Л

РОЗДІЛ 1 ОСНОВИ ПЕРЕДАЧІ ТА ПРИЙОМУ ІНФОРМАЦІЇ

РАДІОТЕХНІЧНИМИ СИСТЕМАМИ АВІОНІКИ

Радіотехнічні системи (РТС) призначені для передачі, прийому і виділення інформації, під якою будемо розуміти відомості про наявність у заданій області простору певних об’єктів та про різноманітні повідомлення, що передаються.

Вся інформація, що передається і отримується РТС, міститься в радіосигналах. Вони уявляють собою електромагнітні коливання, параметри яких (амплітуда, частота, початкова фаза) змінюються відповідно з повідомленнями, що передаються. В найпростішому випадку радіосигнал можна записати у вигляді немодульованого гармонічного сигналу: u t Acos 0t 0 ,

де A, 0 і 0 – амплітуда, кругова частота і початкова фаза сигналу;(t)= 0t + 0 – поточне значення фази радіосигналу.

1.1. Класифікація сигналів та їх характеристики а) за фізичним походженням сигнали бувають:

аналогові сигнали – звичайні безперервні сигнали, які визначені в любий момент часу, за виключенням кінцевої кількості точок розриву (рис. 1.1);

u(t)

t

Рис.1.1. Аналоговий сигнал.

дискретні сигнали – існують в суворо певні моменти часу

(рис. 1.2);

3

u(t)

t – крок дискретизації

t

Рис. 1.2. Дискретний сигнал.

квантовані сигнали - можуть приймати суворо певні значення за рівнем амплітуди (рис. 1.3);

u(t)

t

Рис. 1.3. Квантований сигнал.

- цифрові сигнали – створюються з аналогових шляхом дискретизації за часом і квантування за рівнем. Кожному рівню сигналу надається своє число (рис. 1.4) як правило у вигляді сукупності двійкових цифр. В цілому цифрові сигнали являють собою сукупність відліків у цифровій формі.

4

u(t)

t

u(t)

Рис. 1.4. Цифровий сигнал.

б) за періодичністю сигнали бувають:

Регулярні сигнали - сигнали, миттєве значення яких відоме в любий момент часу.

Регулярні сигнали діляться на періодичні і неперіодичні. Періодичним сигналом називається любий регулярний сигнал,

для якого виконується наступна рівність:

S(t) = S(t + kT),

де S - сигнал;

t - поточний час;

k - любе ціле натуральне число; T - період.

5

Прикладом періодичного сигналу є гармонічне коливання (рис. 1.5) або періодична послідовність прямокутних імпульсів (рис. 1.6).

S(t)

Am

T=2π/ω

Δt= φ0/ω

Рис. 1.5. Гармонічний сигнал.

Гармонійний сигнал описується математичним виразом:

S(t) = Amsin(ωt + φ0) = Amsin(2πft + φ0),

де Am - амплітуда сигналу; ω - кутова частота;

f - циклічна частота; φ0 - початкова фаза.

Основними параметрами сигналу є: амплітуда, період, частота, фаза, довжина хвилі.

Амплітуда (Am) – модуль найбільшого значення сигналу, [В, А]. Період (Т) - мінімальний проміжок часу, через який значення

сигналу повністю повторюються, [сек].

Частота (f) (циклічна частота) – кількість коливань у одиницю часу, як правило за одну секунду, [Гц].

Кутова частота (ω) – кількість коливань за 2 π, [рад]. Довжина хвилі (λ) – це шлях, який проходить ЕМХ протягом

одного періоду, [м].

,

де c = 3∙108 м/с – швидкість поширення радіохвиль.

6

Фаза (φ) – визначає при заданій амплітуді стан коливальної системи в любий момент часу. Любому значенню часу, вираженому в частках періоду, відповідає значення фази, виражене

Періодична послідовність прямокутних імпульсів описується математичними виразами:

;

,

де ti - тривалість імпульсу;

Т - період слідування імпульсів; N – скважність.

t

Рис. 1.6. Послідовність прямокутних імпульсів.

Неперіодичним сигналом називається любий регулярний сигнал, для якого буде виконуватись наступна математична нерівність:

S(t) ≠ S(t + kT).

Неперіодичні сигнали, як правило, є обмеженими у часі: окремі прямокутні імпульси або уривки гармонійних коливань (рис. 1.7).

