Современное состояние системотехники

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Реферат

Современное состояние системотехники



Радиоэлектроника в широком смысле -- это комплекс областей науки и техники содержащий наряду с радиотехникой и электронной техникой оптоэлектронику, рентгеноэлектронику, гамма-электронику и акустоэлектронику. Иногда в этот комплекс включают также электросвязь и электронную вычислительную технику. Между указанными областями науки и техники имеется существенное перекрытие. Например, электросвязь включает радиосвязь, входящую также в радиотехнику; электронные вычислительные устройства и системы входят в состав не только электронной вычислительной техники, но и многих радиотехнических, оптоэлектронных и акустоэлектронных систем; радиотехнику сегодня трудно отделить от электронной техники; важной составной частью как оптоэлектроники, так и электронной техники является квантовая электроника и т. д.

Наряду с приведенным выше широким понятием радиоэлектроники часто используется более узкое, в соответствии с которым радиоэлектронику образуют радиотехника, оптоэлектроника, рентгеноэлектроника и гамма-электроника, т. е.лишь то, что связано с приемом и передачей электромагнитных волн разных диапазонов. В этом и других выпусках серии радиоэлектроника понимается, как правило, именно в узком смысле.

Для лучшего понимания современной радиоэлектроники полезно кратко рассмотреть главные этапы ее исторического развития.

Развитие электротехники привело к появлению в конце XIXв. радиотехники, т. е. отрасли науки и техники, связанной с генерацией, излучением и приемом радиоволн. Вначале для генерации радиоволн использовались электротехнические, устройства -- высоковольтные разрядники иэлектрические генераторы переменноготока высокой частоты. Потребности развивающейся радиотехники стимулировали изобретение в началеXXв. электронных ламп --сначала диода и триода, а затем и многоэлектродных ламп. Создание электронных ламп не только вызвало революцию в радиотехнике, но и заложило основы электронной техники. С, тех пор, непрерывно происходит дальнейшее развитие радиотехники и электронной техники и их тесное взаимодействие и взаимопроникновение: потребности развивающееся радиотехники стимулируют появление новых и более совершенныхэлектронных и ионных приборов, а новые приборы позволяют резко расширить возможности радиотехники.

Развитие радиотехники и электронной техники привело, в частности, к появлению сверхвысокочастотных и квантовых электронных приборов (магнетронов, клистронов, ламп бегущей полны, мазеров, лазеров и др.) и освоению более высокочастотных диапазонов электромагнитных волн. В настоящее время взначительной степени освоена большая часть диапазона электромагнитных волн. Однако, по принятой классификации, название «радиоволны» сохранено лишь за электромагнитными колебаниями с длиной волны ? ? 10-4 м. Более коротковолновые электромагнитные излучения называют оптическим (10-8??<10-4 м), рентгеновским (10-11??<10-8 м) и гамма (?< 10-11 м) излучениями. Соответственно области науки и техники, связанные с генерацией, излучением, приемом и преобразованием электромагнитных воли, выходящих за пределы диапазона радиоволн, относят не к радиотехнике, а к оптоэлектронике (оптический диапазон), рентгеноэлектронике (рентгеновский диапазон)игамма-электронике (гамма-диапазон).

Развитие радиотехники и электродной техники резко ускорилось после появления сначала полупроводниковых приборов, а затем интегральных микросхем и микропроцессоров. Все это привело к коренным изменениям в вычислительной технике -- появились электронные вычислительные машины и устройства, а затем и системы. Широкое применение электронной вычислительной техники стало, как известно, основой научно-технической революции. Оно вызвало, в частности, весьма существенные изменения в методах проектирования и способах производства радиоэлектронных устройств и систем.

Значительно изменились принципы и методы реализации и возможности техники электросвязи. До изобретения радио существовала лишь проводная электросвязь. При этом носителем передаваемой информации был электрический ток. После изобретения радио в качестве носителя информации стали использоваться и электромагнитные волны -- появилась радиосвязь, а в настоящее время интенсивно развивается и оптическая связь. При этом связь может осуществляться как без направляющих излучением электромагнитных волн и открытом пространстве), так и по направляющим (коаксиальным кабелям, волноводам и световодам).

Радиотехника и электронная техника развивались также в тесном взаимодействии с электроакустикой, что привело к появлению акустоэлектроники, т. е. отрасли пауки и техники, связанной с генерацией, излучением, приемом и преобразованием энергии упругих (акустических) колебаний и волн. При этом для преобразований применяются методы, в значительной мере аналогичные радиотехническим, и широко используются различные электронные приборы и устройства.

