книги / Основы радиоэлектроники

по прямой расположены зерна люминофора, а каждое отверстие маски имеет форму не круга, а щели (рис. 9.22).

§9.7. Тенденции развития телевидения

Внастоящее время в нашей стране начат выпуск унифициро­ ванных стационарных цветных телевизоров четвертого поколе­ ния. В этих телевизорах используются интегральные микросхе­

мы, телевизор потребляет меньше электрической энергии — 50-^70 Вт, весит 20—25 кг. Главная особенность этих телевизо­ ров— многофункциональность. К этим телевизорам можно под­ ключать видеомагнитофон, персональную ЭВМ.

Ведутся работы над созданием телевизоров с плоским экра­ ном, который можно повесить на стену, как картину. Разрабаты­ ваются телевизоры со стереоскопическим изображением, карман­ ные телевизоры со сверхмалым экраном и проекционные телеви­ зоры с большим экраном площадью сотни квадратных метров для коллективного просмотра передач. Готовятся к производству телевизоры с цифровой обработкой сигналов, обеспечивающей чрезвычайно высокое качество изображения. Цифровая техника позволит ввести в запоминающее устройство телевизора про­ грамму на сутки или несколько дней, чтобы утром телевизор разбудил телезрителя, включил интересующую зрителя програм­ му, автоматически записал на видеомагнитофон интересную пе­

редачу. Через системы «Видеотекст» и «Телетекст» можно будет запросить из информационного центра и увидеть на экране ин­ тересующую нас информацию: расписание самолетов, синопти­ ческую карту с прогнозом погоды, сведения о новинках, поступа­ ющих в торговлю.

В ближайшие годы многофункциональные системы объединят

водном аппарате компьютер, видеомагнитофон и телевизор. Станут возможными телеприемники, на экранах которых бу­

дут приниматься одновременно до шести телеканалов.

Ведутся работы по внедрению цифровых методов передачи изображения. Сложный телевизионный сигнал заменяется после­ довательностью импульсов, как при работе ЭВМ. При этом возможно транслировать телепередачи на любые расстояния без потери качества, однако цифровой телевизионный сигнал занима­ ет большую полосу частот, чем аналоговый. В настоящее время требуемую полосу частот удалось сузить в 8 раз, используя оптимальное цифровое кодирование телевизионного сигнала, аналогичное кодированию информации в глазу человека. Это позволит по одному каналу спутниковой связи передавать одно­ временно две программы цифрового телевидения.

Громадное расширение возможностей домашнего экрана обе­ щает человечеству появление телевидения высокой четкости (ТВЧ). В телевизорах ТВЧ изменено соотношение высоты и ши­ рины экрана— оно соответствует широкоэкранному кино 9:16. Число элементов в строке 1920. Главное же достоинство ТВЧ в том, что изображение формируется очень большим количе­ ством строк. (По японскому стандарту число строк равно 1125, а число полукадров (полей) — 60.) Это позволяет получить неви­ данную доселе четкость и яркость изображения, не уступающего по качеству слайду или обычной 35-мм кинопленке.

Все представляется в своем естественном виде с тончайшими цветовыми нюансами. Эксперты не всегда могут отличить изоб­ ражение на экране телевизора высокой четкости от изображения за чисто вымытым окном. По яркости красок и богатству дета­ лей система ТВЧ во много раз превосходит применяемые сейчас системы.

По мнению ученых, изображение ТВЧ по богатству содержа­ щейся видеоинформации вдвое превосходит нынешнее. Звук сте­ реофонический. Работы в этом направлении ведутся в Японии, США, Канаде, у нас и в 9 европейских странах общего рынка (ЕЭС).