7

S(t)

Am

t

а)

S(t)

ti T ∞

Am

б)

Рис. 1.7. Неперіодичні сигнали

в) за типом модуляції:

-амплітудно-модульовані сигнали (АМС);

-частотно-модульовані сигнали (ЧМС);

-фазо-модульовані сигнали (ФМС);

-сигнали з фазовою маніпуляцією(ФМн);

-сигнали частотної телеграфії (ЧТ);

-імпульсні сигнали.

8

1.2. Поняття про модуляцію

Для передачі повідомлень на відстані неелектричні повідомлення перетворюють в електричні сигнали низької частоти за допомогою мікрофону, телеграфного ключа, приладу зарядового зв’язку або телевізійної передавальної трубки (для передачі зображення) та ін., які являють собою неперервні коливання напруги u(t) і струму i(t) (рис. 1.8,а) або сукупність струмових посилок (посилок напруги) у вигляді прямокутних імпульсів (рис. 1.8,в).

u(t)

t

а)

і(t)

t

і(t)

б)

t

в)

Рис. 1.8. Часові діаграми: а) управляючого низькочастотного сигналу; б) несучого сигналу високої частот и; в) управляючих імпульсів струму.

9

Ці коливання отримали назву управляючих електричних сигналів. Управляючі сигнали не можна безпосередньо через антену випромінювати у простір і передавати в напрямку приймача, так як сигнал, який випромінюється, повинен мати довжину хвилі λ, що порівнюється з розмірами передавальної антени. Частота управляючих сигналів знаходиться в діапазоні 100Гц÷3кГц. Якщо ці значення перевести в розміри антени, то отримаємо довжину, яка дорівнює кільком кілометрам. Встановити антену такої довжини на літаку неможливо. Для усунення цієї невідповідності для передачі повідомлень використовують високочастотні сигнали у вигляді високочастотних гармонічних коливань напруги або струму (рис. 1.8,б), які генеруються в радіопередавальному пристрої, а електричний сигнал, в який перетворене повідомлення, що передається, використовують для управління коливаннями високої частоти. У цьому випадку довжина антени зменшується до кількох десятків сантиметрів.

Процес управління одним з параметрів високочастотного коливання (амплітуди, частоти, фази) за законом низькочастотного управляючого сигналу називається модуляцією.

Сигнал, який отримується внаслідок модуляції високочастотного коливання низькочастотним керуючим сигналом називається модульованим або радіосигналом. В залежності від того, який з параметрів високочастотного коливання змінюється, розрізняють амплітудну, частотну і фазову модуляцію.

Процес, зворотній до модуляції називається детектуванням і полягає у виділенні з модульованого високочастотного коливання корисного управляючого сигналу, інформація про який закладена в параметрах модульованого сигналу – амплітуді, частоті, фазі.

Модуляція ВЧ сигналу здійснюється у передачі, а детектування

– у приймачі.

1.2.1. Амплітудно-модульований сигнал

Принцип формування амплітудно-модульованого сигналу представлений на рис.1.9.

Низькочастотний керуючий сигнал формується за законом корисного повідомлення, яке необхідно передати:

S(t) = Sm cosΩt .

10

Amн(t)

Amн

t

Амплітудно-модульований сигнал

Aам(t)

ΔAm

t

Рис. 1.9 Амплітудно-модульований сигнал.

Високочастотне несуче коливання, яке має постійну амплітуду і частоту, змінюється за законом:

Aн(t) = Amн(t)cosωнt , де ωн >> Ω.

11

Амплітуда огинаючої високочастотного несучого коливання почне змінюватися за законом низькочастотного управляючого корисного сигналу:

Am(t) = Amн + ΔAmcosΩt ,

де ΔAm – максимальний приріст амплітуди згинаючої ВЧ коливання, який є пропорційним амплітуді управляючого сигналу

Sm.

Am(t) = Amн(1 + Am cosΩt),

Amн

позначимо Am = m, тоді

Amн

m = Amax Amin , Amax Amin

де m - коефіцієнт амплітудної модуляції. Звідси

Amн(t) = Amн(1 + mcosΩt).

Враховуючи вище сказане і підставивши вираз для Am до виразу для Aн(t), отримаємо загальний вираз для амплітудно-

У випадку, якщо значення m буде більшим 1, отримаємо викривлення АМС. Це явище отримало назву перемодуляція. Тому для усунення викривлення інформації, яка передається, необхідно щоб величина m задовольняла умові

m ≤ 1.

1.2.2. Частотно-модульований сигнал

При частотній модуляції за законом низькочастотного керуючого сигналу

S(t) = Sm cosΩt

12