Temel radyo mühendisliği süreçleri ve özellikleri. Radyo mühendisliği sinyalleri

Temel radyo mühendisliği süreçleri

Orijinal mesajı bir elektrik sinyaline dönüştürmek.
Yüksek frekanslı salınımların üretilmesi.
Salınım kontrolü (modülasyon).
Alıcıdaki zayıf sinyallerin amplifikasyonu.
Bir mesajın yüksek frekanslı bir salınımdan ayrılması (algılama ve kod çözme).

Radyo devreleri ve yöntemleri

onların analizi

Devre sınıflandırması

Ve listelenen sinyal ve salınım dönüşümlerini uygulamak için kullanılan öğeler aşağıdaki ana sınıflara ayrılabilir:

Sabit parametreli lineer devreler;

Değişken parametreli lineer devreler;

Doğrusal olmayan devreler.
^ Sabit parametreli lineer devreler

Aşağıdaki tanımlardan devam edebilirsiniz:

Bir devre, içerdiği elemanlar devreye etki eden dış kuvvete (voltaj, akım) bağlı değilse lineerdir.
Doğrusal zincir, üst üste bindirme (bindirme) ilkesine uyar.

Burada L, devrenin giriş sinyali üzerindeki etkisini karakterize eden bir operatördür.

Lineer bir devre üzerine birkaç dış kuvvet etki ettiğinde, devrenin davranışı (akım, voltaj), her bir kuvvet için ayrı ayrı bulunan çözümlerin üst üste bindirilmesi (süperpozisyon) ile belirlenebilir.

Aksi halde: lineer bir zincirde, bireysel etkilerden kaynaklanan etkilerin toplamı, etkilerin toplamından kaynaklanan etki ile çakışır.

Sabit parametrelere sahip doğrusal bir devrede herhangi bir keyfi karmaşık eylem için, yeni frekansların salınımı ortaya çıkmaz.

^ Değişken lineer devreler

Bunlar, bir veya birkaç parametresi zamanla değişen (ancak giriş sinyaline bağlı olmayan) devrelerdir. Bu tür zincirlere genellikle doğrusal denir. parametrik.

Bu devreler için bir önceki paragrafta yer alan Özellikler 1 ve 2 de geçerlidir. Ancak, en basit harmonik etki bile değişken parametrelere sahip lineer bir devrede frekans spektrumlu karmaşık bir salınım yaratır.
^ Doğrusal olmayan devreler

Bir radyo devresi, parametreleri giriş sinyali seviyesine bağlı olan bir veya daha fazla eleman içeriyorsa doğrusal değildir. En basit doğrusal olmayan eleman bir diyottur.

Doğrusal olmayan devrelerin temel özellikleri:

Doğrusal olmayan devrelere (ve elemanlara) süperpozisyon ilkesi uygulanamaz.
Doğrusal olmayan bir devrenin önemli bir özelliği, sinyal spektrumunun dönüşümüdür.

^ Sinyal sınıflandırması

Bilgi açısından bakıldığında, sinyaller deterministik ve rastgele olarak ayrılabilir.

deterministik Herhangi bir zamanda anlık değeri bir olasılıkla tahmin edilebilen herhangi bir sinyal çağrılır.

İLE rastgele anlık değerleri önceden bilinmeyen ve yalnızca birden küçük belirli bir olasılıkla tahmin edilebilen sinyalleri içerir.

Yararlı rastgele sinyallerle birlikte, teoride ve pratikte, rastgele girişim - gürültü ile uğraşmak gerekir. Aranan rasgele sinyaller ve parazit, genellikle terimle birleştirilir. rastgele dalgalanmalar veya rastgele süreçler.

Bir radyo iletişim kanalındaki sinyaller genellikle alt bölümlere ayrılır. kontrol sinyalleri ve üzerinde radyo sinyalleri; birincisi modülasyonlu ve ikincisi modüle edilmiş salınımlar olarak anlaşılır.

Modern radyo elektroniğinde kullanılan sinyaller aşağıdaki sınıflara ayrılabilir:

Boyut olarak keyfi ve zaman içinde sürekli (analog);

Boyut olarak keyfi ve zaman içinde ayrık (ayrık);

Büyüklükte nicelenmiş ve zamanda sürekli (kuantize edilmiş);

Büyüklükte nicelenmiş ve zamanda ayrık (dijital).
^ Deterministik özellikleri

sinyaller

Enerji özellikleri

Gerçek sinyal s(t)'nin temel enerji özellikleri, gücü ve enerjisidir.

Anlık güç, s (t) anlık değerinin karesi olarak tanımlanır:

t 2, t 1 aralığındaki sinyal enerjisi, anlık gücün bir integrali olarak belirlenir:

Davranış

t 2, t 1 aralığında ortalama sinyal gücü için anlamlıdır.
^ Keyfi dalga formu gösterimi

temel titreşimlerin toplamı olarak

Sinyal teorisi ve bunların işlenmesi için, verilen f(x) fonksiyonunu j n (x) fonksiyonlarının çeşitli ortogonal sistemlerine genişletmek önemlidir. Herhangi bir sinyal, genelleştirilmiş bir Fourier serisi olarak temsil edilebilir:

nerede C i - ağırlık katsayıları,

J i - ortogonal genişleme fonksiyonları (temel fonksiyonlar).

Temel işlevler için aşağıdaki koşul karşılanmalıdır:

Sinyal, t 1 ila t 2 aralığında tanımlanmışsa, o zaman

Temel fonksiyonun normu.

Fonksiyon ortonormal değilse, bu şekilde indirgenebilir. Artan n ile, C n azalır.

Bir dizi temel fonksiyonun (j n) verildiğini varsayalım. Genelleştirilmiş Fourier serilerinde bir dizi temel fonksiyon ve sabit sayıda terim belirtilirken, Fourier serisi, orijinal fonksiyonun tanımında minimum ortalama karekök hatasına sahip olan orijinal fonksiyonun yaklaşık bir değerini verir. Genelleştirilmiş Fourier serisi,

Böyle bir seri minimum ortalama hata (hata) verir.

En basit işlevlerde sinyal ayrıştırmanın 2 sorunu vardır:

^ En basit ortogonal fonksiyonlara tam ayrıştırma (sinyal analitik modeli, sinyal davranış analizi).

Bu görev trigonometrik temel fonksiyonlar üzerinde gerçekleştirilir, çünkü bunlar en basit şekle sahiptirler ve lineer zincirlerden geçerken şekillerini koruyan tek fonksiyonlardır; bu işlevleri kullanırken, sembolik yöntemi () kullanabilirsiniz.

^ Proses sinyallerinin ve karakteristiklerinin yaklaştırılması genelleştirilmiş serinin üye sayısını en aza indirmek gerektiğinde. Bunlar şunları içerir: Chebyshev, Hermite, Legendre polinomları.

^ Periyodik sinyallerin harmonik analizi

Trigonometrik fonksiyonlarda bir Fourier serisindeki periyodik sinyal s (t)'yi genişletirken, ortogonal sistem olarak alırız.

Ortogonallik aralığı, fonksiyonun normu tarafından belirlenir.

Dönem boyunca fonksiyonun ortalama değeri.

- için temel formül

Fourier serisinin tanımları

Modül çift fonksiyondur, faz tek fonksiyondur.

k. terim için bir çift düşünün

- Fourier serisi açılımı

^ Periyodik sinyallerin spektrum örnekleri

dikdörtgen yalpalama... Benzer bir tereddüt, genellikle menderes(Meander, "süs" için Yunanca kelimedir) özellikle ölçüm teknolojisinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

^ Periyodik olmayan sinyallerin harmonik analizi

s(t) sinyali (t 1, t 2) aralığında sıfırdan farklı bir fonksiyon şeklinde verilsin. Bu sinyal integrallenebilir olmalıdır.

(t 1, t 2) aralığı da dahil olmak üzere sonsuz bir T zaman aralığını alın. Sonra . Periyodik olmayan sinyalin spektrumu süreklidir. Verilen sinyal bir Fourier serisi olarak gösterilebilir. , nerede

Buna dayanarak şunları elde ederiz:

Т®µ olduğundan, toplam, integral ile ve W 1 dW ile ve nW 1 W ile değiştirilebilir. Böylece, çift Fourier integraline geçiyoruz.

sinyalin spektral yoğunluğu nerede. (t 1, t 2) aralığı belirtilmediğinde, integralin sonsuz sınırları vardır. Bu sırasıyla ters ve ileri Fourier dönüşümüdür.

Periyodik olmayan sinyalin sürekli spektrumunun (spektral yoğunluk modülü) zarfı ile periyodik sinyalin çizgi spektrumunun zarfı için ifadeleri karşılaştırırsak, bunların şekil olarak çakıştıkları, ancak ölçek olarak farklı oldukları görülecektir. .

Sonuç olarak, spektral yoğunluk S (W), karmaşık bir Fourier serisinin tüm temel özelliklerine sahiptir. Yani, nerede olduğunu yazabilirsin

, a .

spektral yoğunluk modülü tek bir fonksiyondur ve bir genlik-frekans yanıtı olarak görülebilir. Argüman - faz-frekans yanıtı olarak kabul edilen tek bir fonksiyon.

Buna dayanarak, sinyal aşağıdaki gibi ifade edilebilir.

Modül çift ve faz tek olduğundan, ilk durumda integralin çift ve ikinci durumda W'ye göre tek olduğu sonucu çıkar, bu nedenle ikinci integral sıfıra eşittir (çift sınırlar içinde tek bir fonksiyon) ) ve sonunda.

W = 0'da spektral yoğunluk ifadesinin s (t) eğrisi altındaki alana eşit olduğuna dikkat edin.

.
^ Fourier dönüşüm özellikleri

Vardiya

Rastgele bir şekle sahip bir sinyalin s 1 (t) spektral yoğunluğu S 1 (W) olsun. Bu sinyal t 0 zamanı kadar geciktirilirse, s 2 (t) = s 1 (t-t 0) zamanının yeni bir fonksiyonunu elde ederiz. Sinyalin s 2(t) spektral yoğunluğu aşağıdaki gibi olacaktır. ... Yeni bir değişken tanıtalım. Buradan .

Herhangi bir sinyalin kendi spektral yoğunluğu vardır. Sinyalin zaman ekseni boyunca kayması, fazında bir değişikliğe yol açar ve bu sinyalin modülü, sinyalin zaman ekseni üzerindeki konumuna bağlı değildir.

^ Zaman ölçeğini değiştirme

Sinyal s 1(t) zaman içinde sıkıştırılsın. Yeni sinyal s 2(t), orijinal ilişki ile ilgilidir.

Darbe süresi s 2 (t), ilkinden n kat daha kısadır. Sıkıştırılmış darbe spektral yoğunluğu ... Yeni bir değişken tanıtalım. Alacağız.

Bir sinyal n kez sıkıştırıldığında, spektrumu aynı sayıda genişler. Bu durumda, spektral yoğunluğun modülü n faktörü kadar azalacaktır. Sinyal zamanla gerildiğinde, spektrum daralır ve spektral yoğunluk modülü artar.

^ salınım spektrum kayması

s (t) sinyalini harmonik sinyal cos (w 0 t + q 0) ile çarpalım. Böyle bir sinyalin spektrumu

2 integrale ayırdık.

Ortaya çıkan oran aşağıdaki biçimde yazılabilir.

Böylece, s (t) fonksiyonunun harmonik bir titreşim ile çarpılması, spektrumun ± w 0 kaydırılarak 2 parçaya bölünmesine yol açar.

^ Sinyal farklılaşması ve entegrasyonu

Spektral yoğunluğu S 1 (W) olan bir sinyal s 1 (t) verilsin. Bu sinyali ayırt etmek oranı verir ... Entegrasyon ifade ile sonuçlanır .

^ Sinyal ekleme

S 1 (t) ve s 2 (t) sinyallerini S 1 (W) ve S 2 (W) spektrumlarıyla eklerken, toplam sinyal s 1 (t) + s 2 (t), S 1 spektrumuna karşılık gelir (W) + S 2 (W) (Fourier dönüşümü doğrusal bir işlem olduğundan).

^ İki sinyalin ürünü

İzin vermek . Bu sinyal spektruma karşılık gelir.

Fonksiyonları Fourier integralleri şeklinde gösterelim.

İkinci integrali S (W) ifadesine koyarak, şunu elde ederiz:

Buradan .

Yani, zamanın iki fonksiyonunun çarpımının spektrumu, spektrumlarının evrişimine eşittir (1 / 2p katsayısı ile).

Eğer , o zaman sinyal spektrumu .

