 10**-2 3) 11 миллиметровый 4) крайневысокие (КВЧ) 5) УКВ 12-ая строка: 1) 3*10**11 2) 10**-3 3) 12 дециметровый 4) гипервысокие (ГВЧ) 5) субмиллиметровые волны 13-ая строка: 1) 3*10**12 2) 10**-4 3) Инфракрасные лучи 14-ая строка: 1) 3*10**13 2) 10**-5 3) инфракрасные лучи 15-ая строка: 1) 3*10**14 2) 10**-6 3) видимые лучи 16-ая строка: 1) 3*10**15 2) 10**-7 3) видимые и ультрафиолетовые лучи 17-ая строка: 1) 3*10**16 2) 10**-8 3) рентгеновские лучи 18-ая строка: 1) 3*10**17 2) 10**-9 3) рентгеновские лучи 19-ая строка: 1) 3*10**-18 2) 10**-10 3) рентгеновские лучи.

Деление радиоволн производится с учетом особенности получения и условий их распространения над земной поверхностью. Надо помнить, нет резкой границы между свойствами радиоволн лежащих в смежных диапазонах. Излучение и прием ЭМВ производится с помощью передающей и приемной антенн. В простейшем случае возбуждение радиоволн осуществляется в передающей антенне при протекании в ней тока высокой частоты. iA=Im*cos(ωt-φ). Γде Im- амплитуда тока; ω=2πf – частота колебаний; t – время; φ – нач. фаза.

При протекании такого тока в антенне происходит преобразование энергии колебания высокой частоты в энергию возбуждаемых в пространстве ЭМВ. Эффективность такого преобразования зависит от частоты питающего тока. Излучаемая мощность тем больше чем выше частота тока в антенне. Э.м. колебания оптического диапазона малой мощности возбуждается светодиодами, а средней и большей мощности с помощью оптических квантовых генераторов (лазеров).

^ Принцип передачи по радиоволновому каналу связи.
При передаче информации по радиолинии используется электрические сигналы. Физической величиной определяющей такой сигнал является ток или напряжение. Если сообщение не электрического происхождения то (например, текст), то оно предварительно преобразуется в электрический сигнал, который изменяется во времени по закону передаваемой информации. Электрические сигналы, содержащие информацию не передаются непосредственно по радиолинии, т.к. как правило, они низкочастотны и для их преобразования в ЭМВ, т.е. излучения нужны антенны значительных размеров. Для передачи низкочастотных сообщений используется косвенный метод. Он состоит в том, что ЭМВ возбуждаются в пространстве посредством высокочастотного тока: i(t)=cos(2πƒt-φ), один из параметров которого изменяется по закону передаваемого сообщения . Процесс управления одним из параметров высокочастотного тока называется модуляцией. В зависимости от того, каким из параметров осуществляется управление, различают амплитудную (АМ) частотную (ЧМ) и фазовую (ФМ) модуляцию. Низкочастотные сигналы несущие информацию использующиеся для модуляции высокочастотных называются управляющими. Сигналы, получившиеся в результате модуляции высокочастотных колебаний, называются радиосигналами. Радиосигналы формируются в радиопередающем устройстве. Приемное устройство обеспечивает и обработку сигнала, а также выделение переданного сообщения. Функциональная схема радиолинии имеет вид:



