История развития радиотехники, классификация радиотехнических систем и их структурная схема

Тип работы: Реферат
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 16 страниц
В избранное:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РК

ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Д. СЕРИКБАЕВА

ШКОЛА ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

ПиАТП

РЕФЕРАТ

на тему: Краткая история развития радиотехники. Классификация радиотехнических систем. Структурная схема радиотехнической системы.

Выполнила студентка группы: 18-РТК-1

Ф. И. О. :Каримова. Ж. К

Проверила преподаватель: Болатова А. Б.

Усть-Каменогорск

2020

Содержание:

1. Краткая история развития радиотехники.

2. Классификация радиотехнических систем.

3. Структурная схема радиотехнической системы.

Введение:

Радиоте́хника - наука, изучающая электромагнитные колебания и волны радиодиапазона, методы генерации, усиления, преобразования, излучения и приёма, а также применение их для передачи информации, часть электротехники, включающая в себя технику радиопередачи и радиоприёма, обработку сигналов, проектирование и изготовление радиоаппаратуры. В 1832 году английский физик Майкл Фарадей теоретически предсказал существование электромагнитного излучения.

В 1864 году Дж. К. Максвелл опубликовал первые из основных уравнений классической электродинамики, описывающие эволюцию электромагнитного поля и его взаимодействие с зарядами и токами.

В 1888 году возможность передачи энергии посредством электромагнитных волн показал в своём опыте немецкий физик Г. Герц: устройство, которое он назвал «вибратором», излучало электромагнитное поле на расстояние и без проводов.

14 августа 1894 года на заседании Британской ассоциации содействия развитию науки в Оксфордском университете Оливер Лодж и Александр Мирхед произвели первую успешную демонстрацию радиотелеграфии. В ходе демонстрации радиосигнал азбуки Морзе был отправлен из лаборатории в соседнем Кларендоновском корпусе и принят аппаратом на расстоянии 40 м.

25 апреля (7 мая) 1895 года на заседании Русского физико-химического общества в Санкт-Петербурге А. С. Попов продемонстрировал аппарат для приёма последовательности телеграфных сигналов (коротких и продолжительных) с помощью электромагнитных волн.

В 1897 году итальянский инженер Г. Маркони получил первый (британский) патент и провёл опыты беспроводного телеграфирования в Лондоне. В выдаче патентов в других странах Г. Маркони было отказано в связи с наличием опубликованной ранее статьи А. С. Попова, где был описан такой же когерентный приёмник.

Российские и cоветские ученые, продвинувшие радиотехнику на новый уровень:

профессора М. А. Бонч-Бруевич, Б. Л. Розинг (изобретение электронного телевидения) ;
академик А. И. Берг (радиолокация) ;
академик А. Ф. Богомолов (радиолокация, дальняя космическая связь) ;
академик В. А. Котельников (теория помехоустойчивости) .

1. 1 Краткая история развития радиотехники .

Предметом электронной техники является теория и практика применения электронных, ионных и полупроводниковых приборов в устройствах, системах и установках для различных областей народного хозяйства. Гибкость электронной аппаратуры, высокие быстродействия, точность и чувствительность открывают новые возможности во многих отраслях науки и техники.

Радио ( от латинского “radiare” - излучать, испускать лучи ) -

1) . Способ беспроволочной передачи сообщений на расстояние посредством электромагнитных волн ( радиоволн ), изобретённый русским учёным А. С. Поповым в 1895 г. ;

2) . Область науки и техники, связанная с изучением физических явлений, лежащих в основе этого способа, и с его использованием в связи, вещании, телевидении, локации и т. д.

Радио, как уже было сказано выше, открыл великий русский учёный Александр Степанович Попов. Датой изобретения радио принято считать 7 мая 1895 г., когда А. С. Попов выступил с публичным докладом и демонстрацией работы своего радиоприёмника на заседании Физического отделения Русского физико-химического общества в Петербурге.

Развитие электроники после изобретения радио можно разделить на три этапа : радиотелеграфный, радиотехнический и этап собственно электроники.

