Файл: Учереждение высшего профессионального образования московский государственный университет приборостроения и информатики.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 381
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
Общие сведения об электрических и радиотехнических цепях
Сигналы и их основные характеристики
Корреляционные характеристики детерминированных сигналов
Вопросы и задания для самопроверки:
Методы анализа электрических цепей
Вопросы и задания для самопроверки
Спектры амплитуд и фаз периодических сигналов
Спектральные плотности амплитуд и фаз непериодических сигналов
Примеры определения спектральной плотности сигналов
Определение активной длительности сигнала и активной ширины его спектра
Вопросы и задания для самопроверки:
Комлексная передаточная функция и частотные характеристики цепи
Спектральный анализ цепей при непериодических воздействиях
Вопросы и задания для самопроверки гл. 5, 6:
Вопросы и задания для самопроверки:
Частотный принцип преобразования радиотехнических сигналов
вдоль проводов позволяют осуществить в электротехнических системах эффективную передачу на значительные расстояния мощных электромагнитных полей, энергия которых используется для приведения в действие мощных машин, приборов, источников света, тепла и т. п.
Радиотехника позволяет решить проблему передачи электромагнитного поля без помощи соединительных проводов. Излучаемое электромагнитное поле, распространяясь в свободном пространстве, рассеивается в значительном объеме, и только небольшая часть энергии поля достигает места приема. Поэтому переданная без проводов энергия не может быть непосредственно использована для приведения в действие сколько-нибудь мощных механизмов. Она служит для передачи сигналов, несущих ту или иную информацию. Характер и форма сигналов соответствуют передаваемому сообщению; их источником является отправитель информации. Так, например, речевые сигналы производятся голосовыми связками говорящего человека.
Первичные сигналы, несущие передаваемое сообщение, преобразуются в электрические (вторичные) сигналы, т. е. в электрические колебания, изменяющиеся во времени по тому же закону, что и первичные сигналы.
В радиотехнике сигналы того или иного назначения (телеграфные, телефонные, телевизионные и т. п.) передаются от отправителя к получателю без проводов. Главная цель, которая здесь преследуется, состоит в том, чтобы принятые сигналы были по возможности совершенно подобны отправленным (неискаженная передача) и чтобы действие неизбежных внешних помех было минимальным. Энергетические соображения при этом отодвигаются на второй план. Даже ничтожно малая энергия принятого сигнала оказывается достаточной для приведения в действие очень чувствительных приборов современного радиоприемного устройства. В нем осуществляется обратное преобразование электрических сигналов в исходные. Так, при приеме речевых сигналов телефон на выходе приемника преобразует электрические колебания в звуковые, которые воспринимаются ухом человека.
В электротехнике и радиотехнике широко используются процессы, при которых напряженность поля, напряжение, ток и т. д. изменяются во времени по синусоидальному закону. Промежуток времени, по истечении которого значения этих величин повторяются, носит название
периода Т. Величина, обратная периоду
называется частотой и измеряется в герцах (циклах в секунду).
В некоторых случаях удобно пользоваться более крупными единицами:
1 килогерц (кГц) = 103Гц ; 1 мегагерц (МГц) = 103кГц
1 гигагерц (ГГц) = 103МГц; 1 терагерц (ТГц) = 103ГГц.
Электромагнитное поле, распространяющееся в пространстве с некоторой скоростью
,называют электромагнитной волной. За период Т электромагнитная волна распространяется на расстояние длины волны
Для вакуума и воздуха скорость
и длина волны
где f — в герцах.
В ряде случаев оказывается удобным количественно характеризовать периодичность процесса не частотой, а длиной волны. Вместо того, чтобы говорить о частоте колебаний f, говорят об их длине волныпереход от одной величины к другой может быть произведен при помощи формулы (1.3).
Как доказывается в теории электромагнитного поля, эффективное излучение электромагнитных волн с целью последующего их распространения без проводов возможно лишь в том случае, если размеры излучающей системы, называемой
антенной, соизмеримы с длиной волны электрических колебаний. Ввиду того, что практически осуществимые размеры антенных систем ограничены конструктивными (габаритными) соображениями, в радиотехнике в большинстве случаев используют достаточно короткие электромагнитные волны, т.е. достаточно высокие частоты колебаний.