^ Frekans ve zamanın karşılıklı tersine çevrilebilirliği

Fourier dönüşümünde

s(t) zamana göre bir çift fonksiyon olsun.

Sonra . Simetrik limitlerde bir tek fonksiyonun ikinci integrali sıfıra eşit olduğundan. Yani, S (W) fonksiyonu gerçektir ve W'ye göre eşittir.

s(t)'nin çift fonksiyon olduğunu varsayarsak. s (t) olarak yazıyoruz

... W'yi t ile ve t'yi W ile değiştiririz, şunu elde ederiz:

Spektrum herhangi bir sinyalin şekline sahipse, bu spektruma karşılık gelen sinyal, benzer bir sinyalin spektrumunun şeklini tekrarlar.
^ Periyodik olmayan bir sinyalin spektrumunda enerji dağılımı

f (t) = g (t) = s (t) olan bir ifade düşünün. Bu durumda, bu integral eşittir. Bu orana Parseval eşitliği denir.

Enerji bant genişliği hesaplaması: , nerede , a .
^ Periyodik olmayan sinyallerin spektrum örnekleri

dikdörtgen dürtü

ifade ile tanımlanır

Spektral yoğunluğu bulun

.
Darbenin uzaması (uzaması) ile sıfırlar arasındaki mesafe azalır, S (0) değeri artar. Fonksiyonun modülü, frekans yanıtı olarak ve argüman, dikdörtgen bir darbenin spektrumunun faz yanıtı olarak düşünülebilir. Her işaret tersine çevrilmesi, faz artışını p ile hesaba katar.

Zamanı nabzın ortasından değil, önden sayarken, nabız spektrumunun faz yanıtı, zamana göre nabız kaymasını hesaba katan bir terimle desteklenmelidir (sonuçtaki faz yanıtı noktalı bir çizgi ile gösterilir) ).

Çan şeklindeki (Gauss) darbe

İfade ile tanımlanır. Sabit a, darbe genliğinin e -1/2 düzeyinde belirlenen darbe süresinin yarısı anlamına gelir. Böylece nabzın tam süresi.

Sinyal spektral yoğunluğu .

Kolaylık sağlamak için, üssü toplamın karesine ekliyoruz , d miktarı koşuldan belirlenir , nerede . Böylece, spektral yoğunluğun ifadesi şuna indirgenebilir: .

Yeni bir değişkene geçmek elde etmek ... Bu ifadeye giren integralin eşit olduğunu dikkate alarak, sonunda elde ederiz. , nerede .

Darbe spektrum genişliği

Gauss momentumu ve spektrumu aynı fonksiyonlarla ifade edilir ve simetri özelliğine sahiptir. Bunun için darbe süresinin bant genişliğine oranı optimaldir, yani belirli bir darbe süresi için bir Gauss darbesi minimum bant genişliğine sahiptir.

delta darbesi (tek darbe)

Sinyal oran tarafından verilir ... Yukarıdaki darbelerden t'yi sıfıra yaklaştırarak elde edilebilir.

Bu nedenle, böyle bir sinyalin spektrumunun sabit olacağı bilinmektedir (bu, birliğe eşit darbe alanıdır).

Böyle bir dürtü yaratmak için tüm harmoniklere ihtiyaç vardır.

üstel momentum

Formun sinyali, c> 0.

Sinyal spektrumu aşağıdaki gibi bulunur.

Sinyali farklı bir biçimde yazalım .

Eğer öyleyse. Bu, tek bir sıçrama alacağımız anlamına gelir. NS sinyal spektrumu için aşağıdaki ifadeyi elde ederiz .

Bu nedenle modül

radyo sinyalleri
Modülasyon

Bir sinyal verilsin, içinde A (t) genlik modülasyonu, w (t) frekans modülasyonu, j (t) faz modülasyonudur. Son ikisi açısal bir modülasyon oluşturur. Frekans w, sinyal spektrumunun (W) en yüksek frekansına (mesajın kapladığı spektrumun genişliği) kıyasla büyük olmalıdır.

Modüle edilmiş titreşim, yapısı hem iletilen mesajın spektrumuna hem de modülasyon tipine bağlı olan bir spektruma sahiptir.

Çeşitli modülasyon türleri mümkündür: sürekli, darbeli, darbeli kod.
^ genlik modülasyonu

Genlik modülasyonlu salınım için genel ifade aşağıdaki gibidir.

A(t) zarfının karakteri, iletilen mesajın tipine göre belirlenir.

Sinyal bir mesaj ise, modüle edilmiş dalga formunun zarfı olarak gösterilebilir. W modülasyon frekansı olduğunda, g zarfın başlangıç aşamasıdır, k orantı faktörüdür, DA m genlikteki mutlak değişimdir. Davranış - modülasyon faktörü. Buna dayanarak yazabilirsiniz. Daha sonra genlik modülasyonlu salınım aşağıdaki biçimde yazılacaktır.

Bozulmamış modülasyonda (M £ 1), salınımın genliği, önce .

Maksimum değer, tepe gücüne karşılık gelir. Modülasyon süresi boyunca ortalama güç.

Genlik modülasyonlu bir sinyali iletme gücü, basit bir sinyali iletme gücünden daha büyüktür.

Genlik modülasyonlu sinyal spektrumu

Modüle edilmiş titreşimin ifade ile belirlenmesine izin verin.

Bu ifadeyi dönüştürüyoruz

İlk terim orijinal modüle edilmemiş salınımdır. İkinci ve üçüncü modülasyon sürecinde ortaya çıkan salınımlardır.Bu salınımların frekanslarına (w 0 ± W) yan modülasyon frekansları denir. Spektrum genişliği 2W.

Sinyalin toplam olması durumunda , Nerede ve. Ayrıca, nerede .

Buradan alıyoruz

Modüle edici sinyalin spektrumunun bileşenlerinin her biri bağımsız olarak iki yan frekans (sol ve sağ) oluşturur. Bu durumda spektrum genişliği, modülasyon sinyalinin maksimum frekansının 2W 2 = 2W maks 2'sidir.

Vektör diyagramında zaman ekseni, w 0 açısal frekansıyla saat yönünde döner (sayım yatay eksendendir). Yan lobların genlikleri ve fazları her zaman birbirine eşittir, dolayısıyla bunların ortaya çıkan DF vektörü her zaman OD çizgisi boyunca yönlendirilecektir. Ortaya çıkan OF vektörü, açısal konumunu değiştirmeden yalnızca genlikte değişir.

Bir sinyal olsun Farklı bir formda yazalım.

Spektrum sinyale karşılık gelir , burada ve SA zarfın spektral yoğunluğudur. Bu nedenle spektrum için son ifadeyi takip eder

Bu, d-fonksiyonunun stroblama eylemi ile açıklanır, yani, w ± w n frekansları dışında tüm bileşenler sıfıra eşittir (bunlar, d-fonksiyonunun sıfıra eşit olduğu değerlerdir). Spektrum kesikli olmasa bile, yine de yan bileşenler vardır.
^ Frekans modülasyonu

Frekans modülasyonlu bir dalga formu olsun. Ancak frekans, fazın bir türevidir. Fazı değiştirirseniz, mevcut frekans da değişecektir.

Frekans modülasyonu

Frekans sapmasının genliği nerede. Kısaca, bundan sonra arayacağız frekans sapması ya da sadece sapma.

w 0 t mevcut faz değişimi olduğunda; açı modülasyon indeksidir.

Diyelim ki nerede .

Burada m modülasyon faktörüdür.

Böylece indeksli harmonik faz modülasyonu, sapmalı frekans modülasyonuna eşdeğerdir.

Harmonik modülasyon sinyali ile FM ve PM arasındaki fark sadece tespit edilebilir. modülasyon frekansını değiştirerek.

FM sapmasında W.

FM'de, miktar modülasyon voltajının genliği ile orantılıdır ve modülasyon frekansına bağlı değildirW.

Tek renkli bir temel bant sinyali için faz modülasyonu ve frekans modülasyonu ayırt edilemez.
^ Açısal modülasyonda sinyal spektrumu

Salıncak verilsin

İki genlik modülasyonlu sinyal vardır. Farklılık gösteren bu tür bileşenlere denir. karesel bileşenler.

İzin vermek . Bu aynı. Burada q 0 = 0, g = 0.

Cos ve sin periyodik fonksiyonlardır ve bir Fourier serisinde genişletilebilir

J (m) - 1. türden Bessel işlevi.

Açısal modülasyon spektrumu, genlik modülasyonu spektrumunun aksine sonsuz derecede büyüktür.

Açı modülasyonu ile, frekans modülasyonlu bir titreşimin spektrumu, 1 frekanslı modülasyonda bile, taşıyıcı frekansı etrafında gruplanmış sonsuz sayıda harmonikten oluşur.

Dezavantajları: spektrum çok geniştir.

Avantajlar:çoğu gürültü bağışıklığı.

m olduğunda durumu düşünün<< 1.

Eğer m çok küçükse, spektrumda sadece 2 yan frekans mevcuttur.

Spektrum genişliği (m<< 1) будет равна 2W.

m = 0,5¸1 ise, ikinci bir yan frekans çifti w ± 2W belirir. Spektrum genişliği 4W'dir.

m = 1¸2 ise üçüncü ve dördüncü harmonikler w ± 3W, w ± 4W görünür.

m'de spektrum genişliği çok büyük

SHS = 2mW = 2w d

Modülasyon indeksi birden çok küçükse, böyle bir modülasyon denir. hızlı, sonra w d<< W.

m >> 1 ise, bu yavaş modülasyon, ardından w d >> W.
^ Frekans modülasyonlu RF spektrumu

dolgu

, nerede

Nereye ,

Doğrusal frekans modülasyonlu sinyalin (chirp) ana parametresi veya chirp sinyalinin tabanı.

B hem pozitif hem de negatif olabilir.

Diyelim ki b> 0

Sinyal spektrumunun 2 bileşeni vardır:

1 - yaklaşık w frekansına yakın bir patlama;

2 - -w о frekansına yakın bir patlama.

Pozitif frekanslar bölgesindeki spektral yoğunluğu belirlerken, ikinci terim atılabilir.

Üssü tam kareye tamamlayın

, burada C (x) ve S (x) Fresnel integralleridir

Chirp spektral yoğunluk modülü

Cıvıltı sinyalinin spektral yoğunluğunun fazı

m ne kadar büyükse, spektrum şekli spektrumun genişliği ile dikdörtgene o kadar yakın olur. Faz bağımlılığı ikinci derecedendir.

m büyük değerlere yöneldiğinde, frekans yanıtının şekli dikdörtgen olma eğilimindedir ve faz iki kısımdan oluşur:

1). bir parabol verir

2). için çabalar

Büyük m için ve:

O zaman modülün değeri:.
Karışık genlik-frekans modülasyonu

Kosinüs Dörtgen Dalga Formu Spektral Yoğunluk = 0 olacak

Sinüs kareleme salınımının spektrumunu belirlerken faz açısı -90 ° 'ye eşit ayarlanmalıdır. Buradan,

Böylece, son olarak, salınımın spektral yoğunluğu ifade ile belirlenir.

Değişkene geçerek, elde ederiz

Karışık genlik-frekans modülasyonuna sahip sinyal spektrumunun yapısı, A (t) ve q (t) fonksiyonlarının oranına ve biçimine bağlıdır.

Frekans modülasyonu ile tek harmoniklerin fazları 180° değiştirilir. Bazı A (t) ve q (t) oranları için hem frekansta hem de genlikte eşzamanlı modülasyon, spektrumun simetrisinin sadece fazda değil, aynı zamanda genlikte de ihlal edilmesine yol açar.

Eğer q(t), t'nin tek bir fonksiyonuysa, o zaman herhangi bir A(t) için çıkış sinyalinin spektrumu asimetriktir.

A (t) çift fonksiyon olsun, o zaman A c (t) çift, A s (t) tek, tamamen gerçek, W'ye göre simetrik, çift ve tamamen hayali, W'ye göre asimetrik ve garip.

j faktörü dikkate alındığında, çıkış salınımının spektrumu gerçektir.Sonuç olarak, spektrum asimetriktir, ancak w = 0'a göre simetriktir. Aynı sonuç tek bir A(t) fonksiyonu için de elde edilebilir. Bu durumda, spektrum tamamen hayali ve tuhaftır.

Çıkış spektrumunun simetrisi için, A(t)'nin t'ye göre çift veya tek olması şartıyla, q(t) bile gereklidir. A(t) çift ve tek fonksiyonların toplamı ise, o zaman çıkış spektrumu her koşulda asimetriktir.