В первый период ( около 30 лет ) развивалась радиотелеграфия и разрабатывались научные основы радиотехники. С целью упрощения устройства радиоприёмника и повышения его чувствительности в разных странах велись интенсивные разработки и исследования различных типов простых и надёжных обнаружителей высокочастотных колебаний - детекторов.

В 1904 г. была построена первая двухэлектродная лампа ( диод ), которая до сих пор используется в качестве детектора высокочастотных колебаний и выпрямителя токов технической частоты, а в 1906 г. появился карборундовый детектор.

Трёхэлектродная лампа ( триод ) была предложена в 1907 г. В 1913 г. была разработана схема лампового регенеративного приёмника и с помощью триода были получены незатухающие электрические колебания. Новые электронные генераторы позволили заменить искровые и дуговые радиостанции ламповыми, что практически решило проблему радиотелефонии. Внедрению электронных ламп в радиотехнику способствовала первая мировая война. С 1913 г. по 1920 г. радиотехника становится ламповой.

Первые радиолампы в России были изготовлены Н. Д. Папалекси в 1914 г. в Петербурге. Из-за отсутствия совершенной откачки они были не вакуумными, а газонаполненными ( с ртутью ) . Первые вакуумные приёмно - усилительные лампы были изготовлены в 1916 г. М. А. Бонч-Бруевичем. Бонч-Бруевич в 1918 г. возглавил разработку отечественных усилителей и генераторных радиоламп в Нижегородской радиолаборатории. Тогда был создан в стране первый научно - радиотехнический институт с широкой программой действий, привлёкший к работам в области радио многих талантливых учёных, молодых энтузиастов радиотехники. Нижегородская лаборатория стала подлинной кузницей кадров радиоспециалистов, в ней зародились многие направления радиотехники, в дальнейшем ставшие самостоятельными разделами радиоэлектроники.

В марте 1919 г. начался серийный выпуск электронной лампы РП-1. В 1920 г. Бонч-Бруевич закончил разработку первых в мире генераторных ламп с медным анодом и водяным охлаждением мощностью до 1 кВт, а в 1923 г. - мощностью до 25 кВт. В Нижегородской радиолаборатории О. В. Лосевым в 1922 г. была открыта возможность генерировать и усиливать радиосигналы с помощью полупроводниковых приборов. Им был создан безламповый приёмник - кристадин. Однако в те годы не были разработаны способы получения полупроводниковых материалов, и его изобретение не получило распространения.

Во второй период ( около 20 лет ) продолжало развиваться радиотелеграфирование. Одновременно широкое развитие и применение получили радиотелефонирование и радиовещание, были созданы радионавигация и радиолокация. Переход от радиотелефонирования к другим областям применения электромагнитных волн стал возможен благодаря достижениям электровакуумной техники, которая освоила выпуск различных электронных и ионных приборов.

Переход от длинных волн к коротким и средним, а также изобретение схемы супергетеродина потребовали применения ламп более совершенных, чем триод.

В 1924 г. была разработана экранированная лампа с двумя сетками ( тетрод ), а в 1930 - 1931 г. г. - пентод ( лампа с тремя сетками ) . Электронные лампы стали изготовлять с катодами косвенного подогрева. Развитие специальных методов радиоприёма потребовало создания новых типов многосеточных ламп ( смесительных и частотно - преобразовательных в 1934 - 1935 г. г. ) . Стремление уменьшить число ламп в схеме и повысить экономичность аппаратуры привело к разработке комбинированных ламп.

Освоение и использование ультракоротких волн привело к усовершенствованию известных электронных ламп ( появились лампы типа “желудь”, металлокерамические триоды и маячковые лампы ), а также разработке электровакуумных приборов с новым принципом управления электронным потоком - многорезонаторных магнетронов, клистронов, ламп бегущей волны. Эти достижения электровакуумной техники обусловили развитие радиолокации, радионавигации, импульсной многоканальной радиосвязи, телевидения и др.

Одновременно шло развитие ионных приборов, в которых используется электронный разряд в газе. Был значительно усовершенствован изобретённый ещё в 1908 г. ртутный вентиль. Появились газотрон ( 1928-1929 г. г. ), тиратрон (1931 г. ), стабилитрон, неоновые лампы и т. д.