Электромагнитные волны, используемые для передачи информации радиотехническими методами, называются радиоволнами.
Наиболее низкими частотами, которые находят применение в радиотехнике для беспроводной передачи сигналов, являются частоты порядка 5—10 кГц. Им соответствуют волны длиной 6000—30000 м.
С точки зрения эффективности излучения радиоволн желательно применять возможно более высокие частоты. Однако при выборе и оценке величины, радиочастот необходимо учитывать их некоторые специфические особенности. Важнейшими из них являются условия распространения радиоволн при их движении вдоль (или внутри) земли и в пространстве, ее окружающем, а также методы генерирования и использования колебаний различных частот.
Таблица 1.1
Примечание. Частоты, соответствующие длинным и средним волнам, иногда называют умеренно высокими, а частоты, соответствующие ультракоротким волнам — сверхвысокими (СВЧ).
Современная радиотехника имеет дело с чрезвычайно широким диапазоном частот, которые можно классифицировать согласно табл. 1.1.
Приведенную в таблице классификацию радиочастот и соответствующих им волн нельзя считать твердо установившейся. Для развития радиотехники характерно освоение все новых диапазонов. В частности, включение в таблицу радиоволн колебаний инфракрасного и световогодиапазонов стало возможным благодаря успехам, достигнутым в последние годы электроникой и радиотехникой.
Если для осуществления эффективного излучения радиоволн необходимы очень высокие частоты, то для решения многих других радиотехнических задач требуются как постоянные токи (f = 0), так и токи низких частот. Таким образом, для радиотехники характерно использование самых различных колебаний, имеющих частоты, лежащие в пределах от нуля до величин, превышающих миллиарды герц.
Естественно, что электротехника, имеющая дело с передачей энергии вдоль проводов, свободна от высказанных выше требований в отношении частоты колебаний. Наряду с постоянными токами чаще всего здесь находят применение колебания стандартной частоты 50 Гц (в США – 60 Гц). Наибольшие частоты, с которыми мы встречаемся в электротехнике, не превышают немногих сотен или тысяч герц.
Столь большое количественное различие в частотах, используемых в электротехнике и радиотехнике, приводит к тому, что технические приемы, которые с успехом применяются в электротехнических системах, оказываются совершенно непригодными в радиотехнике. Более того, многие физические представления, основанные на некоторых допущениях и удовлетворительно характеризующие явления при низких частотах, становятся несправедливыми при переходе к высоким частотам. Количественные
изменения приводят к необходимости качественного изменения ряда представлений и методов осуществления технических устройств. Эти отличия заставляют говорить о радиотехнике как о большой самостоятельной отрасли науки.
В последние годы в развитии радиотехники наметились тенденции, которые, возможно, приведут к некоторому уменьшению отмеченных выше различий между электротехникой и радиотехникой. Так следует отметить, что в настоящее время проводятся опыты применения для подземной и подводной радиосвязи весьма низких частот, которые уже мало отличаются от используемых в электротехнике. С другой стороны создание генераторов, излучающих узкий пучок световых лучей (лазеров), открывает новые пути для построения систем беспроводной передачи не только сигналов, несущих информацию, но и значительного количества энергии при высоком коэффициенте полезного действия.
Роль электротехники и радиотехники в современной жизни не ограничивается решением задач передачи электромагнитной энергии на расстояние; электротехнические и в особенности радиотехнические методы находят все более широкое применение в современной науке, технике и промышленности. Успехи радиотехники привели к возникновению такой широкой науки как радиоэлектроника, которая развивает методы радиотехники и электроники (науки об электронных приборах и их применениях) для решения многих разнообразных задач, возникающих в самых различных отраслях науки и техники. Наконец, радиотехника положила начало развитию некоторых новых наук, в числе которых может быть названа радиоастрономия, чрезвычайно расширившая возможности познания и изучения вселенной, радиоспектроскопия, играющая большую роль визучении строения атома всовременной физике, и другие.