Cıvıltı fazı eşittir ve genlik eşittir.

Çıkış spektrumu simetriktir.

A (t) = çift fonksiyon + tek fonksiyon ve q (t) bir çift fonksiyondur.

Diyelim ki, nerede

Spektrumun asimetrik olduğu ortaya çıktı.
Dar bant sinyali

Bu, sinyalin kapladığı frekans bandının taşıyıcı frekansından önemli ölçüde daha az olduğu herhangi bir sinyal anlamına gelir:.

A s (t) faz içi genlik olduğunda, B s (t) kareleme genliğidir.

Dar bant sinyalinin karmaşık genliği .

Döndürme operatörü nerede.

En basit tereddüt şeklinde sunulabilir , nerede . Bu ifadede, A (t) zarfı, A'nın aksine, verilen a (t) fonksiyonunu koruma koşulundan belirlenebilen zamanın bir fonksiyonudur.

Bu ifadeden, yeni A(t) fonksiyonunun geleneksel anlamda bir "zarf" olmadığı, çünkü a (t) eğrisini kesebileceğinden (A(t)'nin sahip olduğu noktalara dokunmak yerine) görülebilir. maksimum değer). Yani zarfı ve frekansı doğru belirlemedik. Anlık frekans yöntemi vardır - frekansı belirlemek için Hilbert yöntemi.

Eğer sinyal o zaman

Sinyalin tam fazı ve anlık frekans

Fiziksel zarf .

Referans frekansını w о değil, w о + Dw seçtiğimizi varsayalım, o zaman

, nerede .

Öncelikle

Karmaşık zarfın modülü, fiziksel zarfa eşittir ve frekans seçiminden bağımsız olarak sabittir.

İkinci karmaşık zarf özelliği:

Sinyal modülü s (t) her zaman u s (t)'den küçük veya ona eşittir. Cos w o t = 1 olduğunda eşitlik oluşur. Bu anlarda sinyal türevi ve zarf türevi eşittir.

Fiziksel zarf, maksimum sinyal genliği ile eşleşir.

Karmaşık zarfı bilerek, spektrumunu ve bunun aracılığıyla sinyalin kendisini bulabilirsiniz.

G (w) bilerek, U s (t) buluruz.

(-b-jt) ile çarpın ve sırasıyla reel ve sanal kısımları alın , ... Buradan genlik olacak .
^ analitik sinyal

olarak tanımlanan bir s (t) sinyali olsun ... İki parçaya bölelim .

o ifadede –– analitik sinyal. Bir değişken girerseniz, o zaman. Yani, aldık ... gerçek bir sinyal var , Hilbert eşlenik sinyali ... Analitik bir sinyal var .

, –– doğrudan ve ters Hilbert dönüşümü.
Hilbert yöntemi ile taşıyıcı ve zarfın belirlenmesi

sinyal genliği , onun aşaması ... Anlık frekans değeri .

Örnek: . .

–– zarfın kesin tanımı. Hilbert yönteminin kullanılması, zarfın açık ve kesinlikle güvenilir değerlerinin ve sinyalin anlık frekansının verilmesine izin verir.

–– bir Fourier serisinde herhangi bir sinyal genişletilebilir.

–– Hilbert eşlenik sinyali.

Sinyal Fourier serisi ile değil de Fourier integrali ile temsil ediliyorsa, aşağıdaki ilişkiler geçerlidir. , .
^ Analitik sinyal özellikleri

Analitik sinyal z s (t)'nin eşlenik sinyali z s * (t) ile çarpımı, orijinal (fiziksel) sinyal s (t) zarfının karesine eşittir.

Aksi takdirde, nerede.
Dar bant işlemi için Hilbert dönüşümü

Haydi, o zaman Hilbert eşlenik sinyali .

Buna dayanarak, elde ederiz

Hilbert dönüşümlerinin özellikleri

–– Hilbert dönüşümü, burada Н () dönüşüm operatörüdür.

Örnek... s(t) sinyali ideal bir düşük frekans sinyalidir.

Frekans ve zaman özellikleri

radyo devreleri

Doğrusal aktif bir iki kutuplu ağ olsun.

1. Aktarım işlevi ... Giriş sinyaline göre çıkış sinyalindeki değişikliği karakterize eder. Modül, frekans yanıtı veya basitçe frekans yanıtı olarak adlandırılır. Argüman, faz-frekans yanıtı veya basitçe fazdır.

2. Dürtü yanıtı –– devrenin tek bir darbeye tepkisi. Zaman içinde sinyaldeki değişimi karakterize eder. Aktarım işleviyle bağlantı, ters ve doğrudan Fourier dönüşümü (sırasıyla) aracılığıyla gerçekleştirilir. ... Veya Laplace dönüşümü aracılığıyla .

3. Geçici fonksiyon, zincirin tek bir sıçramaya verdiği tepkidir. Bu, sinyalin t zamanı içindeki birikimidir.
^ periyodik olmayan amplifikatör

En basit periyodik olmayan yükseltecin eşdeğer devresi. Yükseltici cihaz, iç iletkenliği G i = 1 / R i olan bir akım kaynağı SE 1 şeklinde sunulur. Kapasitans C, aktif elemanın elektrotlar arası kapasitansını ve yük direnci Rn'yi şöntleyen harici devrenin kapasitansını içerir.
Böyle bir amplifikatörün transfer fonksiyonu

S, aktif elemanın eğimidir, E 1 girişteki voltajdır.

Maksimum kazanç (at) ... Buradan , gecikme süresi nerede.

Transfer karakteristik modülü –– AFC. Yani bu amplifikatör sinyali yalnızca belirli bir frekans bandında geçirir. PFC –– .

Yukarıdakilerden, iletişim kanalı üzerinden iletim sürecinde sinyalin nasıl çeşitli dönüşümlere uğradığı görülmektedir. Bu süreçlerin bazıları, iletilen mesajların doğasının yanı sıra amaçlarına bakılmaksızın çoğu radyo mühendisliği sistemi için zorunludur. Bu temel süreçleri listeleyelim ve bu arada, Şekil 2'de gösterilen bir radyo mühendisliği kanalının genelleştirilmiş şemasıyla ilgili olarak ana özelliklerini not edelim. 1.1.

Orijinal mesajı elektrik sinyaline dönüştürme ve kodlama... Konuşma ve müzik iletirken, böyle bir dönüşüm bir mikrofon kullanılarak, görüntüleri iletirken (televizyon) - iletim tüpleri (örneğin, bir superortikon) kullanılarak gerçekleştirilir. Yazılı bir mesaj iletirken (radyotelgraf), ilk önce kodlama gerçekleştirilir; bu, metnin her harfinin, daha sonra standart karaktere dönüştürülen standart karakterlerin (örneğin, Mors alfabesindeki noktalar, tireler ve duraklamalar) bir kombinasyonu ile değiştirildiği anlamına gelir. elektrik sinyalleri (örneğin, farklı süreli veya farklı polariteli darbeler).

Şekildeki devre olduğuna dikkat edilmelidir. 1.1, iletişim kanalının "başlangıcında", yani doğrudan vericide bilgi girildiği duruma karşılık gelir. Durum biraz farklıdır, örneğin, bir radyo dalgasının boş alandaki bir hedeften yansıması sonucu bir hedef (menzil, yükseklik, hız vb.) hakkında bilgilerin girildiği bir radar kanalında.

Yüksek frekanslı titreşimlerin üretilmesi... Yüksek frekans üreteci, taşıyıcı frekans salınımlarının kaynağıdır. Telsiz iletişim kanalının amacına bağlı olarak, salınım gücü bir watt'ın binde biri ile milyonlarca watt arasında değişir. Doğal olarak, bu jeneratörlerin tasarım biçimleri ve boyutları farklıdır - en basit küçük boyutlu elemandan görkemli bir teknik yapıya kadar.

Yüksek frekanslı bir jeneratörün temel özellikleri, frekans ve aralık (bir çalışma frekansından diğerine hızlı bir şekilde geçme yeteneği), güç ve verimliliktir. Titreşim frekansının kararlılığı özellikle önemlidir. Radyo mühendisliği bu açıdan istisnai bir konumdadır. Radyo dalgalarının yayılma koşulları ve sinyal frekanslarının geniş spektrumu, çok yüksek taşıyıcı frekansların kullanımını zorunlu kılar. Girişim arka planına karşı sinyal işleme koşulları ve farklı radyo kanalları arasındaki karşılıklı girişimi azaltma ihtiyacı, mutlak frekans değişikliklerinde mümkün olan maksimum azalmayı sağlamayı gerekli kılmaktadır. Bu, bağıl frekans kararlılığı için son derece katı gereksinimlere yol açar.

Salınım kontrolü (modülasyon)... Modülasyon işlemi, iletilen mesajın yasasına göre yüksek frekanslı salınımın bir veya birkaç parametresinin değiştirilmesinden oluşur. Modülasyon sinyalinin frekansları, kural olarak, jeneratörün taşıyıcı frekansına kıyasla küçüktür.Modülasyonu uygulamak için, genellikle devrede bulunan elektronik cihazların elektrotlarının potansiyelini değiştirmeye dayanan çeşitli teknikler kullanılır. radyo verici cihaz. Modülasyon işleminin ana özelliği, yüksek frekanslı salınım parametresindeki değişiklik ile modülasyon sinyali arasındaki yazışma derecesidir.

Alıcıdaki Zayıf Sinyallerin Güçlendirilmesi... Alıcı anten, verici anten tarafından yayılan enerjinin ihmal edilebilir bir kısmını yakalar.Verici ve alıcı istasyonlar arasındaki mesafeye, anten radyasyonunun yönlülük derecesine ve radyo dalgası yayılım koşullarına bağlı olarak, alıcı girişindeki güç, 10 -10 ... 10 -14 W Alıcının çıkışında, güvenilir sinyal kaydı için, miliwatt, watt birimleri veya daha fazla düzende bir güç gereklidir. Bundan, alıcıdaki kazancın güç açısından 10 7 ... 10 14'e veya voltaj açısından 10 4 ... 10 7'ye ulaşması gerektiği görülebilir.

Modern alıcılarda, bir mikrovolt düzeyindeki giriş voltajlarında güvenilir sinyal kaydı sağlanır. Bu karmaşık sorunun çözümü, modern elektroniğin başarılarıyla mümkün olmuştur. Alıcının kararlılığını korurken yüksek kazanç sağlayan alıcı devreleri oluşturmak için özel yöntemler de önemli bir rol oynar. Bu yöntemler, iletilen sinyalin yapısı korunacak şekilde gerçekleştirilen alıcı yolundaki salınım frekansının dönüştürülmesini (düşürülmesini) içerir (Şekil 1.1'deki şemada, frekans dönüştürme işlemi gösterilmemiştir). Alıcı cihazlara ek olarak, frekans dönüştürme işlemi çeşitli radyo mühendisliği ve radyo ölçüm cihazlarında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Alıcıdaki kazanç sorunu, sinyali arka plan gürültüsünden ayırma sorunundan ayrılamaz. Bu nedenle, alıcının ana parametrelerinden biri seçiciliktir; bu, yararlı sinyalleri sinyalin toplamından ve frekanstaki sinyalden farklı olan yabancı etkileri (parazit) ayırma yeteneği anlamına gelir. Frekans seçiciliği, rezonans salınım devreleri kullanılarak gerçekleştirilir.

Bir mesajın yüksek frekanslı bir dalga biçiminden ayrılması (algılama ve kod çözme)... Algılama, modülasyonun tersi işlemidir. Algılama sonucunda, modüle edilmiş salınım değişikliklerinin parametrelerinden (genlik, frekans veya faz) biri gibi zamanla değişen bir voltaj (akım) elde edilmelidir. Başka bir deyişle, iletilen mesaj geri yüklenmelidir. Dedektör, kural olarak, alıcının çıkışında açılır, bu nedenle, alıcının önceki adımları tarafından zaten yükseltilmiş olan modüle edilmiş bir salınım uygulanır. Bir dedektör için temel gereksinim, dalga formunun doğru bir şekilde yeniden üretilmesidir.

Algılamadan sonra sinyalin kodu çözülür, yani işlem kodlamanın tersidir. Bir dizi radyo-teknik kanalda kodlama ve kod çözme kullanılmaz.