До 50-х годов между электроакустикой (понятия «акустоэлектроника» тогда еще не было) и радиотехникой существовали достаточно четкие различия в диапазонах используемых частот; радиотехника имела дело с частотами выше 100 кГц, а электроакустика -- ниже 100 кГц. Это объяснялось тем, что электромагнитные колебания с частотой ниже 100 кГц не находили практического применения, а акустические колебания с частотой более 100 кГц не были освоены.

В настоящее время положение резко изменилось. Уже освоены электромагнитные колебания с частотой 10 кГц и менее и акустические колебания с частотой в десятки мегагерц.Обнаружены акустические колебания в кварце с частотой выше 109 Гц(вплоть до 1013 Гц), называемые гиперзвуком (в отличие от ультразвуковых колебаний, высшая частота которых полагается равной примерно 109 Гц). Находятся в стадии экспериментальных исследовании электромагнитные .колебания с частотой порядка несколько сот герц и менее. Следовательно, основным внешним признаком, отличающим электромагнитные колебании от акустических, является уже не частота этих колебаний,а скорость их распространения: электромагнитные колебания распространяются со скоростью света (около 300 000км/с в свободной среде), а акустические со скоростью звука (0,33 ... 10 км/с в зависимости от среды распространения).

Развитие радиотехники и электронной техники обусловило коренные изменения в автоматике и привело к появлению технической кибернетики, связанной с теорией, проектированием, производством и применениемсложных автоматических и автоматизированных систем управления.

Между радиоэлектроникой, автоматикой и технической кибернетикой имеется весьма тесная связь.Она обусловлена, во-первых,тем, что радиосредства часто являются лишь одним из звеньев системы автоматического управления (например, системы управления полетом ракеты или космического корабля). Во-вторых, в самих радиосредствах все чаще применяются системы автоматического управления (например, системы автоматического слежения за целью по угловым координатам, дальности и скорости). В-третьих, и это, пожалуй, самое главное, современные радиоэлектронные системы и устройства столь сложны и решают столь ответственные задачи, что их разработка и эксплуатация возможны лишь при использовании принципов системного подхода и достижений системотехники и системологии, явившихся следствием развития кибернетики.

В основе системного подхода лежит рассмотрение системы как единого целого (а не простой суммы составляющих ее частей), находящегося, в процессе непрерывного взаимодействия с внешней средой. Системный подход требует, в частности, учитывать при проектировании радиосистем экономические, экологические и инженерно-психологические факторы,что приводит к тесной связи, современное радиоэлектроники с экономикой, экологией и инженерной психологией.

Важной особенностью развития радиоэлектроники является интеграция активных и пассивных элементов систем и устройств. До 50-х годов основными активными элементами были электронные лампы--диод, триод ипентод, а пассивными -- индуктивные катушки,, конденсаторы и резисторы. Расчет, конструирование и производство активных и пассивных элементов производились независимо. По мере развития техники СВЧ все большее значение начали приобретать специальные, так называемые пролетные радиолампы СВЧ, магнетроны, клистроны и лампы- бегущей волны (ЛБВ), в которых радиолампа и контур представляют уже единое конструктивное целое. В дальнейшем к ним добавились другие вакуумные и твердотельные электронные приборы СВЧ и оптического диапазонов (лампы обратной полны -- ЛОВ, мазеры, лазеры и др.), в которых активные и пассивные элементы также представляют единое целое. Наконец, начали применяться интегральные микросхемы; в них конструктивно единое целое могут составлять сотни, тысячи и более активных и пассивных элементов, и с каждым годом степень интеграции микросхем возрастает. Эта особенность радиоэлектроники привела к настолько тесной взаимосвязи радиотехники (а также опто-, рентгено- и гамма-электроники) с электронной техникой, что в настоящее время между ними трудно провести четкую границу.

Важной особенностью развития радиоэлектроники является усиление ее связей с другими науками, в первую очередь с физикой и математикой.

С каждым годом в радиоэлектронике используется псе больше физических явлений. Действие сотен типов активных и пассивных элементов и различных аналоговых и цифровых узлов в радиоэлектронной аппаратуре основано на самых разнообразных физических эффектах. На различных физических явлениях базируются и сами принципы извлечения, передачи и преобразования информации.

