Файл: Радиоприемные устройства учебник..pdf

выражаемая ЭМШ, будет определяться в основном действием тепло­ вого шума. При той же величине мощности Р ф, но*при большом уси­ лении потоку М пороговая чувствительность будет определяться глав­

фективность приемников: чем больше значения этих параметров, тем лучше фотоприемннк.

Отношение сигнал/шум не может являться вполне удовлетворитель­ ной характеристикой, что определяется, в первую очередь, статисти­ ческими флюктуациями сигнала и шума. В последнее время получают распространение статистические методы определения оптимальных характеристик систем оптической связи.

Другими важными характеристиками фотоприемников являются также спектральная и интегральная чувствительность. Спектральная чувствительность — это чувствительность приемника оптического из­ лучения в зависимости от его длины волны. Интегральная чувстви­ тельность — это отношение фототока на выходе к общему падающему световому потоку.

Изложению вопросов работы квантовых приборов и их применению посвящен ряд работ, в том числе монографии [3, 6—8]

Список литературы

М., «Машиностроение», 1967.

5.Миллиметровый и субмиллиметровый диапазоны. Тематический выпуск.—

ТИИЭР, 1966, № 4,

6.Ш е р е м е т ь е в А. Т. Статистическая теория лазерной связи. М., «Связь»,

1971.

7. Р о с с М. Лазерные приемники. М., «Мир», 1969.

8. К о к У. Лазеры и голография. Пер. с англ. Г. И. Кузнецова. М., «Мир», 1971.

15. Направления развития, задачи и проблемы радиоприемной техники

Днем изобретения радио, как известно, является 7 мая 1895 г., когда А. С. Попов на заседании физического отделения Русского фи­ зико-химического общества публично демонстрировал построенный им первый в мире радиоприемник, пригодный для радиосвязи. Этим выда­ ющимся событием в истории радиотехники определяется особая роль техники радиоприема.

545

В 1970 году в Советском Союзе широко отмечалось 75-летие со дня изобретения радио. За истекшие три четверти века техника радиопри­ ема прошла большой и плодотворный путь развития. Основными направлениями этого развития являлись: повышение качества радио­ приемников и их элементов, освоение все более и более высоких частот, расширение областей применения радиоприемных устройств, совершен­ ствование технологических процессов их производства и увеличение количества радиоприемников и радиоприемных устройств самого разнообразного назначения. Во всех этих направлениях достигнуты весьма большие успехи.

Царская Россия оставила нам незавидное наследство в области ра­ дио вообще и техники радиоприема в частности. Дореволюционная радиопромышленность значительно отставала от радиопромышленности западно-европейских стран и США.

К моменту опубликования Ленинского декрета 19 июля 1918 г. «О централизации радиотехнического дела» в различных городах на­ шей страны было установлено всего лишь около 100 приемных радио­ станций. По инициативе В. И. Ленина во второй половине 1918 года была создана знаменитая Нижегородская радиолаборатория, превра­ тившаяся в первый в нашей стране научно-исследовательский радио­ технический институт. Эта лаборатория сделала очень много для развития радиотехники в нашей стране. Впоследствии она была пере­ ведена в Ленинград и вошла в большое научно-промышленное объеди­ нение, которое там было создано.

Благодаря энергичным мерам, принятым Коммунистической пар­ тией и Советским правительством, количество радиоприемников и ра­ диоприемных станций в нашей стране неуклонно возрастало. Уже к 1922 г. радиоприемные станции имелись примерно в 50% городов на­ шей страны. Однако в своем большинстве радиоприемники были детек­ торными.

В годы первой пятилетки, когда Советский Союз вышел на одно из первых мест в Европе по мощности сети радиопередающих стан­ ций, было организовано производство ламповых радиоприемников. Однако в то время не удалось ликвидировать отставание радиоприем­ ной аппаратуры страны как в количественном, так и в качественном отношении. Вторым пятилетним планом (1933—1937 гг.) предусматри­ вался уже выпуск 4 млн. радиовещательных приемников, но около по­ ловины из них еще были детекторными. В последующие предвоенные годы были предприняты серьезные меры, направленные на строитель­ ство новых крупных заводов для выпуска ламповых радиовещатель­ ных приемников, а также на расширение сети научно-исследователь­ ских и опытно-конструкторских организаций.