Осн. элементами р/передающего устройства является задающий ген-р, выраб-щий гармонич. колебания UЗГ=Umcos(ωНt), преобразующее устройство, преназнач. для преобразования сообщения в управ. напряжение Uу, изменяющееся по закону передаваемого сообщения. При передаче звука таким преобразователем явл. микрофон, изображ-я – ЭЛТ. Модуляционное устройство, в кот. при действии управляющего напряж-я UУ(t) осуществляется изменение одного из пар-ров высокочастотного напряж-я, подводимого от ЗГ. В рез-те, напр., при АМ на выходе модулятор образует модулированные колебания ВЧ U1=U1m(t)cos(ωHt), где U1m=A·Uу(t), А=const. Усилитель мощности служит для ув-ния мощности модулир. колеб-й ВЧ. Антенна, в кот усилитель мощности создает ВЧ модулированный ток, напр. при АМ iA=IАМ(t)cos(ωHt), где IAM(t) – лин. ф-ция передаваемого сообщения. Антенна возбуждает э/м волны, распространяющие с прос-ве в напряжениях, определяемых ее свойствами. Напряж-ть эл. поля э/м волны вблизи приемной антенны изм-ся аналогично току ВЧ в передающей антенне, т.е. в рассматриваемом примере предс-ет собой АМ колебания ВЧ. Под действием этого поля в приемной антенне возбуждается ЭДС eА=Em(t)cos(ωHt)=kUm(t)cos(ωHt), k=const, кот. поступает на вход р/приемного устройства. Помимо данных ЭДС вы антенне могут наводиться и другие, т.к. антенну могут пересекать э/м волны различ. р/станций. Эти ЭДС отл-ся несущей частотой и законом модуляции.

Приемное устройство состоит из след. осн. блоков:

ВЦ – входная цепь – осуществлениет селекцию сигналов р/станций. При этом из всех сигналов, возбуждаемых в антенне, в приемник проходит только от одного р/передатчика. На выходе ВЦ форм-ся напряжение .

Усилитель ВЧ (УВЧ) обеспечивает ус-ние слабого выделенного сигнала , при этом на выходе УВЧ образ-ся ус-ные АМ колебания ВЧ , где k2>>1.

Детектор (Д) осуществлениет такое преобразование подводимого к нему ВЧ сигнала, при кот. на его выходе образ-ся НЧ сигнал UНЧ=k3UУ(t), несущий в себе переданное сообщение. Эта операция, выполняемая детектором, явл. обратной по отнош-ю к модуляции и наз. демодуляцией или детектированием.

УНЧ ув-ет мощность слабого НЧ сигнала, получаемого на вых. детектора.

Вых. устройство – оконечное устройство, преобразующее НЧ напряжение с выхода УНЧ в сообщение, форма кот. зависит от получателя информации. Ф-цию такого устройства могут выполнять телефонный капсюль, ЭЛТ, динамик, регистрирующий прибор и т.д.

Временные диаграммы эл. сигналов в разл. точках р/линии имеют следующий вид:

(РИСУНОК 2)

^ Управляющие сигналы, их параметры и спектры
По форме разл-ют непр. и импульсные управляющие сигналы. Простейшим непр. сигналом явл. однотональный управ. сигнал вида U(t)=Umcos(ωt-ψ), где Um – амплитуда, ω=2πf – частота, ψ – нач. фаза. Такой сигнал можно получить с пом. стандартного ген-ра гармонич. колебаний. Реальные сигналы очень сложны и их описание производитсяс нек. приближением. Сложные непр. сигналы управ. сигналы предс-ся в виде суммы беск. большого числа гармонич. составляющих с разл. амплитудами, частотами и нач. фазами: . Сложные непр. сигналы наз. также многотональными. Совокуп-ть гармонич. колебаний, на кот. можно разложить сложный сигнал, наз. спектром. этого сигнала. Разл-ют АЧ спектр и ФЧ спектр. Для построения АЧ спектра на оси абсцисс откладываются частоты гармонич. колебаний, образующих спектр, а по оси ординат из этих точек строятся перпендикулярные отрезки, длины кот. соотв-ют амплитудам соотв. гармонич. составляющих. ФЧ спектр строится аналогично. АЧ спектр сигналов дает достаточно ясное представление об этих сигналах, поэтому ФЧ спектр рассматривать не будем, а вместо слов АЧ будем исп-ть слово спектр. Спектры однотонального и многотонального сигналов имеют вид:

(РИСУНОК 3аб)