Listelenen işlemlere ek olarak, çeşitli amplifikatörlerde gerçekleştirilen frekans spektrumlarının dönüştürülmesi, salınımların frekans dönüşümü olmadan yükseltilmesi ile ilgili şu veya bu şekilde radyo mühendisliği cihazlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu amplifikatörler şunları içerir:

Alıcının çıkışının yanı sıra verici modülatörünün önünde kullanılan kontrol sinyallerinin düşük frekanslı yükselticileri;

Televizyon ve radar teknolojisinde ve ayrıca darbeli radyo iletişim sistemlerinde kullanılan kısa darbelerin yükselticileri;

Radyo verici cihazlarda kullanılan yüksek frekanslı yüksek güçlü yükselteçler;

Radyo alıcı ve ölçüm cihazlarında kullanılan zayıf sinyallerin yüksek frekanslı yükselticileri.

Daha önce belirtildiği gibi, herhangi bir radyo mühendisliği hattının doğasında bulunan bahsedilen işlemlere ek olarak, bir dizi özel durumda başka birçok işlem yaygın olarak kullanılmaktadır: frekans çarpma ve bölme, kısa darbelerin üretilmesi, çeşitli darbe modülasyon türleri, vesaire.

Bölüm 1 Radyo Mühendisliği Sinyallerinin Genel Teorisinin Unsurları

"Sinyal" terimi genellikle sadece bilimsel ve teknik konularda değil, aynı zamanda günlük yaşamda da bulunur. Bazen terminolojinin ciddiyetini düşünmeden sinyal, mesaj, bilgi gibi kavramları tanımlarız. Bu genellikle yanlış anlamalara yol açmaz, çünkü "sinyal" kelimesi geniş bir anlam aralığına sahip olan Latince "signum" - "işaret" teriminden gelir.

Bununla birlikte, teorik radyo mühendisliği üzerine sistematik bir çalışmaya başlayarak, mümkünse "sinyal" kavramının anlamını netleştirmek gerekir. Kabul edilen geleneğe göre, bir sinyal, mesajları görüntülemeye, kaydetmeye ve iletmeye hizmet eden bir nesnenin fiziksel durumunu zaman içinde değiştirme süreci olarak adlandırılır. İnsan faaliyetinin pratiğinde, mesajlar, içlerinde bulunan bilgilerle ayrılmaz bir şekilde bağlantılıdır.

"Mesaj" ve "bilgi" kavramlarına dayanan konuların yelpazesi çok geniştir. Mühendislerin, matematikçilerin, dilbilimcilerin, filozofların yakından ilgilendiği bir nesnedir. 40'lı yıllarda, K. Shannon, derin bir bilimsel yön - bilgi teorisi geliştirmenin ilk aşamasını tamamladı.

Burada bahsedilen sorunların kural olarak "Radyo devreleri ve sinyalleri" dersinin kapsamının çok ötesine geçtiği söylenmelidir. Bu nedenle, bu kitap, sinyalin fiziksel görünümü ile içerdiği mesajın anlamı arasındaki ilişkiyi açıklamayacaktır. Ayrıca, mesajda ve nihayetinde sinyalde yer alan bilgilerin değeri sorusu tartışılmayacaktır.

1.1. Radyo mühendisliği sinyallerinin sınıflandırılması

Herhangi bir yeni nesne veya fenomeni incelemeye başlarken, bilim her zaman onların ön sınıflandırmasını yapmaya çalışır. Aşağıda, sinyallerle ilgili olarak böyle bir girişimde bulunulmaktadır.

Ana amaç, sınıflandırma kriterlerinin yanı sıra bir sonraki için çok önemli olan belirli bir terminoloji oluşturmaktır.

Matematiksel modeller aracılığıyla sinyallerin tanımı.

Fiziksel süreçler olarak sinyaller, elektronik osiloskoplar, voltmetreler, alıcılar gibi çeşitli alet ve cihazlar kullanılarak incelenebilir. Bu ampirik yöntemin önemli bir dezavantajı vardır. Deneyci tarafından gözlemlenen fenomenler, her zaman, temel özelliklerini yargılamayı, değişen koşullar altında sonuçları tahmin etmeyi mümkün kılacak genelleme derecesinden yoksun, özel, izole tezahürler olarak görünür.

Sinyalleri teorik çalışmanın ve hesaplamaların nesneleri yapmak için, matematiksel açıklamalarının yöntemini belirtmeli veya modern bilim dilinde incelenen sinyalin matematiksel bir modelini oluşturmalısınız.

Bir sinyalin matematiksel modeli, örneğin, argümanı zaman olan işlevsel bir bağımlılık olabilir. Kural olarak, gelecekte, bu tür matematiksel sinyal modelleri, Latin alfabesi s (t), u (t), f (t), vb.

Bir modelin oluşturulması (bu durumda fiziksel bir sinyal), bir olgunun özelliklerinin sistematik olarak incelenmesine yönelik ilk temel adımdır. Her şeyden önce, matematiksel model, sinyal taşıyıcının özel doğasından soyutlama yapılmasına izin verir. Radyo mühendisliğinde aynı matematiksel model, akım, voltaj, elektromanyetik alan gücü vb. eşit başarıyla açıklar.

Matematiksel bir model kavramına dayanan soyut yöntemin temel yanı, nesnel olarak kesin olarak önemli görünen sinyallerin özelliklerini tam olarak tanımlama fırsatına sahip olmamızdır. Aynı zamanda, çok sayıda ikincil işaret göz ardı edilir. Örneğin, vakaların ezici çoğunluğunda, deneysel olarak gözlemlenen elektriksel salınımlara karşılık gelen tam işlevsel bağımlılıkları seçmek son derece zordur. Bu nedenle, araştırmacı, kendisine sunulan tüm bilgi setinin rehberliğinde, belirli bir durumda fiziksel süreci en iyi ve en basit şekilde tanımlayanları mevcut matematiksel sinyal modelleri cephaneliğinden seçer. Dolayısıyla bir model seçmek oldukça yaratıcı bir süreçtir.

Sinyalleri tanımlayan fonksiyonlar hem gerçek hem de karmaşık değerler alabilir. Bu nedenle, aşağıda sıklıkla gerçek ve karmaşık sinyaller hakkında konuşacağız. Şu veya bu ilkenin kullanımı matematiksel bir kolaylık meselesidir.

Sinyallerin matematiksel modellerini bilerek, bu sinyalleri birbirleriyle karşılaştırabilir, kimliklerini ve farklılıklarını belirleyebilir ve bir sınıflandırma yapabilir.

Tek boyutlu ve çok boyutlu sinyaller.

Radyo mühendisliği için tipik bir sinyal, bir devrenin terminallerindeki voltaj veya bir daldaki akımdır.

Zamanın bir fonksiyonu ile tanımlanan böyle bir sinyale genellikle tek boyutlu denir. Bu kitapta, çoğunlukla tek boyutlu sinyaller incelenecektir. Bununla birlikte, bazen çok boyutlu veya vektör biçimindeki sinyalleri dikkate almak uygundur.

bazı tek boyutlu sinyaller tarafından oluşturulur. N tamsayısına böyle bir sinyalin boyutu denir (terminoloji lineer cebirden ödünç alınmıştır).

Çok boyutlu bir sinyal, örneğin, bir çok kutbun terminallerindeki bir voltaj sistemidir.

Çok boyutlu bir sinyalin, tek boyutlu sinyallerin sıralı bir koleksiyonu olduğuna dikkat edin. Bu nedenle, genel durumda, farklı bileşen sırasına sahip sinyaller birbirine eşit değildir:

Çok değişkenli sinyal modelleri, özellikle karmaşık sistemlerin işleyişinin bir bilgisayar kullanılarak analiz edildiği durumlarda kullanışlıdır.

Deterministik ve rastgele sinyaller.

Radyo-teknik sinyallerin bir başka sınıflandırma ilkesi, anlık değerlerini herhangi bir zamanda doğru bir şekilde tahmin etme olasılığına veya imkansızlığına dayanmaktadır.

Sinyalin matematiksel modeli böyle bir tahmine izin veriyorsa, sinyale deterministik denir. Atama yöntemleri değiştirilebilir - matematiksel bir formül, bir hesaplama algoritması ve son olarak sözlü bir açıklama.

Kesin olarak konuşursak, deterministik sinyaller ve bunlara karşılık gelen deterministik süreçler mevcut değildir. Sistemin çevreleyen fiziksel nesnelerle kaçınılmaz etkileşimi, kaotik termal dalgalanmaların varlığı ve sistemin ilk durumu hakkında eksik bilgi - tüm bunlar bizi gerçek sinyalleri zamanın rastgele işlevleri olarak düşünmeye zorlar.

Radyo mühendisliğinde, rastgele sinyaller genellikle kendilerini girişim olarak göstererek alınan dalga biçiminden bilgi alınmasını engeller. Girişime karşı koyma, radyo alımının gürültü bağışıklığını artırma sorunu, radyo mühendisliğinin temel sorunlarından biridir.

"Rastgele sinyal" kavramı tartışmalı görünebilir. Ancak öyle değil. Örneğin, bir kozmik radyasyon kaynağına yönlendirilen bir radyo teleskop alıcısının çıkışındaki sinyal, doğal bir nesne hakkında çeşitli bilgiler taşıyan kaotik salınımlardır.

Deterministik ve rastgele sinyaller arasında aşılmaz bir sınır yoktur.

Sıklıkla, girişim seviyesinin bilinen bir şekle sahip faydalı bir sinyal seviyesinden çok daha az olduğu durumlarda, eldeki görev için daha basit bir deterministik modelin oldukça yeterli olduğu ortaya çıkar.

Rastgele sinyallerin özelliklerinin analizi için son yıllarda geliştirilen istatistiksel radyo mühendisliği yöntemleri, birçok özel özelliğe sahiptir ve olasılık teorisinin matematiksel aparatına ve rastgele süreçler teorisine dayanmaktadır. Bu kitabın bazı bölümleri tamamen bu tür sorulara ayrılacaktır.

Dürtü sinyalleri.

Radyo mühendisliği için çok önemli bir sinyal sınıfı, dürtülerdir, yani yalnızca sınırlı bir süre içinde var olan salınımlardır. Bu durumda, video darbeleri (Şekil 1.1, a) ve radyo darbeleri (Şekil 1.1, b) arasında bir ayrım yapılır. Bu iki ana dürtü türü arasındaki fark aşağıdaki gibidir. Eğer - video darbesi, o zaman ilgili radyo darbesi (frekans ve başlangıç keyfidir). Bu durumda, işleve radyo darbesinin zarfı denir ve işleve doldurma adı verilir.

Pirinç. 1.1. Darbe sinyalleri ve özellikleri: a - video darbesi, b - radyo darbesi; c - darbenin sayısal parametrelerinin belirlenmesi

Teknik hesaplamalarda, darbenin "ince yapısının" ayrıntılarını dikkate alan eksiksiz bir matematiksel model yerine, genellikle şekli hakkında basitleştirilmiş bir fikir veren sayısal parametreler kullanırlar. Bu nedenle, bir yamuk şekline yakın bir video darbesi için (Şekil 1.1, c), genliğini (yüksekliğini) A belirlemek gelenekseldir. Zaman parametrelerinden darbe süresini, ön süreyi ve kesme süresini gösterir.

Radyo mühendisliğinde, genlikleri bir mikrovolt'un kesirlerinden birkaç kilovolta kadar değişen ve süreleri bir nanosaniyenin kesirlerine ulaşan voltaj darbeleriyle ilgilenirler.

Analog, ayrık ve sayısal sinyaller.

Radyo-teknik sinyallerin sınıflandırılması ilkelerine kısa bir genel bakışın ardından, aşağıdakileri not ediyoruz. Çoğu zaman bir sinyal üreten fiziksel süreç, sinyal değerlerinin ölçülebileceği şekilde zamanla gelişir. zaman içinde herhangi bir an. Bu sınıfın sinyalleri genellikle analog (sürekli) olarak adlandırılır.

"Analog sinyal" terimi, böyle bir sinyalin, onu oluşturan fiziksel sürece tamamen benzer şekilde "analog" olduğunu vurgular.

Tek boyutlu bir analog sinyal, sürekli veya kırılma noktalı olabilen grafiği (osilogram) ile açıkça temsil edilir.

Başlangıçta, radyo mühendisliğinde yalnızca analog tipte sinyaller kullanıldı. Bu tür sinyaller, nispeten basit teknik sorunları (radyo iletişimi, televizyon vb.) başarıyla çözmeyi mümkün kıldı. Analog sinyallerin üretilmesi, alınması ve işlenmesi o sırada mevcut olan araçları kullanarak kolaydı.