Экспериментальные передачи были проведены в Японии в феврале 1987 г, у нас планировалось осуществить первые пе­ редачи ТВЧ в 1995 г. в объеме 6 часов ежесуточно. В настоящее время российские ученые считают целесообразным сосредото­ чить усилия по разработке системы цифрового ТВЧ со стандар­ том 1375 строк и 25 кадров в секунду. Преимущество ее —

совместимость ТВЧ с ныне используемым стандартом, что по­ зволит продолжать эксплуатировать уже имеющиеся в стране 90 миллионов телевизоров. Большие перспективы открывает ТВЧ при изучении Земли из космоса, в медицине, полиграфии.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ К ГЛАВЕ 9

1.Опишите основные принципы телевидения. Для чего нужна развертка изображения?

2.Каковы основные параметры телевизионного изображения?

3.Нарисуйте структурную схему телевизионной системы.

4.Расскажите о принципах действия телевизионных передающих трубок.

5.Расскажите о принципе действия телевизионных приемных трубок.

6.Опишите временные и спектральные характеристики управляющего теле­ визионного сигнала. Какова роль синхроимпульсов?

7.Опишите временные и спектральные характеристики телевизионного ра­ диосигнала. Какие виды модуляции используются в телевидении?

8.Какие диапазоны волн используются в телевидении? Каковы особенности распространения этих волн?

9.Как осуществляется выделение синхроимпульсов с помощью амплитуд­

ного селектора?

10.Как удается разделить строчные и кадровые синхроимпульсы с помощью интегрирующих и дифференцирующих цепей?

11.Опишите принципы цветного телевидения.

12.Укажите основные тенденции развития телевидения.

Г Л А В А 10

ПРИМЕНЕНИЕ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ В НАУКЕ, ТЕХНИКЕ И БЫТУ

§10.1. Космическая связь. Непосредственный прием радиовещательных и телевизионных программ

со спутников

В последние годы интенсивно развиваются системы космиче­ ской радиосвязи в диапазоне сверхвысоких частот с ретранс­ ляторами на искусственных спутниках Земли (ИСЗ). В настоящее время эти системы связи работают в диапазоне 1 ч - 15 ГГц (дли­ ны волн 30 ч 2 см), однако перспективными представляются сис­ темы на 100 ГГц и на более высоких частотах миллиметрового диапазона, так как здесь достаточно просто обеспечивается высо­ кая эффективность радиосистем: узкая диаграмма направлен­ ности антенных устройств, малый уровень естественных помех, скрытность канала связи и др. В качестве источников питания на ИСЗ используются солнечные батареи. Мощность солнечных батарей ИСЗ в среднем 1,5 ч 2 кВт, 60 ч 70% этой мощности потребляется передатчиком, и при КПД 20 ч 30% мощность вы­ ходного сигнала не превышает 250 ч 400 Вт. Обычно используют­ ся на порядок меньшие мощности и только для непосредствен­ ного телевизионного вещания на антенны коллективного пользо­ вания, для радиосвязи с самолетами и кораблями используются предельно возможные мощности.

Описанные ретрансляторы на ИСЗ имеют до 12 передатчиков, каждый из которых излучает мощность около 10 Вт и обслужи­ вает свой канал связи с полосой пропускания 36 МГц, по которо­ му передается либо одна программа цветного телевидения, либо 900 телефонных разговоров.

В настоящее время широко используется передача радиовеща­ тельных и телевизионных программ через ИСЗ. Программа с ИСЗ принимается специальными приемными станциями с пара-

болическими антеннами диаметром 10 м и передается на назем­ ные радиовещательные и телевизионные передатчики, которые излучают радиосигналы, принимаемые обычными радиовеща­ тельными и телевизионными приемниками.

Существуют уже две международные коммерческие спутнико­ вые системы связи. Спутники ИНТЕЛСАТ служат для передачи телевизионных программ и связи со стационарными объектами. Система ИН МАРСАТ обеспечивает мировой морской флот и других находящихся в движении потребителей вплоть до обыч­ ных автомашин. У нас создана национальная система связи через спутники.