Спектр гармонич. колебания (рис.3а) с частотой F изображ-ся одной линией. Спектр сложного многотонального сигнала намного богаче и занимает полосу частот. Ширина этой полосы, т.е. ширина спектра ΔfC позволяет сравн-ть разл. виды управ. сигналов, кот. разделяют на широкополосные и узкополосные. Для разл. сигналов ΔfC опред-ся по разному. Если спектр сигнала ограничен частотами fmin и fmax, то ΔfC находится по формуле ΔfC=fmax-fmin. Если спектр сигнала имеет неогранич. ширину, то в этом случае польз-ся понятием активной ширины спектра. Под ней понимают полосу частот, охватывающую наиб. интенсивные гармоники в пределах кот. содержится 95% энергии всего сигнала. Ширина спектра явл. важной характеристикойсигнала, т.к. она определяет полосу пропускания цепей, по кот. передается сигнал. Звуковой многотональный сигнал, воспринимаемый слухом человека имеет полосу частот от 16 Гц до 20 кГц и считается узкополосным. ТВ сигнал имеет частоту от 10 Гц до 4-5 Мгц и явл. широкополосным. Имп. сигналы прим-ся в радиосвязи для управления сигналами ВЧ, для кодирования и преобразования информации. По форме разл-ют импульсы прямоугольной, трапецеидальной, пилообразной формы. Осн. параметрами импульсов и их последовательностей явл. амплитуда Um, длительность tИ, длительности фронта и среза tФ и tC, период повторения ТП, частота повторения FП=1/ТП, скважность Q=ТП/tИ. Импульсные сигналы явл. широкополосными, в их состав входят множество гармоник, для кот. трудно указать граничную частоту.

^ (РИСУНОК 4)

На рис.4 показаны спектры прямоуг. (рис.а), экспоненциального (в) и колоколообразного (г) импульсов, а также последовательности прямоуг. импульсов (б). Спектры одиночных импульсов сплошные, а последовательности импульсов – линейчатые. Приведенные спектральные характеристики имеют след. особенности: они симметричны относительно начала отсчета частоты; ширина спектра зависит от длительности импульсов ΔfC=1/tИ. Последнее обст-во имеет очень важное значение в р/связи. Оно определяет треб-я к полосе пропускания р/технич. устройства, кот. должно соотв-ть ширине спектра обраб. сигнала. В противном случае усл-я р/приема ухудшаются и сигналы искажаются. В наст. время импульсы малой длительности исп-ся для передачи сообщения, непр. сигнала. По теореме Котельникова непр. сигнал U(t) с гармонич. составляющими от fmin до fmax полностью опр-ся его дискретными знач-ями, взятыми через интервалы времени Δt=1/2fmax.

В соответствии с этой теоремой вместо сигнала U(t) достаточно передать только его отдельные значения U(tк) в момент времени t1,t2,…,tк отстающие друг от друга на расстояние Δt. Переход от непрерывного сигнала к его дискретным значениям называют дискретизацией или квантованием по уровню. В данном случае идет речь о квантовании по уровню. Такое представление сигнала существенно сокращает объем передаваемой информации. Использование ЭВМ для обработки информации в радио системах связи обусловило необходимость представления дискретных значений U(tк) в цифровой форме. Квантованное значение сигнала представляется цифровыми кодами в какой-либо системе исчисления (например, в двоичной цифрами, в которой явл. 0 и 1). При этом единице можно поставить в соответствие импульс, а нулю – его отсутствие. Например: U(t)=91 в двоичной системе имеет вид 1011011 и может быть представлена следующей последовательностью импульсов. Импульсные сигналы являются основными видами сигналов в цифровых сигналах нашедших в настоящее время широкое применение в системах связи.
^ Радиосигналы, их параметры и спектры.
Радиосигналы представляют собой модифицированные высокочастотные колебания, описываемые функцией U(t)=U*cos(ωt-φ). Такая функция характеризуется тремя независимыми параметрами: амплитудой, частотой и начальной фазой. Следовательно, модуляция у гармонических колебаний может осуществляться изменением во времени любой из трех величин. Процесс, при котором модулируется амплитуда наз. АМ, если нач. фаза или частота то ФМ или ЧМ.
^ Непрерывные радиосигналы.
При АМ одним тоном радиосигнал представляет собой высокочастотные колебания несущей частоты fH, амплитуда которых изменяется по гармоническому закону с частотой F<H. На рисунке приведены управляющий сигнал, модулированные колебания и их спектры.

