Впервые работу приемника радиоволн продемонстрировал российский ученый Александр Семенович Попов в 1895 году [1]. После этого началось быстрое развитие систем радиосвязи, которое продолжается в настоящее время.
Простейшая схема системы радиосвязи показана на рис. 1.1. Система содержит приемник и передатчик, каждый из которых снабжен антенной.
|
| Рис. 1.1. Схема системы радиосвязи |
Упрощенная блок-схема передатчика приведена на рис. 1.2.
|
| Рис. 1.2. Основные блоки радиопередатчика |
Задающий генератор для систем СВЧ диапазона обычно работает на более низких частотах, где можно обеспечить высокую стабильность частоты с помощью кварцевых резонаторов. После этого сигнал подается на умножитель частоты, который формирует сигнал в требуемом диапазоне. Преобразователь информации вырабатывает напряжение, обеспечивающее наложение информации на сигнал, который передается в антенну после усиления до требуемого уровня. Упрощенная схема приемника прямого усиления приведена на рис. 1.3. Соединенные с антенной входные цепи пропускают только нужную полосу частот, на которой работает система. Далее следует избирательный усилитель высокой частоты (УВЧ), также настроенный на рабочую частоту. Для выделения информации, наложенной на радиосигнал, используется детектор, сигнал с которого после усиления усилителем низкой частоты (УНЧ) передается на выходное устройство. В качестве выходного устройства может использоваться динамик, телевизор, магнитофон, компьютер и др.
Основным недостатком такой простой системы является необходимость перестройки УВЧ при переходе на другую частоту входного сигнала. Если требуется высокий коэффициент усиления, обеспечение устойчивости усилителя нередко становится невыполнимой задачей. Эта трудность преодолевается в более сложном устройстве, рассмотренном ниже.
|
| Рис. 1.3. Схема приемника прямого усиления |
В СВЧ диапазоне работает большинство радиолокационных систем (РЛС). На рис. 1.4. поясняется принцип действия импульсного радиолокатора, в котором передатчик и приемник работают на общую антенну. Время t 1 задержки приятого отраженного сигнала по отношению к излученному связано с расстоянием L до наблюдаемого объекта через скорость света c в соответствии соотношением, приведенным на рисунке.
Упрощенная блок-схема РЛС приведена на рис. 1.5. При работе передатчика и приемника на одну антенну требуется быстродействующий антенный переключатель. После переключателя включен ограничитель мощности, предохраняющий приемное устройства от возможных перегрузок сигналом высокого уровня. Далее следует УВЧ и смеситель с подключенным к нему вспомогательным генератором (гетеродином с частотой f г), в котором сигнал переносится с входной частоты f с на промежуточную частоту f пр в соответствии с определенным соотношением, например,
 = const.
| (1.1) |
В некоторых случаях соотношение может быть иным.
| ||
| Рис. 1.4. Принцип действия импульсной РЛС |
|
| Рис. 1.5. Блок-схема |
При преобразовании частоты информационные характеристики сигнала (например, амплитудная или частотная модуляция) полностью сохраняются, а промежуточную частота остается постоянной для данной системы при переходе в другие диапазоны входного сигнала. На этой частоте происходит основное усиление сигнала, но УПЧ не требует перестройки, и задача обеспечения его устойчивости решается значительно проще. Кроме того возможно значительной снижение частоты сигнала (иногда на 2 порядка), что резко облегчает его дальнейшее усиление.
В качестве выходного устройства (индикатора) РЛС может использоваться электронно-лучевая трубка, монитор компьютера и др.
Связь частоты f и длины волны l излучения определяется следующими соотношениями:
l = c T = c / f; l [км] = 300/ f [кГц]; l [см] = 30/ f [ГГц],
где c – скорость света: c = 3×1010 см/с, T – период колебаний.
Диапазон сверхвысоких частот (СВЧ) занимает коротковолновый участок радиоволн по частотам от 300 МГц до 3000 ГГц и по длинам волн соответственно от 1 м до 0,1 мм. На низкочастотном краю он граничит с УКВ радиодиапазоном, а на высокочастотном краю – с инфракрасным диапазоном оптического излучения.
По сравнению с более низкочастотными диапазонами радиоволн, СВЧ диапазон имеет следующие достоинства:
1. Высокая информационная емкость. Возможность осуществления качественной цифровой телефонной и телевизионной связи.
2. Высокая направленность антенн при тех же размерах. Отсюда следует повышенная чувствительность приемных устройств, экономия энергии передатчиков, высокая точность радиолокационных систем.
3. Возможность связи с космическими объектами благодаря тому, что СВЧ лучи способны проходить сквозь атмосферу земли.
4. Минимальный уровень шумов, что увеличивает дальность связи.
По сравнению с оптическим излучением, волны СВЧ диапазона характеризуются более слабым поглощением в условиях облачности, тумана и т. п.