Например, для радиолокации движущихся или неподвижных объектов используется совокупность явлений, связанных с отражением электромагнитных волн (изменение интенсивности, поляризации, временное запаздывание, эффект Доплераи др.). При простейшей одноканальной передаче речи осуществляется преобразование акустического сообщения в электрический сигнал, модуляция электрическим сигналом электромагнитного излучения, преобразование его на приемной стороне в электрические, а затем в акустические колебания. Кромет ого, разнообразные физические явления используются для выделения полезной информации па фоне всевозможных помех. Уже известны явления преобразования энергии данного вида (химической, механической, акустической; тепловой, электрической, электромагнитной, электромагнитной того или иного диапазона, ядерной) в энергию любого другого вида. Причем все или почти все эти преобразования уже применяются в радиоэлектронных системах как отдельно, так и в различных сочетаниях. Резко возросло значение для радиоэлектроники таких разделов физики, как физика твердого тела, оптика и др. Радиоэлектроника, в свою очередь, стимулирует развитие физики, создавая более совершенную базу для физических исследований и приводя к новым достижениям радиофизики.

Значительное повышение роли математических исследований в радиоэлектронике вызвано усложнением функций, выполняемых радиоэлектронными устройствами и системами, а также повышением требований к качеству их функционирования. Если раньше математика применялась, как правило, лишь для анализа радиотехнических цепей и устройств, то в настоящее время она почти так же широко используется и для математического синтеза цепей, устройств и систем, т. е. для определения чисто математическим путем их оптимальной структуры и потенциальных (предельно достижимых) возможностей, С повышением требований к дальности, точности действия, помехоустойчивости и надежности радиоэлектронной аппаратуры шире стали применяться статистические методы анализа и синтеза, в связи с чем приобрели большое значение такие разделы математики, как теория вероятностей (в том числе теория случайных функции и математическая статистика), теория информации, теория статистических решений, теория массового обслуживания, динамическое программирование, теория оптимального управления и др.

В свою очередь, достижения радиоэлектроники способствуют развитию математики.

Радиоэлектроника находит весьма широкое применение в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте, в медицине, при научных исследованиях для целей обороны, образования, культурного обслуживания населения и др. Это обусловлено тем, что радиоэлектронные устройства могут, решать или способствовать решению ряда важных задач, основными из которых являются следующие:

-- передача речи, музыки, неподвижных и движущихся изображений, команд управления, данных от ЭВМ, телеметрической и другой информации (звуковое и телевизионное вещание, связь, передача команд, передача данных, телеметрия и др.);

-- хранение, поиск, обработка и отображение информации (информатика);

-- видение объектов и процессов в непрозрачных для видимой части спектра электромагнитного излучения средах, в частности внутри металлов, жидкостей, живых организмов и т. д., а также видение в темноте (интроскопия, визуализация). Для осуществления интроскопии- исследуемый объект облучают на просвет или отражение источником такого излучения, для которого данная среда является прозрачной (например,источником ультразвуковых колебаний или электромагнитных получений «невидимого» диапазона волн -- радио, инфракрасного, рентгеновского и др. Полученная информация преобразуется затем в видимое изображение;

--обнаружение, опознавание, определение координат и параметров движения различных движущихся или неподвижных объектов на основе излучаемой или отражаемой этими объектами энергии электромагнитных пли акустических волн (локация);

--управление движением самолетов,вертолетов, космических аппаратов, морских и речных судов, подводных и других движущихся объектов(управление, навигация);

-- исследование небесных тел и космического пространства (астрономия);

-- исследование земной атмосферы, земных поверхностных и под поверхностных слоев суши и моря (метеорология, разведка природных ресурсов и др.);

-- измерение характеристик радиоэлектронных сигналов и цепей (радиоизмерения, радиотехническая разведка).

Радиоэлектронные устройства и системы находят широкое применение в системах автоматизированного управления технологическими процессами (АСУ ТП) предприятиями (АСУП), отраслями (ОАСУ) и другим: подразделениями народного хозяйства. Они обеспечивают в таких системах извлечение, передачу, хранение поиск, обработку и отображение информации.