(РИСУНОК 6аб)

Амплитудно модулированные по гармоническому закону колебания состоят из суммы 3-х колебаний: составляющей несущей частоты fH, боковой составляющей суммарной частоты fH+F, боковой составляющей разностной частоты fH-F. Т.к. fH>>F, то все составляющие спектра АМ-ых колебаний являются высокочастотными. При Амплитудной модуляции многотональным управляющим напряжением закон изменения огибающей имеет сложную форму. Многотональный управляющий сигнал содержит большое число гармоник Fк, каждая из которых образует с несущей пару боковых составляющий fH+Fк, fH-Fк. Таким образом спектр модулированных колебаний при многоканальной Амплитудной модуляции состоит из несущей частоты fH, нижних боковых составляющих с частотами fH-Fк и верхних боковых составляющих с частотами fH+Fк. Следовательно спектр АМ колебаний занимает на оси частот полосу, определяемую максимальной из частот спектра управляющего сигнала Fк. ΔfC=2Fк. Очевидно, что каждой радиолинии для передачи информации необходимо использовать определенную полосу частот, причем нормальная работа различных радиолиний возможна при условии, если полосы частот используемых ими сигналов не перекрываются, т.е. радиолиния работает на различных несущих частотах.

^ (РИСУНОК 7)

Полоса частот, отводимая каждой радиолинии должна соответствовать ширине спектра радиосигнала, которая обеспечивает приемлемое качество передачи информации. Так при использовании АМ-радиосигналов для речевой радиосвязи отводится полоса частот в 4-5 кГц. Для высококачественной передачи музыки требуется более широкая полоса частот, т.н. спектр управляющего сигнала в этом случае содержит составляющие до 16-20 Кгц. При однотональной ЧМ-модуляции по закону управляющего сигнала изменяется частота несущего колебания.



Спектр такого сигнала (рис 8.в) состоит из несущей и 2х боковых полос, каждая из которых содержит бесконечную последовательность гармонических колебаний отстоящих друг от друга на определенное расстояние.

При фазовой модуляции структура спектра радиосигнала получится такой же, как и при ЧМ-модуляции.
^ Импульсные радиосигналы
Импульсные радиосигналы получаются при АМ-модуляции высокочастотных колебаний импульсными управляющими сигналами и имеют вид:



Спектр последовательности прямоугольных импульсов содержит бесчисленное множество составляющих частоты, которые распространяются до беск-ти. В энергетическом отношении основную роль играют составляющие, находящиеся в пределах активной ширины спектра, которая содержит 95% всей энергии.