Радиотехника позволяет решить проблему передачи электромагнитного поля без помощи соединительных проводов. Излучаемое электромагнитное поле, распространяясь в свободном пространстве, рассеивается в значительном объеме, и только небольшая часть энергии поля достигает места приема. Поэтому переданная без проводов энергия не может быть непосредственно использована для приведения в действие сколько-нибудь мощных механизмов. Она служит для передачи сигналов, несущих ту или иную информацию. Характер и форма сигналов соответствуют передаваемому сообщению; их источником является отправитель информации. Так, например, речевые сигналы производятся голосовыми связками говорящего человека.
Первичные сигналы, несущие передаваемое сообщение, преобразуются в электрические (вторичные) сигналы, т. е. в электрические колебания, изменяющиеся во времени по тому же закону, что и первичные сигналы.
В радиотехнике сигналы того или иного назначения (телеграфные, телефонные, телевизионные и т. п.) передаются от отправителя к получателю без проводов. Главная цель, которая здесь преследуется, состоит в том, чтобы принятые сигналы были по возможности совершенно подобны отправленным (неискаженная передача) и чтобы действие неизбежных внешних помех было минимальным. Энергетические соображения при этом отодвигаются на второй план. Даже ничтожно малая энергия принятого сигнала оказывается достаточной для приведения в действие очень чувствительных приборов современного радиоприемного устройства. В нем осуществляется обратное преобразование электрических сигналов в исходные. Так, при приеме речевых сигналов телефон на выходе приемника преобразует электрические колебания в звуковые, которые воспринимаются ухом человека.
В электротехнике и радиотехнике широко используются процессы, при которых напряженность поля, напряжение, ток и т. д. изменяются во времени по синусоидальному закону. Промежуток времени, по истечении которого значения этих величин повторяются, носит название
периода Т. Величина, обратная периоду
называется частотой и измеряется в герцах (циклах в секунду).
В некоторых случаях удобно пользоваться более крупными единицами:
1 килогерц (кГц) = 103Гц ; 1 мегагерц (МГц) = 103кГц
1 гигагерц (ГГц) = 103МГц; 1 терагерц (ТГц) = 103ГГц.
Электромагнитное поле, распространяющееся в пространстве с некоторой скоростью
,называют электромагнитной волной. За период Т электромагнитная волна распространяется на расстояние длины волны Для вакуума и воздуха скорость
и длина волны где f — в герцах.
В ряде случаев оказывается удобным количественно характеризовать периодичность процесса не частотой, а длиной волны. Вместо того, чтобы говорить о частоте колебаний f, говорят об их длине волныпереход от одной величины к другой может быть произведен при помощи формулы (1.3).
Как доказывается в теории электромагнитного поля, эффективное излучение электромагнитных волн с целью последующего их распространения без проводов возможно лишь в том случае, если размеры излучающей системы, называемой
антенной, соизмеримы с длиной волны электрических колебаний. Ввиду того, что практически осуществимые размеры антенных систем ограничены конструктивными (габаритными) соображениями, в радиотехнике в большинстве случаев используют достаточно короткие электромагнитные волны, т.е. достаточно высокие частоты колебаний.
Электромагнитные волны, используемые для передачи информации радиотехническими методами, называются радиоволнами.
Наиболее низкими частотами, которые находят применение в радиотехнике для беспроводной передачи сигналов, являются частоты порядка 5—10 кГц. Им соответствуют волны длиной 6000—30000 м.
С точки зрения эффективности излучения радиоволн желательно применять возможно более высокие частоты. Однако при выборе и оценке величины, радиочастот необходимо учитывать их некоторые специфические особенности. Важнейшими из них являются условия распространения радиоволн при их движении вдоль (или внутри) земли и в пространстве, ее окружающем, а также методы генерирования и использования колебаний различных частот.