Radyo mühendisliği sistemleri için artan gereksinimler, çeşitli uygulamalar, yapılarının yeni ilkelerini aramaya zorladı. Bazı durumlarda, analog sistemlerin yerini, çalışması ayrık sinyallerin kullanımına dayanan darbe sistemleri almıştır. Ayrık bir sinyalin en basit matematiksel modeli, zaman ekseninde, her birinde sinyalin referans değerinin belirlendiği sayılabilir bir nokta kümesidir - bir tam sayı). Tipik olarak, her sinyal için örnekleme hızı sabittir.

Ayrık sinyallerin analog sinyallere göre avantajlarından biri, sinyali her zaman sürekli olarak yeniden üretmeye gerek olmamasıdır. Bu nedenle, aynı radyo bağlantısı üzerinden farklı kaynaklardan mesajları iletmek, kanalların zaman bölümü ile çok kanallı iletişimi organize etmek mümkün hale gelir.

Sezgisel olarak, zamanla değişen hızlı analog sinyallerin örneklenmesi için küçük adımlar gerekir. ch. 5 Temelde önemli olan bu konu ayrıntılı olarak incelenecektir.

Ayrık sinyallerin özel bir türü dijital sinyallerdir. Okuma değerlerinin sayı şeklinde sunulması ile karakterize edilirler. Uygulama ve işlemenin teknik kolaylığı nedeniyle, genellikle sınırlı ve genellikle çok fazla olmayan basamaklı ikili sayılar kullanılır. Son zamanlarda, dijital sinyalli sistemlerin yaygın olarak benimsenmesine yönelik bir eğilim olmuştur. Bu, mikro elektronik ve entegre devre tarafından yapılan önemli ilerlemelerden kaynaklanmaktadır.

Özünde, herhangi bir ayrık veya dijital sinyalin (bir sinyalden bahsediyoruz - matematiksel bir model değil, fiziksel bir süreç) bir analog sinyal olduğu akılda tutulmalıdır. Böylece, yavaş değişen bir analog sinyal, aynı süreye sahip bir dizi dikdörtgen video darbesi biçimindeki ayrı görüntüsüyle karşılaştırılabilir (Şekil 1.2, a); ethnh darbelerinin yüksekliği, referans noktalarındaki değerlerle orantılıdır. Bununla birlikte, darbelerin yüksekliğini sabit tutarak, ancak sürelerini mevcut okuma değerlerine göre değiştirerek farklı davranabilirsiniz (Şekil 1.2, b).

Pirinç. 1.2. Analog sinyalin ayrıklaştırılması: a - değişken genlikte; b - sayma darbelerinin değişken süresi ile

Örnekleme noktalarındaki analog sinyal değerlerinin tek tek video darbelerinin alanıyla orantılı olduğunu varsayarsak, burada sunulan iki analog sinyal örnekleme yöntemi eşdeğer hale gelir.

Örnek değerlerin sayı biçiminde sabitlenmesi, ikincisi bir dizi video darbesi şeklinde görüntülenerek de gerçekleştirilir. İkili sayı sistemi bu prosedür için idealdir. Örneğin, yüksek bir seviyeyi bir ile ve düşük bir potansiyel seviyeyi sıfır ile ilişkilendirebilirsiniz, f Ayrık sinyaller ve özellikleri ayrıntılı olarak Ch'de incelenecektir. 15.

Ana radyo mühendisliği süreçleri, mesajları içeren ve taşıyan sinyallerin dönüştürülmesi süreçleridir. Temel süreçler, bu sistemlerin yapısı ve amacı ne olursa olsun, hangi sınıfa ve hangi teknoloji nesline ait olduğuna bakılmaksızın tüm radyo elektronik sistemleri için yaklaşık olarak aynıdır (benzer).

13. Yüksek frekanslı radyo sinyallerinin yayılması ve radyo dalgalarının yayılması

13.1. Radyo sinyalleri ve elektromanyetik dalgalar

Elektromanyetik indüksiyon yasasına göre, değişen bir manyetik alanı çevreleyen bir devrede bu devrede bir akımı uyaran bir EMF ortaya çıkar. Kılavuz burada önemli bir rol oynamaz. Sadece indüklenen akımın tespit edilmesini sağlar. J.K. Maxwell tarafından ortaya konan indüksiyon olgusunun gerçek özü, manyetik alanın değiştiği uzayda, zamanla değişen bir elektrik alanının ortaya çıkmasıdır. Bu zamanla değişen elektrik alanı Maxwell, elektrik yer değiştirme akımı olarak adlandırdı.

Durağan yükler alanından farklı olarak, zamanla değişen bir elektrik alanının (elektrik yer değiştirme akımı) kuvvet çizgileri, bir manyetik alanın kuvvet çizgileriyle aynı şekilde kapatılabilir. Bu nedenle, elektrik ve manyetik alanlar arasında yakın bir bağlantı ve etkileşim vardır. Aşağıdaki yasalarla kurulmuştur.

1. Uzayda herhangi bir noktada zamanla değişen bir elektrik alanı, değişen bir manyetik alan yaratır. Manyetik alanın kuvvet çizgileri, onu yaratan elektrik alanın kuvvet çizgilerini kaplar, Şek. 13.1, a). Uzaydaki her noktada, elektrik alan kuvveti vektörü E ve manyetik alan kuvvetinin vektörü n birbirine diktir.

2. Uzayda herhangi bir noktada zamanla değişen bir manyetik alan, değişen bir elektrik alanı yaratır. Elektrik alanının kuvvet çizgileri, Şekil 3.1'deki alternatif manyetik alanın kuvvet çizgilerini kapsar. B). Düşünülen uzayın her noktasında, manyetik alan kuvveti vektörü n ve elektrik alan kuvvetinin vektörü E karşılıklı olarak dik.

3. Alternatif bir elektrik alanı ve onunla ayrılmaz bir şekilde bağlantılı alternatif bir manyetik alan, bir elektromanyetik alan oluşturur.

Pirinç. 13.1. Öncelikle a) ve ikinci B) elektromanyetik alan yasaları (Maxwell yasaları)

Elektromanyetik enerjinin uzayda bir dalga tarafından transferi, vektör ile karakterize edilir. NS elektrik ve manyetik alanların kuvvetlerinin vektör ürününe eşittir:

vektör yönü NS dalga yayılma yönü ile örtüşür ve modül, dalga yayılma yönüne dik bir birim alan boyunca dalganın birim zamanda aktardığı enerji miktarına sayısal olarak eşittir. Her türden enerji akışı kavramı ilk olarak N.A. 1874'te Umov. Vektörün formülü NS 1884'te Poynting tarafından elektromanyetik alan denklemleri temelinde elde edildi. Bu nedenle, vektör NS, modülü, dalga gücü akı yoğunluğuna eşit olan, Umov-Poynting vektörü olarak adlandırılır.

Elektromanyetik alanın en önemli özelliği, uzayda oluştuğu noktadan itibaren her yöne hareket etmesidir. Alan, elektromanyetik bozulma kaynağının etkisi sona erdikten sonra bile var olabilir. Değişen elektrik ve manyetik alanlar, uzayda bir noktadan diğerine geçerek, boşlukta ışık hızında (3108 m/s) yayılır.

Periyodik olarak değişen bir elektromanyetik alanın yayılma süreci bir dalga sürecidir. Yayılan alanın elektromanyetik dalgaları, yollarında iletkenlerle buluşur, içlerinde indüklenen EMF'yi yaratan elektromanyetik alanın frekansıyla aynı frekansta bir EMF'yi uyarır. Elektromanyetik dalgaların taşıdığı enerjinin bir kısmı iletkenlerde oluşan akımlara aktarılır.

Elektromanyetik salınımın bir periyoduna eşit bir zamanda dalga cephesinin hareket ettiği mesafeye dalga boyu denir.

Radyo dalgaları, termal ve ultraviyole radyasyon, ışık, X-ışınları ve -radyasyonu, tümü elektromanyetik yapıya sahip, ancak farklı uzunluklara sahip dalgalardır. Ve tüm bu dalgalar farklı elektronik sistemler tarafından kullanılıyor. Frekansa göre sıralanmış elektromanyetik dalgaların ölçeği F, dalga boyu ve aralığın adı Şek. 4.2.

Elektromanyetik alanın yayılma koşullarının bilgisi, radyo-elektronik sistemlerin menzilini ve kapsamını, yakalanan sinyallerde bulunan bilgilere teknik keşif yoluyla yetkisiz erişimin mümkün olduğu tehlikeli mesafeleri belirlemek için çok önemlidir. Mümkünse, teknik keşif ekipmanının varlığını dışlamak için müdahale tehlikesi bulunan alan izlenir. Diğer durumlarda, keşif elektromanyetik alanları için bilgilendirici sinyaller tarafından taşınan bilgileri korumak için başka önlemler almak gerekir.

Elektromanyetik alanların yayılma koşulları, önemli ölçüde frekansa (dalga boyu) bağlıdır. Radyo dalgalarının yayılması, kızılötesi radyasyonun, görünür ışığın ve daha şiddetli radyasyonun yayılmasından önemli ölçüde farklıdır.

Radyo dalgalarının boşlukta boşlukta yayılma hızı, ışık hızına eşittir. Radyo dalgası tarafından taşınan toplam enerji sabit kalır ve enerji akısı yoğunluğu, kaynaktan r mesafesi arttıkça azalır. r 2. Radyo dalgalarının diğer ortamlarda yayılması, farklı bir faz hızı ile gerçekleşir. ile birlikte ve elektromanyetik enerjinin emilmesi eşlik eder. Her iki etki de, dalganın elektrik alanının etkisiyle gözenekli ortamın elektron ve iyonlarının salınımlarının uyarılmasıyla açıklanır. Eğer alan gücü | E | bir harmonik dalga, ortamın kendisindeki yüklere (örneğin, bir atomdaki bir elektrona) etki eden alanın gücüne kıyasla küçüktür, o zaman salınımlar ayrıca gelen dalganın frekansı ile bir harmonik yasaya göre meydana gelir. Salınım yapan elektronlar, aynı frekansta, ancak farklı genlik ve fazlarda ikincil radyo dalgaları yayar. Gelen dalga ile ikincil dalgaların eklenmesi sonucunda yeni genlik ve faza sahip bir bileşke dalga oluşur. Birincil ve yeniden yayılan dalgalar arasındaki faz kayması, faz hızında bir değişikliğe yol açar. Bir dalganın atomlarla etkileşimi sırasındaki enerji kayıpları, radyo dalgalarının absorpsiyonunun nedenidir.

Dalganın elektrik (ve tabii ki manyetik) alanının genliği, yasaya göre mesafe ile azalır.

ve dalganın fazı şu şekilde değişir:

nerede  – absorpsiyon oranı ve n- dielektrik bağlı olarak kırılma indisi geçirgenlik ortam, iletkenliği o ve dalga frekansı:

Ortam bir dielektrik gibi davranır , Eğer
ve eğer bir iletken olarak
... İlk durumda
, absorpsiyon küçüktür, ikinci
.

 ve frekansa bağlı olduğu bir ortamda dalga dağılımı gözlenir . Frekans bağımlılığının türü ve ortamın yapısı tarafından belirlenir. Radyo dalgalarının dağılımı, dalga frekansının ortamın karakteristik doğal frekanslarına yakın olduğu durumlarda, örneğin radyo dalgalarının iyonosferik ve uzay plazmasında yayıldığı durumlarda özellikle önemlidir.

Radyo dalgaları, serbest elektron içermeyen ortamlarda (troposferde, Dünya'nın iç kısmında) yayıldığında, ortamın atomlarında ve moleküllerinde, dalga alanının tersi yönde bağlı elektronların yer değiştirmesi olur. E, nerede n> 1 ve faz hızı v F<ile birlikte(enerji taşıyan bir radyo sinyali bir grup hızıyla yayılır v gr<ile birlikte). Plazmada dalga alanı, serbest elektronların doğru yönde yer değiştirmesine neden olur. E, burada n<1 иv F<ile birlikte.

Homojen ortamlarda, radyo dalgaları, ışık ışınları gibi düz bir çizgide yayılır. Bu durumda radyo dalgalarının yayılması, geometrik optik yasalarına uyar. Dünya'nın küreselliği göz önüne alındığında, görüş hattı aralığı, basit geometrik yapılara dayalı olarak orana göre tahmin edilebilir.

nerede H prd ve H prm - verici ve alıcı antenlerin konumunun metre cinsinden yükseklikleri; R - kilometre cinsinden görüş hattı aralığı.

Ancak gerçek ortamlar homojen değildir. içlerinde n ve sonuç olarak, vφ radyo dalgasının yörüngesinin eğriliğine yol açan ortamın farklı bölümlerinde farklıdır. Radyo dalgalarının kırılması (kırılması) meydana gelir. Radyo dalgalarının normal kırılmasını hesaba katarak, maksimum menzil, orandan daha doğru bir şekilde belirlenir.