Амплитудно-частотный спектр радиоимпульса образуется смещением спектра управляющего импульса по оси частот на расстояние несущей частоты от начала координат.
^ Помехи радиоприему
Помехами называют посторонние э.м.-ые возмущения, которые накладываются на сигналы и мешают приему. Различают внешние и внутренние помехи. Внешние помехи образуются вне приемного и передающего устройств. Их источниками являются посторонние радиостанции, полоса частот которых перекрывает полосу частот данного радиоканала, а также различные промышленные установки, линии электропередачи, эл. транспорт, э.м.-ые излучения которых образуют так называемые промышленные помехи, атмосферные грозовые разряды и другие э.м. явления создающие атмосферные помехи, э.м. излучения космических объектов, кроме того помехи могут создаваться преднамеренно с помощью специальной аппаратуры. Внутренние помехи в самом радиоэлектронном устройстве. Это так называемые плуктуационные шумы, представляющие собой случайные колебания токов и напряжений в элементах радиоэлектронного устройства (РЭУ), обусловленные дискретной природой вещества и тока (электричества). Например к ним относится плуктуация постоянного тока в п/п приборах из-за случайных колебаний числа электронов образующих этот ток, а также плуктуации падения напряжения на резисторах из-за случайных тепловых напряжений электронов в проводнике. Интенсивность таких шумов в месте их возникновения весьма мала, однако на входе чувствительного приемника может быть соизмерима с принимаемыми сигналом В этом случае сигнал и шум одинаково обрабатывается в приемнике и усиливается в равной мере. На выходе приемника сигнал будет наблюдаться на фоне сравнительно сильного шума, что затрудняет его обнаружение. Для борьбы с помехами принимают специальные меры. Главным методом борьбы с прямыми помехами является их снижение в месте возникновения. Для борьбы с внутренними помехами во входных цепях приемных устройств применяют малошумящие элементы. Кроме того для уменьшения уровня шумов могут применяться специальные методы обработки сигналов. Весьма серьезной в настоящее время становится проблема э.м. – совместимости. Насыщенность Н.П. радиоэлектронной аппаратурой различного назначения приводит к усилению не преднамеренных э.м. связей. Для исключения посторонних сигналов применяют фильтры для их подавления, селекцию сигналов по направлению с использованием направленных антенн и другие меры. Борьба с преднамеренными помехами ведется применением различных технических методов обработки сигналов и выбора режима работы РЭА.
^ Строение атмосферы Земли
В окружающей земной шар атмосфере различают три области влияющие на распространение радиоволн: тропосферу, стратосферу и ионосферу. Границы между этими областями не устойчивы и зависят от времени и географического места. Тропосферой называется приземной слой атмосферы до высоты 10-15 км. Тропосфера представляет собой однородную смесь газов и водяных паров. Ее отличительными особенностями является постоянство азота и кислорода в ее составе и почти равномерное падение температуры с увеличением высоты в среднем на 1˚ С на 200 м. Верхняя граница тропосферы определятся по прекращению уменьшения температуры. Электрические параметры тропосферы меняются при изменении метеорологических условий. Тропосфера влияет на распространение земных радиоволн и обеспечивает распространение так называемых тропосферных волн. Траектория распространения земных радиоволн в тропосфере искривляется вследствие дифракции, т.е. преломления в зависимости от частоты колебаний и состояния тропосферы. Распространение тропосферных радиоволн обуславливается прежде всего рассеиванием и отражением их от неоднородностей тропосферы. Эти неоднородности представляют собой области в которых диэлектрическая проницаемость отличается от окружающей тропосферы. Наличие в тропосфере капель воды в виде дождя и тумана приводит к затуханию радиоволн вследствие их поглощения или рассеивания. Наиболее заметное поглощение радиоволн проявляется в мм и см диапазонах. Выше тропосферы до высоты 60 км располагается стратосфера. Она отличается от тропосферы значительно меньшей плотностью воздуха законом изменения температуры по высоте. На распространение радиоволн стратосферы стратосфера оказывает то же влияние, что и тропосфера. Но оно проявляется в меньшей степени из-за малой плотности воздуха. Ионосферой называют ионизированную область атмосферы расположенную на высоте от 50-60 км до 15-20 тыс. км. На распространение радиоволн существенно влияет лишь часть ионосферы, верхней границей которой считается 1000-1500 км. Характерной особенностью ионосферы является наличие в ней свободных электронов и ионов возникающих в результате ионизации молекул и атомов верхних слоев атмосферы, гл. образом азота и кислорода. Основным источником ионизации является солнце излучающее широкий спектр э.м. колебаний. Корпускулярные потоки солнечного излучения под действием маг. поля Земли отклоняются и попадают в затененную область атмосферы. Часть электронов в то же время соединяется с положительными ионами и нейтральными молекулами. Такой процесс называется рекомбинацией. Степень ионизации атмосферы пропорциональна интенсивности ионизирующего излучения и характеризуется электронной плотностью Nэ, т.е. количество свободных электронов в единице объема ионосферы. Электронная плотность распределяется неравномерно из-за уменьшения плотности атмосферы с увеличением высоты. В реальности атмосфере обычно образуется несколько максимумов ионизации представляющие собой отдельные области, т.е. слои. Эти слои обозначают D, E, F (см. рис. ) Самый нижний ионосферный слой D расположен на высоте 60-80 км. Для него характерны относительно низкая электронная плотность – 10**6-10**7 эл/м**3 и наличия большого числа отрицательных ионов примерно 10**14 ионов/м**3. На высоте слоя D плотность ионосферы достаточно велика, что обуславливает сильно выраженные поглощающие свойства. Слой D существует только в дневное время, а ночью ионизация на высоте слоя D исчезает. Еще одна особенность: более высокая электронная плотность в летние месяце по сравнению с зимними. На высоте 100-120 км от Земли расположена область E, степень ионизации характеризуются электронная плотностью Nэ=1,5*1011 эл/м2 днем и 109 эл/м2 ночью. Характерная особенность: постоянство его свойств. Основной максимум электронной плотности расположенный на высоте 250-400 км образует слой F. Свойства этой области ионосферы не устойчивы и изменяются в течение суток и времени года. Высота слоя F днем – 220-240 км, при Nэ =2*1012 эл/м3 а ночью 300-330 км и Nэ=2,5*1011. В летние месяцы слой F расщепляется на два слоя. Один из которых – F1, расположен на высоте 200-230 км., а второй F2 300-400 км. Слой F1 существует только днем. Ионизация слоя F зависит от удаления от магнитных полюсов Земли и интенсивности УФ излучения солнца. Слой F является основным слоем отражающим короткие волны и имеет большое значение для радиосвязи. На высоте >300 км атмосфера полностью ионизирована. Ионизированная газовая оболочка Земли простирается до высоты 20000 км. Где плотность электронов уменьшается до 10-9 эл/м3, что соответствует плотности газа в космическом пространстве.
^ Факторы, влияющие на распространение радиоволн
Средой распространения радиоволн может быть как естественная трасса, так и искусственная. Естественной трассой является земная поверхность, атмосфера или космическое пространство. Такая среда не поддается управлению, что весьма важно для организации радиосвязи. Пути распространения радиоволн по естественным трассам имеют вид:

^ (РИСУНОК 12).

Радиоволны (1) распространяются в непосредственной близости Земли называют земными. Наиболее заметное влияние на распространение радиоволн в атмосфере оказывают тропосфера и ионосфера. Распространение тропосферных волн (2) в тропосфере происходит вследствие рассеяния и отражения от неоднородностей тропосферы радиоволны (3) распространяются путем отражения от ионосферы, или рассеяния в ней называют ионосферными. Радиоволны 4,5 используются для радиолиний Земля-космос, космос-космос и не имеют специального названия. В свободном пространстве радиоволна обладает поперечной структурой, т.е. входящие в ее состав взаимосвязанные электрическое и магнитные поля перпендикулярны друг другу и направлению распространения. На рис.13 вектор E характеризует в некоторый момент времени направление электрического поля волны, вектор H-магнитного поля, вектор П-направление распространения э.м волны. Расположение вектора Е в пространстве характеризует поляризацию радиоволны. В зависимости от изменения направления вектора поляризация может быть линейной, круговой, эллиптической. При линейной поляризации вектор Е в процессе распространения остается параллельным самому себе, периодически меняясь по величине и направлению. Математический закон изменения вектора при условии, что в прямоугольной системе координат он изменяется в плоскости проходящей через ось Z, можно записать: Ez=Emcos(?t-kz) (1) или в комплексной форме: Ez=Em*(e**j)*cos(?t-kz) (2), где ?=2πƒ-κруговая частота, k=2π/λ – пространственная частота или волновой коэффициент. В общем случае величина k имеет смысл вектора и характеризует направление распространения волны. Закон изменения вектора H записывается аналогично в силу того, что только при этом условии возможно распространение радиоволн. В случае распространения линейно поляризованной волны вблизи раздела 2х сред различают вертикальную поляризацию если вектор E лежит в плоскости падения волны и горизонтальную, если вектор E параллелен границе раздела. Понятие поляризации относительное, в общем случае рассматривают волну поляризованную произвольно относительно границ раздела. В этом случае вектор Е раскладывают на две составляющие, одна из которых будет соответствовать вертикальной поляризации, а вторая – горизонтальной. При круговой поляризации вектор Е оставаясь постоянным по величине, вращается таким образом, что его конец описывает окружность. При эллиптической поляризации вектор Е меняется во времени по направлению и величине что его конец описывает эллипс.