и трансляционных устройств, то уже к началу 1962 г. их число состав­ ляло 69,2 млн. Если в 1953 г. у населения СССР имелось всего лишь

646

века в зонах, охваченных телевидением. Только за один 1970 г. мощная советская радиопромышленность выпустила 7 млн. телевизоров.

Мечта В. И. Ленина об использовании радио как средства информа­ ции, просвещения и воспитания, благодаря энергичным мерам, при­

1970 г. радиовещательные программы принимались на 67 языках на­ родов СССР на всей территории страны, а среднесуточный объем про­ грамм вещания составлял более 1300 ч.

Большое влияние на развитие радиоприемной техники за послед­ ние 10—15 лет оказали успехи, достигнутые советской электронной про­ мышленностью в быстром освоении и массовом производстве полупро­ водниковых приборов и, в частности, транзисторов. В наши дни про­ цесс «транзйсторизации», т. е. сплошной переход к конструкциям и технологии производства радиоприемной аппаратуры на основе полу­ проводниковых приборов, уже закончился — прежние ламповые ра­ диоприемники уступили место приемникам на транзисторах.

Одной из основных тенденций в развитии радиоприемной техники является освоение все более и более высоких частот. На всем пути раз­ вития радиотехники и электроники, начиная с момента изобретения радио А. С. Поповым и до наших дней, освоение каждого нового диапа­ зона сопровождалось качественными скачками как в свойствах радио­ электронной аппаратуры, так и в ее практическом применении. Так, освоение декаметровых радиоволн .позволило осуществить радиотеле­ графную и радиотелефонную связь на больших расстояниях, освоение метровых волн вызвало к жизни высококачественное телевидение, ра­ диолокацию, радиорелейные линии связи, радиоастрономию и т. д.

Процесс «транзисторизации» радиоприемной техники тесно связан с совершенствованием полупроводниковых приборов в смысле улуч­ шения их свойств и характеристик при работе на все более и более высоких частотах. Повышение «частотного потолка», т. е. наивысшей частоты, при которой полупроводниковый прибор еще сохраняет свои хорошие характеристики для работы в различных каскадах приемни­ ков, требовало проведения весьма трудоемких научных и опытно-кон­ структорских работ.

В силу этих обстоятельств процесс транзисторизации вначале завершился в приемниках метровых и более длинных волн. Однако впо1 следствии он распространился и на приемники сантиметрового диапа-;

усиление около 10дБ при коэффициенте шума 5—6 дБ, а транзисторные гетеродины — на частотах 5—6 ГГц.

В последние годы все шире и шире начинают использовать по­ левые транзисторы со структурой цепи входного электрода (затвора) «металл — оксид—полупроводник» (МОП). Это объясняется тем, что они обладают весьма хорошими характеристиками — большим входным сопротивлением, большим усилением по мощности и малым уровнем шума.

5 4 7

Наряду с использованием дискретных полупроводниковых приборов в радиоприемной аппаратуре в последние годы происходит переход к пленочным и монолитным многоэлементным миниатюрным блокам. Это позволяет значительно уменьшить габариты, например разместить Есе элементы многокаскадного усилителя промежуточной частоты в объ­ еме, равном объему одного обычного транзистора. Использование кон­ струкций, основанных на применении полосковых цепей, дало возмож­ ность осуществить миниатюризацию различных сверхвысокочастотных блоков приемников и, в частности, циркуляторов.

Существенный прогресс достигнут в улучшении качественных ха­ рактеристик радиоприемных устройств и, в частности, их реальной чувствительности.

В первый долампсвый период развития радиотехники чувстви­ тельность радиоприемников была весьма низка. В наши дни строят радиоприемные устройства с высокой чувствительностью. Так, на­ пример, комплекс антенных и приемно-усилительных устройств, пред­ назначенный для приема радиосигналов от советской автоматической межпланетной станции, посланной в район Венеры в 1961 г., позволял принимать потоки мощности плотностью в 1СГ22 Вт/м2. При помощи со­ временных радиоастрономических приемных устройств удалось обна­ ружить радиоизлучения весьма удаленных космических объектов, на­ ходящихся на расстоянии до десяти миллиардов световых лет от Земли.