Наибольшая часть применений радиоэлектроники включает передачу прием и преобразование информации. Только в некоторых задачах функции радиоэлектронных устройств ограничиваются созданием высоко частотной энергии (например, для закалки стали, сушки древесины, питания высокочастотной энергией ускорителей элементарных частиц,для нагрева токаю высокой частоты в медицине).Если разделить все радиоэлектронные устройства и системы на информационные и энергетические, то подавляющее большинстве устройств и систем следует отнести к информационным

В настоящее время радиоэлектроника бурно развивается, что можно объяснить следующими примечательными свойствами радиоэлектронных средств: системотехника радиоэлектроника вычислительный

-- передача информации па большие расстояния осуществляется с максимально возможной скоростью, равной скорости света;

-- современные радиопередающие и радиоприемные устройства обеспечивают обмен информацией в пределах всей Солнечной системы;

-- радиоэлектронные устройства и системы способны формировать импульсы длительностью 10-8с и менее, благодаря чему имеется возможность контролировать быстротекущие процессы и производить за1 с огромное число измерений и вычислений;

-- радиоэлектронные устройства и системы, надежно выполняющие сложные функции, могут иметь малые массу и габариты, что позволяет размешать их на искусственных спутниках, ракетах и даже вводить внутри человеческого тела при медицинских исследованиях.

Расширение областей применения радиоэлектроники требует все большего совершенствования радиоэлектронной аппаратуры, и прежде всего обеспечения ее работы в новых диапазонах частот, дальнейшего уменьшения массы и габаритов, а также повышения ее надежности. В свою очередь, успехи, достигнутые в совершенствовании радиоаппаратуры, открывают новые обмети применения средств радиоэлектроники.

Классификация электромагнитных волн (в диапазоне радиоволн она соответствует регламенту радиосвязи) приведена в табл. 1. Обычно при делении всей области электромагнитных волн на диапазоны учитывают различия в физическом происхождении, особенностях распространения, способах генерации и приема. Однако четких физических границ между диапазонами не существует, они являются в значительной мере условными.

Выделяют четыре основных диапазона электромагнитных волн: радиоволны, оптическое излучение (инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое), рентгеновское и гамма-излучения. Граница между диапазонами радиоволн и инфракрасного излучения выражена весьма нечетко. Поэтому в некоторых литературных источниках миллиметровые и децимиллиметровые волны часто считают промежуточными между радиоволнами и инфракрасным излучением, а иногда и децимиллиметровые волны включают в инфракрасный диапазон. Однако в настоящее время техника генерации, и приема миллиметровых и децимиллиметровых волн по применяемым способам ближе к радиотехнике, чем к инфракрасной технике. Границы между ультрафиолетовым и рентгеновским и гамма-излучением также весьма нечеткие. Например, удавалось получить рентгеновское излучение с длиной порядка 10-12 м и гамма-излучение с длиной волны более 10-10 м.

По мере уменьшения длины волны все в большей степени проявляется квантовый характер электромагнитного излучения и все меньше его волновые свойства.

Поэтому при наименовании диапазонов обычно говорят о декамегаметровых, мегаметровых, …, миллиметровых и децимиллиметровых волнах, но об инфракрасном, видимом, ультрафиолетовом, …, гамма-излучении (а не волнах). Это лишний раз подчеркивает, что при инфракрасном и более коротковолновом излучении нельзя пренебрегать его квантовой (дискретной) природой.

Таблица 1

Диапазон волн	?, м	f, Гц	f
Радиоволны	Декамегаметровые Мегаметровые Гектокилометровые Мириаметровые Километровые Гектометровые Декаметровые Метровые Дециметровые Сантиметровые Миллиметровые Децимллиметровые	108--107 107--106 106--105 105--104 104--103 103--102 102--10 10--1 1--10-1 10-1--10-2 10-2--10-3 10-3--10-4	3--30 30--300 (3--30)·102 (3--30)·103 (3--30)·104 (3--30)·105 (3--30)·106 (3--30)·107 (3--30)·108 (3--30)·109 (3--30)·1010 (3--30)·1011	3·10-3--3·10-2 кГц 3·10-2 --3·10-1 кГц 3·10-1 --3 кГц 3--30 кГц 30--300 кГц 300--3·103 кГц 3--30 МГц 30--300 МГц 300 --3000МГц 3--30 ГГц 30--300ГГц 300--3000ГГц
Оптический диапазон	Инфракрасное излучение: дальнее1) ближнее1) Видимое излучение Ультрафиолетовое излучение: дальнее ближнее	10-4--10-5 10-5--0,76·10-6 (0,76--0,4)·10-6 0,4·10-6--10-7 10-7--10-8	(3--30)·1012 (3--40)·1012 (40--75)·1013 (75--300)·1013 (3--30)·1015	3--30ТГц 30-- 400ТГц 400-- 750ТГц -- --
Рентгеновский и гамма диапазоны	Рентгеновское излучение: мягкое среднее жесткое Гамма-излучение	10-8--10-9 10-9--10-10 10-10--10-11 ?10-11	(3--30)·1016 (3--30)·1017 (3--30)·1018 ?30·1018	-- -- -- --

1) Здесь и далее термины «ближнее» и «дальнее» указывают на степень удаленности данного диапазона от диапазона видимого излучения.

