Л

буде змінюватись несуча частота ωн високочастотного коливання

Ан(t) = Amнcosφ(t),

t

де φ(t) = í (t)dt - поточна фаза.

0

В процесі частотної модуляції несуча частота ωн високочастотного коливання буде змінюватись за законом управляючого сигналу

ωн(t) = ωн + ΔωдcosΩt,

де (ωн >> Ω)

і отримає приріст Δωд, який є пропорційним управляючій напрузі S(t), тобто

Δωд(t) = γ S(t) (γ – коефіцієнт пропорційності).

Для визначення φ(t) необхідно про інтегрувати миттєве значення несучої частоти ωн(t), в результаті чого отримаємо наступний вираз

֓

Ачм t Amн cos( нt mчм sin t) .

Процес створення частотно-модульованого сигналу пояснюється за допомогою часових діаграм, представлених на рис. 1.10.

13

Афм(t) = Amнcosφ(t),

де φ(t) = ψ + Δψд cosΩt – миттєве значення початкової фази, яке змінюється за законом управляючого сигналу;

Δψд – девіація фази, яка характеризує максимальну зміну початкової фази.

Враховуючи вираз для φ(t) отримаємо

Афм(t) = Amнcos(ωнt + Δψд cosΩt)

де Δψд = mфм – індекс фазової модуляції.

Перепишемо вираз для ФМС, враховуючи індекс фазової модуляції

Афм(t) = Amнcos(ωнt + mфм cosΩt)

Вигляд ФМС співпадає з виглядом ЧМС при рівних індексах модуляції на одній частоті модуляції.

Вся інформація, що передається і отримується радіотехнічними системами, міститься в радіосигналах. Для передачі низькочастотного повідомлення на відстань необхідно його промодулювати високочастотним коливанням. В залежності від способу формування радіосигналу розрізняють три методи отримання інформації: активний, пасивний та метод активної відповіді.

1.3. Активний метод отримання інформації

Активний метод базується на відбитті об’єктами електромагнітних коливань, що випромінює РТС. При цьому РТС повинна мати передавач і приймач (рис. 1.11).

Рис. 1.11. Активний метод отримання інформації.

15

Електромагнітні коливання, що випромінює передавач, називають зондувальним сигналом. Зондуючий сигнал відбивається від об’єкта зондування і надходить у приймач РТС. Інформація про об’єкт міститься в параметрах відбитого сигналу.

Кількість та якість інформації в ньому не залежать від одержувача інформації, а цілком визначаються фізичними та кінематичними властивостями об’єкту і його положенням відносно РТС.

В РТС, що використовують активний метод отримання інформації, зондувальний сигнал часто уявляє собою послідовність радіоімпульсів (рис. 1.12) з тривалістю i та періодом повторення Ti. Відбитий сигнал також уявляє собою послідовність радіоімпульсів. Інформація про об’єкт може міститися як в параметрах радіоімпульсу, так і в огинаючій послідовності радіоімпульсів. Вилучення інформації про об’єкти при використанні активного методу здійснюється шляхом порівняння параметрів відбитого сигналу з зондувальним.

Рис. 1.12. Радіоімпульси зондувального сигналу РЛС.

Застосування активного методу дозволяє виявляти об’єкти, які не є джерелами випромінювання радіохвиль, і визначати їх місцеположення та фізичні властивості. Тому активний метод знайшов широке застосування при вирішенні задач радіолокації. В цьому випадку радіотехнічну систему називають –

радіолокаційною системою (РЛС). При цьому РЛС може бути сумісною чи рознесеною. В сумісній системі передавач і приймач радіохвиль розташовані в одному місці, в рознесеній – у різних місцях. Прикладом сумісної радіолокаційної системи є метеонавігаційна радіолокаційна станція, а прикладом рознесеної РЛС є радіовисотомір, який має окремо передавальну та

16

приймальну антени, що розміщуються в різних місцях повітряного судна. Крім того, існують рознесені системи в яких передавач розташований на літаку, а приймач – на іншому рухомому об’єкті. Такі системи називають напівактивними. В них разом з імпульсними сигналами застосовують неперервні радіосигнали.

1.4. Метод активної відповіді

Метод активної відповіді базується на перевипромінюванні зондуючого сигналу, який називається запитним (рис. 1.13). На об’єкті встановлюється прийомопередавач (відповідач), який приймає запитний сигнал, пертворює його і автоматично випромінює відповідний сигнал. У відповідному сигналі порівняно з відбитим відсутня інформація про фізичні властивості об’єкту. Але кількість інформації, що міститься у відповідному сигналі, може бути значно збільшена шляхом зміни його параметрів, тобто модуляції.