Поляризация радиоволн определяется типом передающей антенны и физическими свойствами среды, в которой происходит распространение радиоволн. Только в космическом пространстве радиоволны распространяются как в свободном пространстве. В ином случае условие распространения определяется электрическими свойствами Земли и атмосферы, а также рельефом местности. Земная поверхность оказывает существенное влияние на распространение земных радиоволн. Ее элементарные свойства характеризуются в основном двумя параметрами: диэлектрической проницаемостью ? и проводимостью ?. Для земной поверхности однородной по глубине характерно постоянство параметров ? и ? во всем диапазоне радиоволн длиннее метровых. На дм и более коротких волнах ? уменьшается, а ? увеличивается с увеличением частоты. Наибольшее значение ? и ? имеют жидкие среды, а сухая почва, лед, снег, растительность имеют относительно малые значения ? и ?. Поэтому в зависимости от частоты радиоволн свойства земной поверхности меняются. Например для см диапазона морская вода считается диэлектриком, а влажная почва может рассматриваться как диэлектрик для метровых и более коротких волн. Параметры ε и γ определяют степень поглощения энергии радиоволны при распространении над земной поверхностью количественно потери энергии описываются коэффициентом поглощения α≈6πγ/√(ε). (3)

Физические потери обусловлены переходом энергии радиоволны в тепловую энергию движения молекул среды распространения. При распространении радиоволны в морской воде и влажной почве на низких частотах с повышением частоты коэффициент поглощения возрастает, на высоких частотах он перестает изменяться, как это имеет место в диэлектрике. Если э.м. волна падает на гладкую поверхность Земли, то она частично отражается от границы раздела сред и частично переходит в глубь второй среды. Поэтому в атмосфере имеются падающие и отраженные волны, а во второй среде – преломленная волна. При отражении волн может меняться ее поляризация, а преломленная часть волны поглощается средой. Отражение радиоволн от ровной плоской поверхности подчиняется закону геометрической оптики. Если поверхность земли не ровная, то радиоволны отражаются в различных направлениях, в том числе и в обратном. Рассеянный сигнал может иметь помимо составляющей той же поляризации, что и падающая волна составляющую ортогональную поляризацию. Поверхность считается ровной, если максимальная высота неровности hн удовлетворяет условию: hн<<λ/(8cosφ) (4). , γде ?-угол падения радиоволны. Для УКВ линии, при которой связь осуществляется только на расстоянии прямой видимости поднятие антенн над поверхностью земли позволяет увеличить протяженность связи. Для СВ и ДВ увеличение протяженности радиолиний обеспечивается дифракцией радиоволн, т.е. огибанием препятствий, встречающихся на их пути. Влияние тропосферы на распространение радиоволн также, как и в случае распространения земных радиоволн в основном определяется характером изменения диэлектрической проницаемости и проводимости среды, которые в свою очередь зависят от физико-химических свойств газов, входящих в тропосферу. Относительный газовый состав тропосферы остается постоянным по всей высоте, изменяется лишь содержание водяных паров, которые зависят от метеорологических условий и убывают с высотой. При распространении в тропосфере радиоволны см-го и более коротковолнового диапазона она теряет энергию вследствие поглощения каплями воды и рассеяния в них. При прохождении радиоволн в каждой капельке воды наводятся токи поляризации, которые обуславливают потери энергии. При этом каждая капля переизлучает э.м. волны, причем равномерно во все стороны, что и приводит к рассеянию мощности радиоволны. Мм- волны испытывают добавочное поглощение в молекулах водяного пара и кислорода. При распределении радиоволн в тропосфере наблюдаются искривления траектории волны, причем степень искривления и направления волны зависят от состояния тропосферы. Это явление искривления траектории называемое рефракцией объясняется изменением диэлектрической проницаемости ? и показателя преломления тропосферы с высотой. Представим тропосферу в виде тонких сферических слоев с неизменными в слое и отличающимися в разных слоях коэффициентами преломления. При прохождении радиоволны через границы слоев она будет преломляться. Если коэффициент преломления убывает с высотой, то угол преломления увеличивается, т.е. dn/dh<0, и имеет место положительная тропосферная рефракция. Если dn/dh>0, то имеет место отрицательная тропосферная рефракция и траектории радиоволн искривляются вверх от земли. При положительной тропосферной рефракции имеет место 3 частных случая: 1) нормальная рефракция 2) критическая рефракция 3) сверхрефракция Нормальная тропосферная рефракция происходит в нормальной тропосфере, параметры которой (P, t, влажность высота) соответствует некоторому среднему значению. Траектория распределения радиоволн при этом искривляется в сторону земной поверхности, что приводит к увеличению дальности радиолинии. Степень отклонения радиоволн зависит от длины волны и от состояния тропосферы. При некоторых условиях искривление такое, что радиоволна распространяется параллельно земле на постоянной высоте. Такой вид рефракции называется критической. При резком убывании коэффициента преломления с высотой происходит полное внутреннее отражение радиоволны от тропосферы, и она возвращается на землю. Это явление называется сверхрефракцией и наблюдается в диапазоне УКВ.