Eğer NS bir koordinata bağlıdır, örneğin yükseklik H(düz katmanlı ortam), daha sonra her düz katmandan bir dalga geçtiğinde, bir noktada homojen olmayan bir ortama bir ışın gelir. n 0 = 1 bir açıda uzayda 0 kavislidir, böylece ortamın keyfi bir noktasında H oran gözlenir:

Eğer NS arttıkça azalır H, daha sonra, kırılmanın bir sonucu olarak, ışın yayılırken dikeyden ve belirli bir yükseklikte sapar. H m yatay düzleme paralel hale gelir ve sonra aşağı doğru uzanır. Maksimum yükseklik H Işının homojen olmayan düz katmanlı bir ortama nüfuz edebileceği m, gelme açısına 0 bağlıdır. Bu açı şu koşuldan belirlenebilir:

Bölgeye H>H m ışınları nüfuz etmez ve geometrik optik yaklaşıma göre bu bölgedeki dalga alanı 0'a eşit olmalıdır. Aslında, düzlemin yakınında H=H m dalga alanı artar ve h> h m katlanarak azalır. Radyo dalgalarının yayılması sırasında geometrik optik yasalarının ihlali, radyo dalgalarının geometrik gölge bölgesine girebilmesi nedeniyle dalga kırınımı ile ilişkilidir. Geometrik gölge bölgesinin o6 sınırında karmaşık bir dalga alanı dağılımı oluşur. Radyo dalgalarının kırınımı, yollarında engeller (opak veya yarı saydam cisimler) olduğunda meydana gelir. Kırınım, özellikle engellerin boyutu dalga boyu ile karşılaştırılabilir olduğunda önemlidir.

Radyo dalgalarının yayılması, farklı elektriksel özelliklere sahip iki ortam (örneğin, atmosfer, Dünya yüzeyi veya troposfer - yeterince uzun dalgalar için iyonosferin alt sınırı) arasındaki keskin bir sınırın (z ölçeğinde) yakınında meydana gelirse. , daha sonra radyo dalgaları keskin sınıra düştüğünde, yansıyan ve kırılan (iletilen) radyo dalgaları.

Homojen olmayan ortamlarda, enerji akışının belirli yüzeyler arasında lokalize olduğu radyo dalgalarının dalga kılavuzu yayılımı mümkündür, çünkü aralarındaki dalga alanları homojen bir ortama göre mesafe ile daha yavaş azalır. Atmosferik dalga kılavuzları bu şekilde oluşur .

Rastgele yerel homojensizlikler içeren bir ortamda, ikincil dalgalar rastgele farklı yönlerde yayılır. Saçılan dalgalar, orijinal dalganın enerjisini kısmen taşır ve bu da zayıflamasına neden olur. Boyut homojen olmamalarına göre saçılma için ben<<рассеянные волны распространяются почти изотропно. В случае рассеяния на крупномасштабных прозрачных неоднородностях рассеянные волны распространяются правлениях, близких к направлению исходной волны. Приben güçlü rezonans saçılması meydana gelir.

Radyo dalgalarının yayılmasında Dünya yüzeyinin etkisi vericinin ve alıcının ona göre konumuna bağlıdır. Radyo yayılımı, geniş bir alan alanını kapsayan bir süreçtir, ancak radyo dalgalarının yayılmasında en önemli rol, odaklarında mesafenin olduğu saçılma elipsoidi şeklinde bir yüzey tarafından sınırlanan alan tarafından oynanır. r verici ve alıcı bulunur.

eğer yükseklikler H 1 ve H Dünya yüzeyinin üzerindeki verici ve alıcı antenleri özetleyen 2, dalga boyuna kıyasla büyüktür, daha sonra radyo dalgalarının yayılmasını etkilemez . Radyo yolunun uç noktalarından her ikisi veya biri indirildiğinde, Dünya yüzeyinden spekülere yakın bir yansıma gözlemlenecektir. Bu durumda, alıcı noktadaki radyo dalgası, doğrudan ve yansıyan dalgaların girişimi ile belirlenir. . Girişim maksimumları ve minimumları, alıcı alandaki alanın lob yapısını belirler. Bu model özellikle metre ve daha kısa radyo dalgaları için tipiktir. Bu durumda radyo iletişiminin kalitesi, toprağın iletkenliği ile belirlenir. Yerkabuğunun yüzey tabakasını oluşturan topraklar ile denizlerin ve okyanusların suları elektriksel iletkenliğe sahiptir. Ama o zamandan beri NS ve frekansa bağlıysa, o zaman santimetre dalgalar için dünya yüzeyinin tüm türleri bir dielektrik özelliklerine sahiptir. Metre ve daha uzun dalgalar için Dünya, dalgaların derinlere nüfuz ettiği bir iletkendir.
( 0, vakumdaki dalga boyudur). Bu nedenle, yeraltı ve su altı radyo iletişimi için çoğunlukla uzun ve süper uzun dalgalar kullanılır.

Dünya yüzeyinin şişkinliği, vericinin alıcı noktadan (görüş hattı) görülebildiği mesafeyi sınırlar. Bununla birlikte, radyo dalgaları daha büyük bir mesafe için gölge alana nüfuz edebilir.
(r h - Dünya'nın yarıçapı), kırınım sonucunda Dünya'nın etrafında bükülme. Pratikte, kırınım nedeniyle bu bölgeye sadece kilometrelerce ve daha uzun dalgalar girebilir. Ufukta, alan artan yükseklikle büyür H 1, yayıcı yükseltilir ve ondan uzaklaştıkça hızla (neredeyse katlanarak) azalır.

Dünya yüzeyinin kabartmasının radyo dalgalarının yayılması üzerindeki etkisi, düzensizliklerin yüksekliğine bağlıdır. H, yatay uzunlukları ben, dalga boyu ve yüzeydeki dalganın gelme açısı. Düzensizlikler yeterince küçük ve yeterince sığ ise, khçünkü<1(
– dalga numarası) ve Rayleigh kriteri karşılanır: k 2 ben 2 çünkü<1, то они слабо влияют на распространение радиоволн. Влияние неровностей зависит, также от поляризации волн. Например, для горизонтально поляризованных волн оно меньше, чем для волн, поляризованных вертикально. Когда не ровности не малы и не пологи, энергия радиоволны может рассеиваться (радиоволна отражается от них). Высокие горы и холмы сh> gölgeli alanlar oluşturur. Dağ sıralarındaki radyo dalgalarının kırınımı, bazen doğrudan ve yansıyan dalgaların girişimi nedeniyle dalga amplifikasyonuna yol açar: dağın zirvesi doğal bir tekrarlayıcı görevi görür.

Yayıcının yakınında dünya yüzeyi boyunca (dünya dalgaları) yayılan radyo dalgalarının faz hızı, elektriksel özelliklerine bağlıdır. Ancak, emitörden birkaç  uzaklıkta v f  C. Radyo dalgaları elektriksel olarak homojen olmayan bir yüzey üzerinde yayılırsa, örneğin önce karada ve sonra denizde, daha sonra kıyı şeridini geçerken, radyo dalgalarının yayılma genliği ve yönü önemli ölçüde değişir (kıyı kırılması gözlenir).

Troposferde radyo dalgalarının yayılması. Troposfer - hava sıcaklığının genellikle yükseklikle azaldığı alan H. Tropopozun dünyanın üzerindeki yüksekliği aynı değildir: ekvatorun üzerinde kutupların üstünden daha fazladır ve kuvvetli batı rüzgarlarının olduğu bir sistemin olduğu orta enlemlerde aniden değişir. Troposfer, bir gaz ve su buharı karışımından oluşur;  birkaç santimetreden fazla olan radyo dalgaları için iletkenliği önemsizdir. Troposfer, vakuma yakın özelliklere sahiptir, çünkü Dünya yüzeyine yakın kırılma indisi
ve faz hızı sadece biraz daha azdır ile birlikte... Yükseklik arttıkça hava yoğunluğu azalır ve bu nedenle NS azalmakta, birliğe daha da yaklaşmaktadır. Bu, radyo ışınlarının yörüngelerinin Dünya'ya sapmasına yol açar. Bu normal troposferik kırılma, radyo dalgalarının görüş hattının ötesinde yayılmasına katkıda bulunur, çünkü kırılma nedeniyle dalgalar Dünya'nın şişkinliği etrafında bükülebilir. Pratikte bu etki sadece VHF için rol oynayabilir. Daha uzun dalga boyları için, kırınım nedeniyle Dünya'nın çıkıntısının bükülmesi baskındır.

Havanın yoğunluğu basınç, sıcaklık ve neme bağlı olduğundan meteorolojik koşullar normale göre kırılmayı zayıflatabilir veya artırabilir. Genellikle troposferde, gaz basıncı ve sıcaklık yükseklikle azalır ve su buharı basıncı artar. Bununla birlikte, bazı meteorolojik koşullar altında (örneğin, deniz üzerinde kara üzerinde hava ısıtıldığında), hava sıcaklığı yükseklikle artar (sıcaklık inversiyonu). Sapmalar özellikle yaz aylarında 2 ... 3 km yükseklikte büyüktür. Bu koşullar altında, genellikle sıcaklık inversiyonları ve bulut katmanları oluşur ve troposferdeki radyo dalgalarının kırılması o kadar güçlü olabilir ki, belirli bir yükseklikte ufka küçük bir açıyla salınan bir radyo dalgası yön değiştirir ve geri döner. Toprak. Aşağıdan dünya yüzeyiyle ve yukarıdan troposferin kırılma tabakasıyla sınırlanan bir boşlukta, bir dalga çok uzun mesafelerde yayılabilir (dalga kılavuzu yayılımı). Troposferik dalga kılavuzlarında, kural olarak,  ile dalgalar<1 м.

Troposferdeki radyo dalgalarının absorpsiyonu, santimetre aralığına kadar olan tüm radyo dalgaları için ihmal edilebilir düzeydedir. Titreşim frekansı hava moleküllerinin doğal titreşim frekanslarından biriyle (rezonans absorpsiyon) çakıştığında santimetre ve daha kısa dalgaların absorpsiyonu keskin bir şekilde artar. Moleküller, ısıya dönüşen ve yalnızca kısmen ikincil dalgalara aktarılan gelen dalgadan enerji alır. Troposferde bir dizi rezonans absorpsiyon çizgisi bilinmektedir: = 1.35 cm, 1.5 cm, 0.75 cm (su buharında absorpsiyon) ve = 0.5 cm, 0.25 cm (oksijende absorpsiyon). Daha zayıf absorpsiyon bölgeleri (şeffaflık pencereleri) rezonans çizgileri arasında yer alır.

Radyo dalgalarının zayıflaması, hava kütlelerinin türbülanslı hareketinden kaynaklanan homojen olmayanlar üzerindeki saçılmalardan da kaynaklanabilir. . Havada yağmur, kar, sis şeklinde damla düzensizlikleri olduğunda saçılma keskin bir şekilde artar. Küçük ölçekli düzensizlikler üzerindeki neredeyse izotropik Rayleigh saçılması, görüş hattını çok aşan mesafelerde radyo iletişimini mümkün kılar. Böylece, troposfer VHF'nin yayılmasını önemli ölçüde etkiler. Dekametre ve daha uzun dalgalar için, troposfer pratik olarak şeffaftır ve yayılmaları, dünyanın yüzeyinden ve atmosferin daha yüksek katmanlarından (iyonosfer) etkilenir.

İyonosferde radyo dalgalarının yayılması.İyonosfer, gazların kısmen (% 1'e kadar) ultraviyole, X-ışını ve korpüsküler güneş radyasyonunun etkisi altında iyonize olduğu dünya atmosferinin üst katmanlarından oluşur. İyonosfer elektriksel olarak nötrdür, eşit sayıda pozitif ve negatif yüklü parçacık içerir, yani. plazma .

Radyo dalgalarının yayılmasını etkileyen yeterince büyük bir iyonizasyon, 60 km yükseklikte başlar (katman NS), 300 ... 400 km yüksekliğe çıkar, katmanlar oluşturur E, F 1 , F 2 , sonra yavaş yavaş azalır. Ana maksimumda, elektron konsantrasyonu n 10 2 m -3'e ulaşır. Bağımlılık n günün saati, yıl, güneş aktivitesi, enlem ve boylam ile irtifa değişikliklerinden.