Відповідний

сигнал Приймач Передавач

Рис. 1.13. Метод активної відповіді.

Оскільки відповідний сигнал формується спеціальним прийомо-передавачем, що встановлений на об’єкті, то РТС, які використовують метод активної відповіді, забезпечують роботу тільки зі своїми об’єктами. Тому даний метод знайшов широке застосування в радіозв’язкових системах вторинної радіолокації (системи з активним запитом та активною відповіддю), прикладом яких є літакові відповідачі системи керування повітряним рухом та засоби визначення державної належності повітряних суден. Також до систем що працюють на основі методу активної відповіді відносяться радіонавігаційні системи, наприклад бортові далекоміри.

17

Всистемах вторинної радіолокації та засобах державного пізнавання зазвичай використовують імпульсні сигнали. Інформація про повітряне судно (державна належність, курс, номер, тощо) кодується у відповідному сигналі шляхом зміни амплітуди або тривалості відповідних радіоімпульсів, а також часових інтервалів у пачці відповідних радіоімпульсів у залежності від встановленого коду.

Врадіозв’язкових та радіонавігаційних системах поряд з імпульсними радіосигналами широко застосовуються неперервні сигнали, в яких амплітуда, частота чи фаза змінюються у відповідності з повідомленням, що передається. Радіосигнали, в яких змінюється амплітуда (А), називають амплітудно-

модульованими, а якщо змінюється частота ( ) чи фаза ( ) радіосигналу у відповідності до повідомлення, що передається, то радіосигнал називають відповідно частотно-модульованим чи

фазо-модульованим.

1.5. Пасивний метод отримання інформації

Пасивний метод базується на прийомі сигналів випромінювання об’єктів. При цьому РТС має тільки приймач (рис. 1.14). Радіосигналом, що несе інформацію є випромінювання передавача об’єкта..

РТС

Радіосигнал

Приймач

Передавач

Рис. 1.14. Пасивний метод отримання інформації.

Пасивний метод знаходить широке застосування в радіонавігаційних системах, та в лініях телеметрії. Для РТС, які застосовують пасивний метод, характерним є те, що одержувач інформації може визначити тільки напрямок на об’єкт, що випромінює, і параметри радіосигналу. Прикладом систем, що застосовують пасивний метод отримання інформації є

18

автоматичний радіокомпас, системи близької навігації та системи посадки.

1.6. Основні закономірності поширення радіохвиль

Передача інформації в РТС від джерела випромінювання до одержувача здійснюється за допомого електромагнітних хвиль певного діапазону, які називаються радіохвилями. Радіохвилі утворюються в результаті перетворення електричних коливань в електромагнітні за допомогою передавальних пристроїв та антен.

Напрямок поширення радіохвилі характеризується фазовим фронтом. Під фазовим фронтом хвилі розуміють поверхню, у всіх точках якої радіохвиля має однакову фазу. У точкового джерела випромінювання, яке називається ізотропним, тобто таким, що випромінює у всі боки однаково, фронт хвилі уявляє собою сферу радіусом D (рис. 1.15), де D – відстань від джерела випромінювання до точки аналізу радіохвилі. На великих відстанях від джерела випромінювання невелику ділянку фазового фронту можна вважати площиною, перпендикулярною до напрямку поширення радіохвилі. В цьому випадку радіохвиля називається

плоскою.

D

Рис. 1.15. Фазовий фронт ізотропного джерела.

Електромагнітне поле пов’язане з певною енергією, яка зосереджена частково в електричному і частково в магнітному полях. Інтенсивність переносу енергії радіохвилею характеризується щільністю потужності, тобто енергією, що проходить за одну секунду через один квадратний метр поверхні, перпендикулярної до напрямку поширення радіохвилі. При ізотропному випромінюванні щільність потужності П визначається за формулою:

19

де Н і Е – напруженості, що характеризують силову дію відповідно магнітного та електричного полів; Р – потужність сигналу, що випромінюється джерелом.

Встановлені наступні закономірності поширення радіохвиль, які обумовили їх широке застосування для передачі інформації в радіотехніці:

1.Постійність швидкості поширення радіохвиль в однорідному середовищі (відповідно швидкості світла с = 3

108 м/с).