Развитие способов передачи изображений и измерительной техники сопровождалось разработкой и усовершенствованием различных фотоэлектрических приборов ( фотоэлементы, фотоэлектронные умножители, передающие телевизионные трубки ) и электронографических приборов для осциллографов, радиолокации и телевидения.

В эти годы радиотехника превратилась в самостоятельную инженерную науку. Интенсивно развивались электровакуумная промышленность и радиопромышленность. Были разработаны инженерные методы расчёта радиотехнических схем, проведены широчайшие научные исследования, теоретические и экспериментальные работы.

И последний период ( 60-е-70-е годы ) составляет эпоху полупроводниковой техники и собственно электроники. Электроника внедряется во все отрасли науки, техники и народного хозяйства. Являясь комплексом наук, электроника тесно связана с радиофизикой, радиолокацией, радионавигацией, радиоастрономией, радиометеорологией, радиоспектроскопией, электронной вычислительной и управляющей техникой, радиоуправлением на расстоянии, телеизмерениями, квантовой радиоэлектроникой и т. д.

В этот период продолжалось дальнейшее усовершенствование электровакуумных приборов. Большое внимание уделяется повышению их прочности, надёжности, долговечности. Разрабатывались бесцокольные ( пальчиковые ) и сверхминиатюрные лампы, что даёт возможность снизить габариты установок, насчитывающих большое количество радиоламп.

Продолжались интенсивные работы в области физики твёрдого тела и теории полупроводников, разрабатывались способы получения монокристаллов полупроводников, методы их очистки и введения примесей. Большой вклад в развитие физики полупроводников внесла советская школа академика А. Ф. Иоффе. Полупроводниковые приборы быстро и широко распространились за 50-е-70-е годы во все области народного хозяйства. В 1926 г. был предложен полупроводниковый выпрямитель переменного тока из закиси меди. Позднее появились выпрямители из селена и сернистой меди. Бурное развитие радиотехники ( особенно радиолокации ) в период второй мировой войны дало новый толчок к исследованиям в области полупроводников. Были разработаны точечные выпрямители переменных токов СВЧ на основе кремния и германия, а позднее появились плоскостные германивые диоды. В 1948 г. американские учёные Бардин и Браттейн создали германиевый точечный триод ( транзистор ), пригодный для усиления и генерирования электрических колебаний. Позднее был разработан кремниевый точечный триод. В начале 70-х годов точечные транзисторы практически не применялись, а основным типом транзистора являлся плоскостной, впервые изготовленный в 1951 г. К концу 1952 г. были предложены плоскостной высокочастотный тетрод, полевой транзистор и другие типы полупроводниковых приборов. В 1953 г. был разработан дрейфовый транзистор. В эти годы широко разрабатывались и исследовались новые технологические процессы обработки полупроводниковых материалов, способы изготовления p-n- переходов и самих полупроводниковых приборов. В начале 70-х годов, кроме плоскостных и дрейфовых германиевых и кремниевых транзисторов, находили широкое распространение и другие приборы, использующие свойства полупроводниковых материалов : туннельные диоды, управляемые и неуправляемые четырёхслойные переключающие приборы, фотодиоды и фототранзисторы, варикапы, терморезисторы и т. д. Развитие и совершенствование полупроводниковых приборов характеризуется повышением рабочих частот и увеличением допустимой мощности. Первые транзисторы обладали ограниченными возможностями ( предельные рабочие частоты порядка сотни килогерц и мощности рассеяния порядка 100 - 200 мвт ) и могли выполнять лишь некоторые функции электронных ламп. Для того же диапазона частот были созданы транзисторы с мощностью в десятки ватт. Позднее были созданы транзисторы, способные работать на частотах до 5 МГц и рассеивать мощность порядка 5 вт, а уже в 1972 г. были созданы образцы транзисторов на рабочие частоты 20 - 70 МГц с мощностями рассеивания, достигающими 100 вт и более. Маломощные же транзисторы ( до 0, 5 - 0, 7 вт ) могут работать на частотах свыше 500 МГц. Позже появились транзисторы, работающие на частотах порядка 1000 МГц. Одновременно велись работы по расширению диапазона рабочих температур. Транзисторы, изготовленные на основе германия, имели первоначально рабочие температуры не выше +55 ё 70 °С, а на основе кремния - не выше +100 ё 120 °С. Созданные позже образцы транзисторов на арсениеде галлия оказались работоспособными при температурах до +250 °С, и их рабочие частоты в итоге довелись до 1000 МГц. Есть транзисторы на карбиде, работающие при температурах до 350 °С. Транзисторы и полупроводниковые диоды по многим показателям в 70-е годы превосходили электронные лампы и в итоге полностью вытеснили их из областей электроники.