При непосредственном спутниковом приеме необходимо иметь приемник с высокой чувствительностью, а передатчик на ИСЗ должен обладать достаточной мощностью. Передачи долж­ ны вестись с ИСЗ, находящегося на геостационарной орбите на высоте 42 тыс. км над экватором. В этом случае спутник совер­ шает один оборот вокруг Земли за 24 часа, т. е. остается практи­ чески неподвижным относительно приемника на Земле. Три таких спутника могут создать зону обслуживания, охватывающую весь мир. Расчеты показывают, что масса такого ИСЗ — около тонны. Переход к непосредственному приему радиовещательных про­ грамм с ИСЗ позволил бы преодолеть основной недостаток программ, передаваемых в УКВ диапазоне— ограниченность зо­ ны обслуживания. Для непосредственного спутникового приема международными соглашениями выделены полосы частот в диа­ пазонах 2,6 ГГц (2,55—2,7 ГГц), 12 ГГц (11,5— 12,5 ГГц), 42 ГГц (41—43 ГГц) и 85 ГГц (84—86 ГГц). Основная масса передач осуществляется в настоящее время в диапазоне 12 ГГц.

§ 10.2. Радиоастрономия

За последние годы радиоастрономия достигла выдающихся успехов: открыто реликтовое электромагнитное излучение в диа­ пазоне 10“2 102 см, как считают, связанное с Большим Взры­ вом при возникновении Вселенной «20 млрд, лет назад, об­ наружены тысячи космических радиоисточников, исследована их точная радиоструктура и т. д. Эти успехи в значительной степени обязаны антенной технике. В радиоастрономии применяются уникальные в научном и техническом плане сооружения. Это гигантские подвижные сооружения типа Эффельсбергского ра­ диотелескопа (Бонн, ФРГ) с диаметром зеркала 100 м, работа­ ющего на длине волн Х= 3 см. Гигантское сооружение представ­ ляет собой отечественный 70-метровый телескоп РТ-70. Дно ча­ ши радиотелескопа при его направлении вверх находится на высоте 56 м над землей. На этом радиотелескопе получено много новых для науки о Вселенной данных. В частности, например,

проведены прямые радиолокационные измерения высотного про­ филя горы Олимп на Марсе, получены изображения поверхно­ стей Меркурия, Венеры, Марса с разрешением по дальности от 0,7 до 1,2 км.

Трудности в создании больших зеркальных антенн привели к созданию антенн переменного профиля. Они представляют собой расчлененные на отдельные элементы (щиты) зеркала большого суммарного размера. Одним из наиболее грандиозных радиотелескопов в виде антенны переменного профиля является РАТАН-600 диаметром 600 м с минимальной рабочей длиной волны Х~8 мм, состоящим из 900 щитов отражателей общей площадью 1,3 • 104 м2

и позволяет заглянуть во Вселенную на расстояние, которое свет проходит за 10 млрд. лет.

§ 10.3. Радиолокация

Принцип действия радиолокационной станции был описан во Введении. Структурная схема простейшей радиолокационной системы (РЛС), предназначенной для определения дальности объекта, приведена на рис. 10.1. Передатчик содержит генератор

3. Пониженные требования предъявляются к стабильности часто­ ты генераторов и к идентичности параметров транзисторов и других активных элементов.

§ 10.4. Волоконно-оптические линии связи

Важным направлением использования электромагнитных волн оптического диапазона для передачи больших объемов информа­ ции является использование их в волоконно-оптических линиях связи. Уже получены и производятся промышленностью светово­ ды с потерями, меньшими 1 дБ/км, что дает возможность разме­ щать переприемные (передающие и приемные) станции линий дальней связи на расстоянии 30—40 км друг от друга. По волново- дно-оптическим линиям связи может быть передан в 106— 107 раз больший объем информации, чем во всем диапазоне сверхвысоких частот. Цифровые системы передачи информации позволяют пе­ редавать по этим линиям связи до 2000 телевизионных каналов.

14 декабря 1988 г. вошел в строй телефонный кабель из стек­ ловолокна, который протянулся под водой на 7 тыс. км и соеди­ нил Северную Америку и Европу. По кабелю одновременно могут вестись 40 тыс. телефонных разговоров, что превосходит возможности спутника связи.