2.Прямолінійність поширення радіохвиль в однорідному середовищі.

3.Властивість радіохвиль відбиватися від фізичних неоднорідностей середовища, що зустрічаються на шляху їх поширення.

4.Зміна частоти прийнятих електромагнітних коливань (fпрм), у порівнянні з частотою випроміненого сигналу (fвипр), при відносному переміщенні джерела випромінювання і

приймача (ефект Доплера).

Ефект Доплера можна записати у вигляді:

fпрм fв ипр FД ,

де FД - доплерівське зміщення частоти, а знак ± визначає зближення або віддалення приймальної і передавальної антен.

1.7. Середовище поширення радіохвиль

Середовищем, в якому поширюється радіохвиля, найчастіше є атмосфера. Вона ділиться на три шари: тропосферу, стратосферу та іоносферу.

Тропосферою називають нижню частину атмосфери (h ≤ 20 км). Вона уявляє собою суміш різних молекулярних хімічних речовин. Крім того, у тропосфері можуть знаходитись штучні об’єкти та зони скупчення гідрометеорів. Частки пилу, водяна пара та гідрометеори, що зустрічаються на шляху розповсюдження радіохвилі, призводять до розсіяння її енергії за рахунок відбиття, часткового поглинання енергії радіохвилі, пов’язаного із

20

збудженням молекул, та викривлення траєкторії її поширення. Властивості відбиття та поглинання енергії радіохвилі виявляються тим більше, чим менша довжина радіохвилі порівняно з лінійними розмірами неоднорідності (об’єкту). Якщо довжина хвилі набагато більша за лінійні розміри об’єкту, має місце його огинання радіохвилею. Це явище називають дифракцією.

Радіохвиля, відбита від часток пилу, гідрометеорів та зон скупчення різних хімічних речовин, накладається на радіохвилю джерела випромінювання, що призводить до спотворення повідомлення, що передається.

Явище викривлення траєкторії розповсюдження радіохвилі називають рефракцією. Це явище обумовлено плавною зміною коефіцієнта заломлення тропосфери з висотою. Звичайно коефіцієнт заломлення із збільшенням висоти зменшується. При цьому траєкторія поширення радіохвилі відхиляється донизу (рис. 1.6, крива 1), що сприяє її проникненню у зону радіотіні і збільшенню дальності прямої видимості Dпв. Однак в полярних умовах над морем та взимку під час снігопаду можлива ситуація, коли коефіцієнт заломлення зростає із збільшенням висоти. В цьому випадку траєкторія радіохвилі відхиляється догори (рис. 1.16, крива 2), що призводить до зменшення Dпв .

0

Рис. 1.16. Рефракція радіохвиль.

Стратосфера є перехідним шаром між тропосферою та іоносферою і слабко впливає на поширення радіохвиль.

Іоносфера уявляє собою шар газу, іонізованого під дією сонячного та космічного випромінювань. Умовно її ділять на кілька шарів (шар Д відповідає висоті 60-90 км над рівнем землі,

21

відповідно шар Е – 90-120 км, F1 – 130-140 км, а F2 – 150-200 км.), які по-різному впливають на розповсюдження радіохвиль (рис. 1.17) відповідно до концентрації в них заряджених частинок (іонів). При поширенні радіохвилі в іоносфері мають місце поглинання та відбиття її енергії.

Відбиття підсилюється із збільшенням ступеня іонізації та довжини хвилі. Крім того, відбиваючі властивості іоносфери залежать від кута падіння . Кожній довжині хвилі відповідає свій мінімальний (критичний) кут кр, при якому відбувається повне відбиття. Поглинання енергії радіохвиль в іоносфері також збільшується при збільшенні довжини хвилі та концентрації вільних електронів.

Пряма хвиля

F2

F

1

Е

Д

Просторова

хвиля Поверхнева

хвиля

Рис. 1.17. Розповсюдження радіохвиль і іоносфері.

1.8. Діапазони радіохвиль

Іоносфера, як і земна поверхня, є межею, де має місце різка зміна умов поширення радіохвиль порівняно з тропосферою та стратосферою. У зв’язку з цим при розповсюдженні радіохвилі в атмосфері вона ділиться на три складові (рис. 1.17):

поверхневу, яка розповсюджується уздовж земної поверхні;

просторову, яка відбивається від іоносфери та земної поверхні;

22