Frekansa bağlı olarak, radyo dalgalarının yayılmasındaki ana rol, belirli doğal salınım türleri tarafından oynanır. Bu nedenle, radyo aralığının farklı bölümleri için elektriksel özellikler farklıdır. Yüksek frekanslarda, iyonların alan değişikliklerini takip etmek için zamanları yoktur ve radyo dalgalarının yayılmasında yalnızca elektronlar yer alır. İyonosferin serbest elektronlarının zorunlu salınımları, etki eden kuvvetle antifazda yayılır ve plazmanın dalganın elektrik alanının tersi yönde kutuplaşmasına neden olur. E... Bu nedenle, iyonosferin dielektrik sabiti<1. Она уменьшается с уменьшением частоты:
... Elektronların atomlar ve iyonlarla çarpışmasını hesaba katmak, iyonosferin dielektrik sabiti ve iletkenliği için daha doğru formüller verir:

burada  etkin çarpışma frekansıdır.

İyonosferin çoğunda dekametre ve daha kısa dalgalar için     ve kırılma indeksleri n ve absorpsiyonlar değerlere yaklaşır:

iyonosfer için beri n> 1, daha sonra radyo dalgası yayılımının faz hızı
ve grup hızı
.

İyonosferde absorpsiyon  ile orantılıdır, çünkü daha fazla çarpışma, elektron tarafından alınan enerjinin çoğu ısıya dönüştürülür. Bu nedenle, iyonosferin alt bölgelerinde (tabaka) emilim daha fazladır. NS), gaz yoğunluğunun daha yüksek olduğu yerdir. Emilim artan frekansla azalır. Kısa dalgalar zayıf bir şekilde emilir ve uzun mesafeler kat edebilir.

İyonosferde radyo dalgalarının kırılması.İyonosferde yalnızca 0 frekansına sahip radyo dalgaları yayılabilir. 0'da, kırılma indisi n tamamen hayali hale gelir ve elektromanyetik alan katlanarak plazmanın derinliklerine iner. İyonosfer üzerine dikey olarak gelen frekanslı bir radyo dalgası, 0 ve 0 olduğu seviyeden yansıtılır. n= 0. İyonosferin alt kısmında, elektron konsantrasyonu u0 yükseklikle artar, bu nedenle, artışla, Dünya'dan yayılan dalga iyonosferin daha derinlerine nüfuz eder. Dikey insidans sırasında iyonosferik katmandan yansıyan bir radyo dalgasının maksimum frekansı, katmanın kritik frekansı olarak adlandırılır:

kritik katman frekansı F 2 (ana maksimum), gün ve yıl boyunca geniş bir aralıkta (3 ... 5 ila 10 MHz) değişir. cr'li dalgalar için, kırılma indisi kaybolmaz ve dikey olarak gelen dalga, yansıtılmadan iyonosferden geçer.

İyonosferde eğik bir dalga insidansı ile, troposferde olduğu gibi kırılma meydana gelir. İyonosferin alt kısmında, faz hızı yükseklikle artar (elektron konsantrasyonundaki artışla birlikte). N). Bu nedenle, ışının yörüngesi Dünya'ya doğru sapar. İyonosfere 0 açısıyla gelen bir radyo dalgası, bir yükseklikte Dünya'ya doğru döner H, bunun için koşul =  cr. 0 açısında düştüğünde iyonosferden yansıyan bir dalganın maksimum frekansına maksimum kullanılabilir frekans maks = denir.
...  ile dalgalar< max отражаясь от ионосферы, возвращаются на Землю. Этот эффект что используется для дальней радиосвязи и загоризонтной радиолокации. Вследствие сферичности Земли величина угла 0 ограничена и дальность связи при однократном отражении от ионосферы не превосходит 3500…4000 км. Связь на большие расстояния осуществляется за счет нескольких последовательных отражений от ионосферы и Земли (скачков). Возможны и более сложные, волноводные траектории, возникающие за счет горизонтального градиентаn veya frekans>  maks. Saçılma sonucunda, kirişin tabakaya gelme açısı F 2, geleneksel dağıtımdan daha büyük olduğu ortaya çıktı. Işın, katmandan bir dizi ardışık yansıma yaşar. F 2 böyle bir eğime sahip bir alana düşene kadar. N, bu da enerjinin bir kısmının Dünya'ya geri yansımasına neden olur.

H yoğunluğu ile Dünya'nın manyetik alanının etkisi 0 aşağı gelir NS Buna , bir hızla hareket eden bir elektrona ne dersiniz? v, Lorentz kuvveti hareket eder
, etkisi altında, dik bir düzlemde bir daire etrafında döner n 0, jiroskopik frekans N ile. Her yüklü parçacığın yörüngesi, ekseni boyunca sarmal bir çizgidir. n 0. Lorentz kuvvetinin etkisi, dalganın elektrik alanının etkisi altındaki elektronların zorunlu salınımlarının doğasında bir değişikliğe ve sonuç olarak ortamın elektriksel özelliklerinde bir değişikliğe yol açar. Sonuç olarak, iyonosferin elektriksel özellikleri radyo dalgalarının yayılma yönüne bağlı hale gelir ve skaler bir nicelik ile değil, geçirgenlik tensörü ij ile tanımlanır. Böyle bir ortamdaki bir dalga olayı çift kırılma yaşar , yani, yayılma, absorpsiyon ve polarizasyon hız ve yönlerinde farklılık gösteren iki dalgaya bölünür. Radyo dalgalarının yayılma yönü dik ise n 0, o zaman gelen dalga, iki doğrusal polarize dalganın toplamı olarak düşünülebilir. En 0 ve E || H 0 . İlk "olağanüstü" dalga için, dalga alanının etkisi altındaki elektronların zorunlu hareketinin doğası değişir (bir ivme bileşeni, E) ve bu nedenle değişir NS.İkinci "sıradan" dalga için, zorlanmış hareket alansız olarak aynı kalır. n 0 .

Düşük frekanslı (LF) ve çok düşük frekanslı (VLF) radyo dalgalarının enerjisinin çoğu pratik olarak iyonosfere nüfuz etmez. Dalgalar alt sınırından yansıtılır (gün boyunca - D katmanındaki güçlü kırılma nedeniyle, geceleri - E katmanından, farklı elektriksel özelliklere sahip iki ortamın sınırından olduğu gibi). Bu dalgaların yayılımı, homojen ve izotropik Dünya ve iyonosferin keskin küresel duvarlara sahip bir yüzey dalga kılavuzu oluşturduğu model tarafından iyi tanımlanmıştır. Bu dalga kılavuzunda radyo dalgaları yayılır. Bu model, alanda mesafe ile gözlenen azalmayı ve alan genliğinde yükseklikle artışı açıklar. İkincisi, dalga kılavuzunun içbükey yüzeyi boyunca dalgaların kaymasıyla ilişkilidir ve bu da alanın bir tür odaklanmasına yol açar. Radyo dalgalarının genliği, Dünya'nın kaynağa zıt olan noktasında önemli ölçüde artar. Bunun nedeni, Dünya'nın etrafında her yöne bükülen ve karşı tarafta birleşen radyo dalgalarının eklenmesidir.

Dünyanın manyetik alanının etkisi, iyonosferde LF dalgalarının yayılmasının bir dizi özelliğini belirler: ultra uzun dalgalar, eşlenik noktalar arasındaki jeomanyetik alanın kuvvet çizgileri boyunca yayılarak, yüzey dalga kılavuzunu iyonosferin dışında bırakabilir. A ve V Toprak.

İyonosferde radyo dalgalarının yayılmasında doğrusal olmayan etkiler nispeten düşük yoğunluklu radyo dalgaları için bile kendilerini gösterirler ve ortamın polarizasyonunun dalganın elektrik alanına doğrusal bağımlılığının ihlali ile ilişkilidir. . Elektrik alanı tarafından bozulan plazma bölgesinin karakteristik boyutları, elektronların ortalama serbest yolundan birçok kez daha büyük olduğunda, "ısıtma" doğrusalsızlığı ana rolü oynar. Plazmadaki ortalama serbest elektron yolu önemli olduğundan, elektronun bir yol boyunca alandan kayda değer enerji alması için zamanı vardır. Bir elektrondan iyonlara, atomlara ve moleküllere çarpışmalarda enerji aktarımı, kütlelerindeki büyük fark nedeniyle zordur. Sonuç olarak, plazma elektronları, etkili çarpışma frekansını değiştiren nispeten zayıf bir elektrik alanında zaten güçlü bir şekilde "ısıtılır". Bu nedenle plazmalar elektrik alanın gücüne bağımlı hale gelirler. E dalgalar ve radyo dalgası yayılımı doğrusal olmayan hale gelir.

Doğrusal olmayan etkiler, dalganın kendi kendine hareketi ve dalgaların birbirleriyle etkileşimi olarak kendini gösterebilir. Güçlü bir dalganın kendi kendine hareketi, absorpsiyon ve modülasyon derinliğinde bir değişikliğe yol açar. Güçlü bir radyo dalgasının emilmesi, doğrusal olmayan bir şekilde genliğine bağlıdır. Çarpışma frekansı  artan sıcaklıkla (elektron enerjisi) hem artabilir (nötr parçacıklarla çarpışmaların ana rolü oynadığı alt katmanlarda) hem de azalabilir (iyonlarla çarpışmalarla). İlk durumda, artan dalga gücüyle (plazmadaki alanın doygunluğu) absorpsiyon keskin bir şekilde artar. İkinci durumda, absorpsiyon azalır (bu etki, yüksek güçlü bir radyo dalgası için plazma ağartma olarak adlandırılır). Soğurmadaki doğrusal olmayan değişiklik nedeniyle, dalganın genliği, gelen alanın genliğine doğrusal olmayan bir şekilde bağlıdır, bu nedenle modülasyonu bozulur (dalganın kendi kendine modülasyonu ve demodülasyonu). Kırılma indisi değişikliği n güçlü bir dalga alanında, ışın yörüngesinin bozulmasına yol açar. Dar yönlendirilmiş radyo dalgaları ışınları yayıldığında, bu etki, kendi kendine odaklanmaya benzer şekilde, ışının kendi kendine odaklanmasına neden olabilir. ışık ve plazmada bir dalga kılavuzu kanalının oluşumu.

Doğrusal olmayan koşullar altında dalgaların etkileşimi, süperpozisyon ilkesinin ihlaline yol açar. . Özellikle, frekans 1'e sahip güçlü bir dalga genlik olarak modüle edilirse, o zaman absorpsiyondaki değişiklik nedeniyle, bu modülasyon iyonosferin aynı bölgesinden geçen frekans 2'ye sahip başka bir dalgaya iletilebilir. Bu fenomene çapraz modülasyon denir.

Radyo dalgalarının uzayda yayılması uzaydan Dünya'ya, uzaydan gelen yolda iyonosfer ve troposferden geçmesi gereken çok çeşitli elektromanyetik irade gelmesi nedeniyle özelliklere sahiptir. İki ana frekans aralığının dalgaları, fark edilir bir zayıflama olmadan Dünya atmosferi boyunca yayılır: "radyo penceresi", iyonosferik kritik frekanstan aerosoller ve atmosferik gazlar tarafından güçlü absorpsiyon frekanslarına (10 MHz ... 20 GHz) kadar olan aralığa karşılık gelir, "optik pencere", görünür ve IR radyasyon aralığını (1 THz ... 10 3 THz) kapsar. Atmosfer, ıslık çalan atmosferlerin ve manyetohidrodinamik dalgaların yayıldığı 300 kHz'e kadar düşük frekans aralığında da kısmen şeffaftır.

Farklı bantlardaki radyo dalgalarının yayılması. Radyo dalgaları Çok düşük(3 ... 30 kHz) ve düşük (30 ... 300 kHz) frekanslar dalga kılavuzu yayılımı ve kırınım nedeniyle dünya yüzeyinin etrafında bükülür, iyonosfere nispeten zayıf bir şekilde nüfuz eder ve iyonosfer tarafından çok az emilir. Yüksek faz kararlılığı ve kutup bölgeleri de dahil olmak üzere geniş alanları tek tip olarak kaplama yetenekleri ile karakterize edilirler. Bu, yüksek düzeyde atmosferik parazite rağmen, onları kararlı uzun menzilli ve ultra uzun menzilli radyo iletişimleri ve radyo navigasyonu için kullanmayı mümkün kılar. Yayın için 150 kHz ile 300 kHz arasındaki frekans aralığı kullanılır. Çok düşük frekans aralığını kullanmanın zorlukları, göreceli olarak sınırlı bir bilgi aktarım hızı ile yüksek düzeyde atmosferik girişime sahip anten sistemlerinin hantallığı ile ilişkilidir. Çok düşük frekanslı dalgaların yavaş titreşimleri, yüksek hızda bilgi taşıyan hızlı süreçler tarafından modüle edilemez. N. Wiener'in bu konuda yazdığı gibi, "Bir organın alt kaydında bir jig oynayamazsınız."

orta dalgalar(300 kHz… 3000 kHz) gün boyunca Dünya yüzeyi boyunca yayılır (yer veya doğrudan dalga). İyonosferden yansıyan dalga, katmanda güçlü bir şekilde emildiği için pratik olarak yoktur. NS iyonosfer. Güneş radyasyon tabakasının olmaması nedeniyle geceleri NS kaybolur, katmandan yansıyan bir iyonosferik dalga belirir E... Aynı zamanda, yayılma aralığı ve buna bağlı olarak alım artar. Doğrudan ve yansıyan dalgaların eklenmesi, alıcı noktada güçlü bir alan değişkenliği gerektirir. Bu nedenle, iyonosferik dalga, dünya dalgası yayılımını kullanan birçok hizmet için bir girişim kaynağıdır.