Применение радиоприемных устройств высокой чувствительности позволило, пользуясь современными радиолокационными методами, точно измерить среднее расстояние от Земли до Солнца, что особенно важно для расчета траекторий космических кораблей. Проведенные в Академии наук СССР в 1961 и 1962 гг. радиолокационные исследова­ ния Венеры дали возможность определить масштаб солнечной систе­

точность воспроизведения и т. д.

Большой прогресс достигнут в построении радиоприемных устройств с малым уровнем внутреннего шума. Уже в 1960—1962 гг. в дециметровом диапазоне волн были построены усилители с исполь­ зованием туннельных диодов, а в последующие годы повышение «час­ тотного потолка» этих диодов из арсенида галия позволило эффективно использовать их в сантиметровом диапазоне волн.

Применение квантовых парамагнитных усилителей (мазеров) и ди­ одных параметрических усилителей значительно снизило уровень соб­ ственного шума радиоприемников.

Параметрические усилители при комнатной температуре дают воз­ можность строить приемники на частотах 3—4 ГГц с температурой шума до 110—130 К, а при охлаждении первого каскада двухкаскадного усилителя жидким азотом—до 45—50 К, а жидким гелием—до 20 К. В ряде случаев в комплект радиоприемника входит автономная крио­ генная гелиевая установка с замкнутым циклом, обеспечивающая по­ стоянное охлаждение соответствующих его цепей.

548

Еще более низкие температуры шума (до 10 К) радиоприемника получают при использовании квантовых усилителей с кристаллами из искусственного рубина, охлаждаемыми до температуры жидкого ге­ лия. В этих типах усилителей необходимо применять весьма сильные магнитные поля, обеспечиваемые, в частности, с помощью мощного электромагнита с охлаждаемой обмоткой, выполненной из сверхпро­ водящего материала.

В последние годы большие успехи достигнуты в повышении стабиль­ ности частоты настройки радиоприемников. Так, например, отечест­ венная промышленность уже несколько лет тому назад выпустила радиоприемники с декадными синтезаторами, в том числе приемники на декаметровых волнах для магистральной связи типа «Арена». Син­ тезатор дает возможность получить 285 тыс. фиксированных настроек такого приемника в диапазоне 1,5—29,9999 МГц с интервалами в 100 Гц и стабильностью 10~8. Использование квантовых генераторов позволя­ ет на несколько порядков повысить стабильность частоты настройки приемника и довести ее до 10~12.

Как уже отмечалось, области применения радиоприемников все расширяются и расширяются. Если в первый период развития радио­ техники приемные устройства служили лишь для радиотелеграфной связи, то в наши дни они находят самые разнообразные применения. К их числу относятся: радиотелеграфная связь; прием неподвижных изображений и телевизионных программ; радиорелейная связь; радио­ локация; радионавигация; телеуправление; связь с космическими ко­ раблями; радиовещание, в частности ультракоротковолновое веща­ ние; телеметрия и т. д.

Велики успехи в расширении используемых диапазонов частот. Если на заре развития радиотехническая связь осуществлялась лишь на длинных и сверхдлинных волнах, то в наши дни наряду с длинными и сверхдлинными широко применяют средние, короткие и ультрако­ роткие волны. Происходит успешное освоение все более и более корот­ ких волн. За последние годы освоены метровые, дециметровые и санти­ метровые волны. Имеются существенные результаты также в освоении миллиметровых, децимиллиметровых и еще более коротких волн.

Темпы развития радиоприемной техники в СССР стремительно на­ растают. За последние 28 лет получены результаты, значительно пре­ вышающие те, которые были достигнуты за все предшествовавшие 50 лет. Успехи радиоприемной техники наряду с достижениями, полу­ ченными в других областях радиоэлектроники, ракетной техники, авто­ матики и телемеханики, математики, физики, химии, теплотехники, металлургии и многих других наук и областей техники, позволили осу­ ществить чрезвычайно обширную программу освоения космического

короткий срок сколько замечательных успехов достигнуто советской наукой в освоении космического пространства. Космические полеты наших летчиков-космонавтов, космические ракеты для исследования

549