Перед проектировщиками сложных электронных систем, насчитывающих десятки тысяч активных и пассивных компонентов, стоят задачи уменьшения габаритов, веса, потребляемой мощности и стоимости электронных устройств, улучшения их рабочих характеристик и, что самое главное, достижения высокой надёжности работы. Эти задачи успешно решает микроэлектроника - направление электроники, охватывающее широкий комплекс проблем и методов, связанных с проектированием и изготовлением электронной аппаратуры в микроминиатюрном исполнении за счёт полного или частичного исключения дискретных компонентов. Основной тенденцией микроминиатюризации является “интеграция” электронных схем, т. е. стремление к одновременному изготовлению большого количества элементов и узлов электронных схем, неразрывно связанных между собой. Поэтому из различных областей микроэлектроники наиболее эффективной оказалась интегральная микроэлектроника, которая является одним из главных направлений современной электронной техники. Сейчас широко используются сверх большие интегральные схемы, на них построено всё современное электронное оборудование, в частности ЭВМ и т. д

1. 2 Классификация радиотехнических систем

Радиотехнические системы (РТС) - это класс информационно - управляющих систем, осуществляющих передачу, извлечение или разрушение информации с помощью радиоволн. В состав РТС входят радиопередающее и радиоприемное устройства. Характерным признаком РТС является использование радиосигнала в качестве носителя информации .

По виду применямых сигналов различают непрерывные, импульсные и цифровые радиотехнические системы. В непрерывных (аналоговых) РТС информация отображается непрерывным изменением одного или нескольких параметров несущего колебания, таких как амплитуда, частота, фаза .

В импульсных РТС сигнал представляет собой последовательность радиоимпульсов, в которой информацию могут представлять как параметры отдельных импульсов (частота, фаза, длительность), так и параметры самой последовательности (число импульсов в последовательности, интервал между ними) . В цифровых РТС аналоговый сигнал, несущий информацию, преобразуется в цифровой, который модулирует несущее колебание .

По назначению РТС подразделяются на (рисунок 1)

Рисунок 1 - Классификация РТС по назначению

Радиолокация и радионавигация тесно связаны общностью решаемых задач: определение координат объектов и параметров их движения .

К основным задачам, решаемым РТС извлечения информации можно отнести :

- обнаружение объекта (основано на обнаружении сигнала известной структуры) ;

- измерение дальности до объекта (сводится к измерению запаздывания радиоимпульса) ;

- определение направления на объект (осуществляется с использованием специальных видов диаграмм направленности антенн или сводится к измерению времени запаздывания радиоимпульса) ;

- измерение скорости движения объекта (сводится к измерению сдвига несущей частоты радиосигнала, основано на эффекте Доплера: при взаимном перемещении источника и приемника радиосигнала возникает сдвиг его несущей частоты, пропорциональный скорости сближения или удаления) .

РТС разрушения информации предназначены для создания условий затрудняющих или делающих невозможной работу радиотехнических средств противника .

Каскады и звенья, применяемые в радиотехнических устройствах, вне зависимости от их назначения, можно классифицировать по четырем основным признакам:

- по влиянию амплитуды сигнала на их параметры и характеристики, что приводит к делению всех объектов на линейные и нелинейные;

- по отсутствию или наличия в них электронных приборов, что делит их на пассивные и активные;

- по взаимодействию с внешними сигналами - автономного или неавтономного типа;

- по диапазону частот и используемых в этой связи элементов - с сосредоточенными или распределенными постоянными.