Kısa dalgalar(3 MHz ... 30 MHz) zayıf emilir NS- ve E- katmanlar ve katmandan yansıyan F frekansları ne zaman< max . В результате отражения от ионосферы возможна связь как на малых, так и на больших расстояниях при значительно меньшем уровне мощности передатчика и гораздо более простых антеннах, чем в более низкочастотных диапазонах. Особенность радиосвязи в этом диапазоне – наличие замираний (фединга) сигнала из-за изменений условий отражения от ионосферы и интерференционных эффектов. Коротковолновые линии связи подвержены влиянию атмосферных помех. Ионосферные бури вызывают прерывание связи.

İçin çok yüksek frekanslar ve VHF (30 ... 1000 MHz), troposfer içinde radyo dalgası yayılımının baskınlığı ve iyonosferden nüfuz etmesi ile karakterize edilir. Dünya dalgasının rolü düşüyor. Bu aralığın düşük frekans kısmındaki girişim alanları, iyonosferden yansımalarla hala belirlenebilir ve 60 MHz'e kadar iyonosferik saçılma önemli bir rol oynamaya devam eder. Troposferik saçılım hariç tüm radyo yayılımı türleri, birkaç MHz bant genişliğine sahip sinyallerin iletilmesine izin verir.

UHF ve mikrodalga dalgaları (1000 MHz ... 10.000 MHz) esas olarak görüş alanı içinde yayılır ve düşük gürültü seviyesi ile karakterize edilir. Bu aralıkta, radyo dalgalarının yayılmasında, kimyasal elementlerin bilinen maksimum absorpsiyon bölgeleri ve radyasyon frekansı rol oynar (örneğin, 1.42 GHz frekansına yakın hidrojen molekülleri tarafından rezonans absorpsiyon çizgileri).

Mikrodalga dalgaları (> 10 GHz) yalnızca görüş alanı içinde yayılır. Bu aralıktaki kayıplar, düşük frekanslardakinden biraz daha yüksektir ve değerleri, yağış miktarından güçlü bir şekilde etkilenir. Bu frekanslardaki kayıplardaki artış, anten sistemlerinin verimliliğindeki artışla kısmen dengelenir. Farklı aralıklarda radyo dalgalarının yayılmasının özelliklerini gösteren bir diyagram Şekil 1'de gösterilmektedir. 13.3.

Pirinç. 13.3. Yüzey uzayında elektromanyetik dalgaların yayılması

Tarihsel olarak, optik dalga aralığındaki radyasyonun insanlık tarafından diğer elektromanyetik alanlardan çok daha önce kullanılmaya başlanmış olmasına rağmen, optik dalgaların atmosferde yayılması, radyodaki herhangi bir dalganın yayılmasına kıyasla en az çalışılan şeydir. Aralık. Bu, yayılma fenomeninin daha karmaşık bir resminin yanı sıra, bu fenomenlerin daha geniş bir çalışmasının, buluştan ve optik kuantum jeneratörlerinin - lazerlerin yaygın kullanımının başlamasından sonra ancak yakın zamanda başlamış olmasıyla açıklanmaktadır.

Atmosferde optik dalgaların yayılmasını yöneten yasaları üç ana fenomen belirler: absorpsiyon, saçılma ve türbülans. İlk ikisi, sabit atmosferik koşullar altında elektromanyetik alanın ortalama zayıflamasını ve meteorolojik koşullar değiştiğinde nispeten yavaş alan değişikliklerini (yavaş sönümleme) belirler. Üçüncü fenomen, türbülansın her türlü hava koşulunda gözlemlenen hızlı alan değişikliklerine (hızlı sönümleme) neden olmasıdır. Ek olarak, türbülans nedeniyle, alınan ışının yapısı, vericinin çıkışındaki ışının yapısına kıyasla önemli ölçüde değişebildiğinde, çok yollu etki gözlemlenir.

Bir kaynaktan tüketiciye bilgi aktarmak için, radyo mühendisliği süreçleri adı verilen bir dizi dönüşüm gerçekleştirmek gerekir.

1. Bir mesajı elektriğe dönüştürmek

işlev. Bu işlem dönüştürücü adı verilen cihazlarda gerçekleşir. Örneğin, ses basıncının p (t) elektrik akımına i (t) dönüşümü şu durumlarda gerçekleşir:

Pirinç. 1.1. Dönüştürücü

mikrofonun gücü ve görüntünün potansiyele dönüştürülmesi - bir televizyon yayını kullanarak

tüp veriyor. Bu şekilde elde edilen b(t) sinyaline birincil sinyal denir.

nym. Dönüştürücü tanımı Şekil 2'de gösterilmektedir. 1.1.

2. Harmonik salınımların üretilmesi. Bu dönüşüm

jeneratör adı verilen cihazlarda bulunur. Onlarda, sabit akım kaynağının P0 gücü, harmonik salınımların gücüne P1 dönüştürülür.

Radyo mühendisliği ve iletişiminin tüm gelişiminin, optik aralık da dahil olmak üzere daha yüksek frekanslı dalga aralıklarında ustalaşmanın tarihi olduğunu belirtmek ilginçtir. Lamba jeneratörlerinden optik kuantum jeneratörlerine (LQG'ler) kadar birçok jeneratör geliştirilmiştir. Bu tür jeneratörler için temel gereksinim, yüksek frekans kararlılığıdır.

3. Modülasyon. Bu süreç olmadan imkansız

Genellikle düşük frekanslı titreşimlerden oluşan mesajları uzun mesafelerde iletir. "Elektrik devreleri teorisi" dersinin konumundan modülatör altı-

kutup, birincil olan girişlere

sinyal b (t) ve yüksek frekanslı harmonik

Pirinç. 1.2. modülatör

salınım u (t) (Şekil 1.2.). Sonuç, yüksek frekanslı bir sinyal s (t),

parametrelerinden biri b (t) yasasına göre değişen.

4. Algılama. Bu süreç

S (t) b (t)

Pirinç. 1.3. dedektör

Pirinç. 1.4. amplifikatör

modülasyon işleminin tersi, bunun yardımıyla iletilen mesajın ayıklanması. Bu dönüşümü gerçekleştiren cihaza, tipi modülasyon yöntemine karşılık gelmesi gereken dedektör denir (Şekil 1.3).

5. Kazanç. Bu sürecin amacı,

şeklini korurken alınan sinyalin gücünü arttırmak. Bu radyo mühendisliği sürecini uygulayan cihaza amplifikatör denir (Şekil 1.4).

Listelenen süreçlere ek olarak, CEA şunları kullanır:

diğerleri de kullanılır: frekans dönüştürme, çarpma

frekans bölme ve bölme, düzeltme, vb. Ancak, kaynaktan tüketiciye mesaj iletme olasılığını belirledikleri için, yalnızca yukarıda belirtilen beş radyoteknik işlem ana işlemlerdir.

Bir iletişim kanalı, ne zaman radyo mühendisliği cihazlarının bir kompleksidir?

hangi bilgilerin iletildiği ve alındığı, ayrıca aralarındaki ortam (Şekil 1.5). İletişim kanalı, tüm temel radyo mühendisliği işlemlerini gerçekleştiren cihazların yanı sıra verici ve alıcı antenleri içerir. Bu durumda bilgi, dalga empedansı 377 Ohm (radyo kanalı) olan boş alan üzerinden iletilir. Sinyal bir kablo üzerinden iletiliyorsa, iletişim hattının karakteristik empedansı kablo tipine göre belirlenir ve antenler yerine özel eşleştirme cihazları (kablolu kanal) kullanılır.

Bir sinyalin üretildiği bir dizi cihaz ve yayılan bir anten (veya eşleşen bir cihaz), bir radyo verici cihaz (verici) oluşturur.

Alıcı anten (eşleştirme cihazı) ve sinyal işleme cihazları

nakit, bir radyo alıcı cihazı (alıcı) oluşturur. Fiziksel ortam, yazılım

sinyalin yayıldığı yere iletişim hattı denir. Böylece ortamın türüne göre iletişim kanalları kablolu ve kablosuz (radyo kanalları) olabilir.

Pirinç. 1.5. İletişim kanalının yapısal şeması:

1 - mesaj kaynağı, 2 - dönüştürücü, 3 - modülatör, 4 - kendi kendine osilatör,

5 - radyo sinyal yükselticisi, 6 - verici anten (eşleştirme cihazı),

7 - iletişim hattı, 8 - alıcı anten (eşleşen cihaz),

9 - frekans seçici cihaz, 10 - radyo sinyal yükseltici, 11 - dedektör,

12 - video sinyal yükselticisi, 13 - mesaj alıcısı

Bir iletişim hattı üzerinden birkaç sinyalin iletilmesi durumunda, çok kanallı iletişim gerçekleştirilir (Şekil 1.6). Bu durumda, kanal ayırma ile ilgili sorunlar vardır. Şu anda, kanal ayırmanın frekans, zaman ve adres yöntemleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Frekans yönteminin özü, her sinyale kendi özel frekans bandının atanması ve sinyalin özel filtrelerle çıkarılmasıdır. Frekans yönteminin avantajı, bilgi paralel bir şekilde iletildiği için yüksek hızdır. Frekans yönteminin dezavantajı, iletişimin organizasyonu için gerekli olan geniş frekans bandıdır. Zaman yöntemi ile her bir sinyal aynı frekans bandı üzerinden ancak farklı zaman aralıklarında iletilir. Bu yöntem, iletişim kanalını karmaşıklaştıran özel bir geçici dağıtım ve senkronizasyon cihazlarının varlığını varsayar. Frekans bandının ekonomik kullanımı ile performans kaybı yaşarız. Adres iletişim sistemlerinde kanallar iletilen sinyaller şeklinde farklılık gösterir.

İletişim organizasyonunun türüne bağlı olarak, çeşitli iletişim modları mümkündür. Mesajların iletimi merkezden tek yönde gerçekleştirilirse,

kaynağı alıcıya aktarırsa, bu moda tek yönlü denir, örneğin otomatik bir hava istasyonundan veri iletimi. Mesajları doğrudan ve aynı anda iletmenin mümkün olduğu iletişim modu

ters yöne dubleks denir. Klasik örnek telefondur. Bilgi alışverişinin dönüşümlü olarak gerçekleştirildiği iletişim moduna, örneğin spikerin TV'deki çalışması gibi yarı çift yönlü denir.

zionic stüdyo ve olay yerinde bir gazeteci.

Σ st.

Pirinç. 1.6. Çok kanallı bir iletişim sisteminin blok şeması:

IsN - mesaj kaynakları, KN - iletişim kanalları, Σ - toplayıcı,

ФN - alıcı cihazın filtreleri, DN - dedektörler, AN - mesaj alıcıları

Gerçek iletişim kanallarında, çeşitli nedenlerle, sinyal üzerinde girişim n (t) adı verilen rastgele bir etki mümkündür. Böyle bir etkinin bir sonucu olarak, mesajın yeniden üretiminin güvenilirliği bozulur. Alıcı cihazın z(t) giriş sinyali, yararlı sinyal s(t) ve girişim n(t)'nin toplamı ise, girişime katkı denir, yani z(t) = s(t) + n (T). Giriş sinyalinin z (t) = k (t) · s (t) biçiminde temsil edilmesi durumunda girişime çarpımsal denir. Gerçek iletişim kanallarında, çeşitli kökenlerden hem toplama hem de çarpma işlemi çalışır. İletişim kanalında herhangi bir parazit yoksa, böyle bir iletişim kanalı ideal bir kanaldır.