Рисунок 16

Когда область сверхрефракции занимает значительное расстояние над земной поверхностью УКВ может распространяться на весьма большие расстояния. Радиоволна в этом случае распространяется путем последовательного чередования 2х явлений: рефракции в тропосфере и отражения от земли. Это явление получило название распространение радиоволн в условиях тропосферного волновода. Такое волноводное распространение возможно для см и дм волн. Высота тропосферных во^ Линии передачи высокочастотной энергии Общие сведения о линиях передачи высоко частотной энергии
В любой эл. системе ЭМВ распространяются с конечной скоростью, поэтому мгновенное значение тока в реальной цепи конечных размеров не м.б. везде одинаковым. В РЭ устройствах применяются цепи имеющие сравнительно малые размеры в которых запаздыванием ЭМК при их распространении по цепи можно пренебречь. Это так называемые цепи с рассредоточенными параметрами. Основными элементами этих цепей являются такие элементы как R, C, L, п/п элементы. В РЭ кроме цепей с сосредоточенными параметрами широкое применение находят устройства геометрические размеры которых нельзя считать малыми, например различные линии передачи ЭМВ.

Линия передачи (ЛП) это устройство предназначенное для направленной передачи ЭМВЧ энергии от источника этой энергии к нагрузке. ЛП ВЧЭ являются цепями с распределенными параметрами. К ним относятся 2-х проводные линии и волноводы. Двухпроводные линии применяются как правило до М и ДМ диапазонов, а волноводы в диапазоне СМ и ММВ.



Рисунок 22

По особенности конструкций различают открытые (22а), закрытые (22б) и коаксиальные (22в) линии. Открытые и закрытые линии представляют собой систему 2-х проводов разделенных диэлектриком. Закрытые линии кроме того окружены металлическим экраном. Коаксиальные линии – внутренний провод крепится на шайбах (22в) или прокладываются внутри диэлектрического заполнителя (22г), вторым проводом служит металлическая оболочка.

Применение ЛП зависит от частоты ЭМК.

Открытые 2-х проводные линии обеспечивают передачу сигнала в диапазоне до МВ, т.к. при увеличении частоты колебаний растут потери на излучение.

Всякий проводник по которому протекает переменный ток излучает энергию в виде ЭМВ в окружающее прос