Таблица 1.1
| Классификация радиочастот (радиоволн) | ||
| Наименование волн | Длина волны | Частота |
| Сверхдлинные (СДВ)............ Длинные (ДВ)……...………. Средние (СВ).……...………. Короткие (КВ)……………… Ультракороткие (УКВ)….... метровые………………...... дециметровые……...…….. сантиметровые…………… миллиметровые…………... субмиллиметровые………. инфракрасные……………. световые………………….. | > 10 000 м 10 000 – 1000 м 1 000 – 100 м 100 – 10 м <10 м 10 – 1 м 10 – 1 дм 10 – 1 см 10 – 1 мм 1 – 0,4 мм 0,4 мм – 0,76 мкм 0,76 мкм – 0,4 мкм | < 30 кГц 30 – 300 кГц 300 – 3000 кГц 3 – 30 МГц > 30 МГц 30 – 300 МГц 300 – 3000 МГц 3 – 30 ГГц 30 – 300 ГГц 300 – 750 ГГц 0,75 – 395 ТГц 395 – 750 ТГц |
Примечание. Частоты, соответствующие длинным и средним волнам, иногда называют умеренно высокими, а частоты, соответствующие ультракоротким волнам — сверхвысокими (СВЧ).
Современная радиотехника имеет дело с чрезвычайно широким диапазоном частот, которые можно классифицировать согласно табл. 1.1.
Приведенную в таблице классификацию радиочастот и соответствующих им волн нельзя считать твердо установившейся. Для развития радиотехники характерно освоение все новых диапазонов. В частности, включение в таблицу радиоволн колебаний инфракрасного и световогодиапазонов стало возможным благодаря успехам, достигнутым в последние годы электроникой и радиотехникой.
Если для осуществления эффективного излучения радиоволн необходимы очень высокие частоты, то для решения многих других радиотехнических задач требуются как постоянные токи (f = 0), так и токи низких частот. Таким образом, для радиотехники характерно использование самых различных колебаний, имеющих частоты, лежащие в пределах от нуля до величин, превышающих миллиарды герц.
Естественно, что электротехника, имеющая дело с передачей энергии вдоль проводов, свободна от высказанных выше требований в отношении частоты колебаний. Наряду с постоянными токами чаще всего здесь находят применение колебания стандартной частоты 50 Гц (в США – 60 Гц). Наибольшие частоты, с которыми мы встречаемся в электротехнике, не превышают немногих сотен или тысяч герц.
Столь большое количественное различие в частотах, используемых в электротехнике и радиотехнике, приводит к тому, что технические приемы, которые с успехом применяются в электротехнических системах, оказываются совершенно непригодными в радиотехнике. Более того, многие физические представления, основанные на некоторых допущениях и удовлетворительно характеризующие явления при низких частотах, становятся несправедливыми при переходе к высоким частотам. Количественные
изменения приводят к необходимости качественного изменения ряда представлений и методов осуществления технических устройств. Эти отличия заставляют говорить о радиотехнике как о большой самостоятельной отрасли науки.
В последние годы в развитии радиотехники наметились тенденции, которые, возможно, приведут к некоторому уменьшению отмеченных выше различий между электротехникой и радиотехникой. Так следует отметить, что в настоящее время проводятся опыты применения для подземной и подводной радиосвязи весьма низких частот, которые уже мало отличаются от используемых в электротехнике. С другой стороны создание генераторов, излучающих узкий пучок световых лучей (лазеров), открывает новые пути для построения систем беспроводной передачи не только сигналов, несущих информацию, но и значительного количества энергии при высоком коэффициенте полезного действия.
Роль электротехники и радиотехники в современной жизни не ограничивается решением задач передачи электромагнитной энергии на расстояние; электротехнические и в особенности радиотехнические методы находят все более широкое применение в современной науке, технике и промышленности. Успехи радиотехники привели к возникновению такой широкой науки как радиоэлектроника, которая развивает методы радиотехники и электроники (науки об электронных приборах и их применениях) для решения многих разнообразных задач, возникающих в самых различных отраслях науки и техники. Наконец, радиотехника положила начало развитию некоторых новых наук, в числе которых может быть названа радиоастрономия, чрезвычайно расширившая возможности познания и изучения вселенной, радиоспектроскопия, играющая большую роль визучении строения атома всовременной физике, и другие.
- 10>1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 22