Определяющим признаком при делении устройств на линейные и нелинейные является зависимость их характеристик и параметров от амплитуды сигнала. В устройствах линейного типа она отсутствует, в нелинейных - имеется. Зачастую, в устройствах линейного типа амплитуда сигнала относительно невелика, в следствие этого такой режим работы называется режимом «малого» сигнала. Как правило, нелинейным элементом является электронный прибор .

1. 3 Структурная схема радиотехнической системы

Изобразить обобщенную структурную схему радиотехнической системы передачи непрерывных сообщений дискретным сигналом. Привести краткое описание назначения входящих в нее блоков и графики временных и спектральных диаграмм на выходе каждого из них, иллюстрирующие (качественно) преобразование сообщения и сигнала в системе передачи непрерывных сообщений. Вид модуляции выбирается самостоятельно. В общем виде структурная схема любой радиотехнической системы имеет вид, показанный на рис. 1. Преобразование сообщение-волна может осуществляться отправителем осознанно. Например, в системах передачи информации (в частности, в вещании) это делается с помощью передающего устройства, состоящего из модулятора и передатчика.

Сообщение может «управлять» параметрами радиоволн помимо воли отправителя - например, в радиолокации, где координаты лоцируемой цели автоматически преобразуются во время запаздывания и направление прихода отраженных от нее радиоволн.

На приемной стороне обратное преобразование волна-сообщение придает принятой информации требуемую получателю форму. Преобразователь волна-сообщение обычно состоит из антенной системы, приемника, демодулятора и т. п.

Для борьбы с помехами используются разнообразные и эффективные меры (разработка малошумящей приемоусилительной техники, совершенствование мероприятий по регламентации радиосвязи и электромагнитной совместимости и пр. ) . Однако требования к качеству извлечения и передачи информации в РТС растут опережающими темпами. Атмосферные помехи вообще неподвластны ни создателям РТС, ни регламентирующим органам. Поэтому первоочередной заботой разработчика любой РТС является достижение необходимой помехоустойчивости, т. е. достаточного иммунитета в отношении тех или иных помех. Далее будут изучаться важнейшие количественные показатели помехоустойчивости.

Сущность функционирования СРС с ППРЧ и -ичной ЧМ, в которой используются коды с исправлением ошибок и -кратное частотное разнесение кодового слова, можно пояснить с помощью структурных схем передающего и приемного устройства, изображенных на рисунок 1, а, б, соответственно.

При дальнейшем изложении воспользуемся результатами [15, 20, 41] . Поступающие от источника сообщения двоичные информационные символы в передающем устройстве преобразуются в -ичные символы , где , со скоростью и подаются на вход кодера. Кодер с прямым исправлением ошибок по определенным правилам обеспечивает операции над -ичными символами из конечного множества , представляющего собой поле Галуа [20] . Если кодер является двоичным, то и преобразование из двоичной системы в -ичную осуществляется непосредственным (прямым) путем. В результате на выходе кодера формируется кодированных -ичных символов (байтов, состоящих из бит) на каждые к -ичных информационных символов, поступающих на вход кодера. При этом относительная скорость кода (коэффициент кодирования) составляет величину , а кодированные символы на выходе кодера генерируются со скоростью

Рисунок 1. 1 - Структурны схема передающего и приемного устройства

http://lib.kstu.kz:8300/tb/books/2016/TSS/Mehtiev%20i%20dr%202/%D0%A2%D0%B5%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%8F/1.33.files/image138.gif

(1. 1)

Синтезатор частот выбирает частоты из набора возможных частот, разнесенных, как указывалось выше, на полосу частот элемента сигнала . Следовательно, общая ширина полосы частот СРС с ППРЧ составляет величину

http://lib.kstu.kz:8300/tb/books/2016/TSS/Mehtiev%20i%20dr%202/%D0%A2%D0%B5%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%8F/1.33.files/image141.gif

(1. 2)

Затем выходной сигнал смесителя пропускается через фильтр с шириной полосы , преобразуется в высокочастотном генераторе, усиливается и излучается.

Процесс устранения скачков частоты, демодулирования и декодирования принятого сигнала идет в обратном порядке процессу формирования передаваемого сигнала (рис. 1, б) .

... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.