К изучению вариантов создания первой трансконтиненталь­ ной волоконно-оптической линии, проходящей через нашу терри­ торию от западной границы до восточной с выходом на Европу и Японию, приступили российские ученые совместно со специа­ листами из США, Японии и Дании. Волоконно-оптический ка­ бель пересечет несколько западно-европейских стран, нашу стра­ ну, соединится по подводному кабелю с Японией, а затем будет продлен до стран Юго-Восточной Азии и Австралии.

Трансроссийская линия совместно с трансатлантическими

итранстихоокеанскими волоконно-оптическими линиями позво­ лит организовать кругосветное цифровое кольцо Всемирной сети связи. Оно будет проходить через три континента: Европу, Азию

иАмерику и три океана: Тихий, Атлантический и Индийский.

Внастоящее время прорабатывается возможность участия в про­ екте организаций связи из Великобритании, Италии, Австралии

идругих стран.

§10.5. Физические принципы звукозаписи

извуковоспроизведения

Электроакустические приборы предназначены для преобразо­ вания звуковых и механических колебаний в электрические и на­ оборот. К ним относятся микрофоны, звукосниматели, телефо­ ны, головки громкоговорителей и др.

Вмикрофоне происходит преобразование звуковых колебаний

вколебания электрического тока. По принципу действия основ­

ная масса микрофонов подразделяется на динамические (индук­ ционные), конденсаторные (электростатические), пьезоэлектри­ ческие, электромагнитные и угольные.

Угольные и конденсаторные микрофоны работают лишь при наличии источников питания в их цепях, а динамические, пьезо­ электрические и электромагнитные преобразуют звуковые коле­ бания в электрические без вспомогательных батарей или других источников питания.

В динамических микрофонах катушка, связанная с подвижной частью микрофона— мембраной катушечного микрофона, или лента ленточного микрофона, перемещаются в магнитном поле постоянного магнита. Благодаря явлению электромагнитной ин­ дукции в проводниках катушки или в ленте возникают э. д. с. индукции, которая и подается на вход усилителя. Это студийные и концертные микрофоны, работающие в полосе частот 40 Гц— 15 кГц. В конденсаторном микрофоне под действием звуковых колебаний перемещается мембрана, меняется расстояние между ней как первой обкладкой конденсатора и неподвижной пласти­ ной, являющейся второй обкладкой конденсатора, и меняется емкость этого конденсатора. Если последовательно с конден­ саторным микрофоном включить резистор и источник питания, то через конденсатор и резистор протекает ток, и на резисторе возникает напряжение, пропорциональное звуковому давлению. Эти микрофоны работают в полосе частот 10 Гц-н20 кГц. В элек­ тромагнитных микрофонах мембрана колеблется в зазоре между наконечниками магнитопровода, и в силу этого меняется магнит­ ный поток, который пронизывает неподвижные катушки и наво­ дит в них ЭДС индукции. Диапазон воспроизводимых частот этих микрофонов 400 Гц— 4000 Гц. Их применяют в слуховых аппаратах, мегафонах, шлемофонах. В пьезоэлектрических мик­ рофонах используется прямой пьезоэлектрический эффект, прояв­ ляющийся в том, что при деформации пьезокристаллов на их поверхности возникают заряды, величина которых пропорциона­ льна деформации.

Принцип работы угольного микрофона основан на свойстве угольного порошка менять свое сопротивление в зависимости от силы его сжатия. При включении угольного микрофона в цепь, содержащую также резистор и источник питания, через микро­ фон и резистор протекает переменный ток, и на резисторе воз­ никает напряжение, пропорциональное звуковому давлению. Чувствительность этих микрофонов выше, чем у микрофонов других типов, но другие электрические параметры их гораздо хуже (полоса частот 300—3000 Гц). Угольные микрофоны имеют ограниченное применение и используются, в основном, в малога­ баритной аппаратуре.