Чем длиннее электромагнитные волны, тем с меньшим затуханием они огибают земную поверхность. Поэтому мириаметровые волны используются для глобальных радиосвязи и радионавигации -- они круглосуточно распространяются вокруг Земли. В несколько меньшей степени этим положительным свойством обладают километровые волны. Основные недостатки километровых и особенно мириаметровых радиоволн сводятся к следующему:

1.Трудность эффективного излучения вследствие малых размеров антенной системы по сравнению с длиной волны. Для преодоления этой трудности приходится применять антенные системы очень больших размеров и подавать на их вход колебания весьма большой мощности. Известна система передачи телеграфных сигналов на частотах 10--30 кГц, в которой к передающей антенной системе объемом около 1 км3 подводится средняя мощность 1000 кВт.

2.Малая пропускная способность вследствие узости частотного диапазона, что приводит к необходимости применения (на мириаметровых волнах)телеграфной передачи со сравнительно небольшой скоростью.

3.Сильное действие атмосферных и индустриальных помех, а также помех от соседних радиостанций, значительно превышающее действие внутреннего шума радиоприемных устройств.

4.Трудность получения узконаправленного излучения и приема.

В значительно меньшей, степени указанные преимущества и недостатки проявляются в диапазоне гектометровых волн.

Основной особенностью декаметровых волн является распространение их вдоль земной поверхности в результате отражений от ионосферы. Благодаря этому становится возможной, как и на мириаметровых волнах, глобальная радиосвязь, но эта связь подвержена сильным замираниям вследствие интерференции волн, пришедших в точку приема различными путями.

Метровые и более короткие волны распространяются в основном в пределах геометрической видимости. Однако на дециметровых и сантиметровых волнах еще возможен прием на расстоянии, значительно превышающем геометрическую видимость, вследствие существования отражения от тропосферы. На метровых и более коротких волнах интенсивность большинства атмосферных и индустриальных помех падает до уровня, сравнимого с внутренним шумом радиоприемных устройств, Значительно уменьшаются и взаимные помехи от радиостанций, но зато в большей степени сказываются помехи от Галактики и Солнца.

На дециметровых и особенно на сантиметровых волнах удается реализовать такие преимущества очень коротких волн, как возможность получения остронаправленного излучения и приема при сравнительно небольших размерах антенных систем и возможность передачи большого количества информации. В то же время, волны длиннее 3 см еще довольно слабо затухают в атмосфере и их распространение сравнительно мало зависит метеорологических условий (времени суток и года, наличия тумана, облаков и осадков, помех от Солнца и др.).

Волны короче 3 см сильно затухают в атмосфере, и распространение существенно зависит от метеорологических условий. В области децимиллиметровых волн ив дальней области инфракрасного излучения окна прозрачности практически отсутствуют, что является одной из основных причин, слабого освоения этих диапазонов волн. В пределах окон прозрачности волны короче 3 см испытывают сравнительно слабое затухание в чистой атмосфере, но на их распространение сильно влияют метеорологические условия. Поэтому такие волны используются чаще всего в космосе, а также в наземной связи по защищенным от влияния метеоусловий средам (волноводам и световодам).

Как указывалось выше, существенным недостатком возникающим при переходе от более длинных волн к децимиллиметровым и особенно к инфракрасному и более коротковолновому излучению, является резкое усиление квантовых эффектов. Однако миллиметровые более короткие волны имеют и весьма существенные преимущества, основными из которых являются:

-- очень широкий частотный диапазон, позволяющий разместить большое число частотных каналов;

--возможность остронаправленного излучения приема при весьма малых размерах антенных устройств.

-- возможность измерения очень малых радиальных скоростей объектов, обусловленная тем, что даже при незначительной радиальной скорости vr получается большое доплеровское смещение

Fд=vr/

частоты принимаемого сигнала.

Правда, следует отметить, что высокая направленность излучения и большая чувствительность к радиальной скорости во многих случаях являются не преимуществами, а недостатками, так как требуется точное «нацеливание» на приемник максимума диаграммы направленности антенны передатчика (а при узкой диаграмме направленности антенны приемника обеспечение ее автослежения за передатчиком) и автоматическое слежение за частотой принимаемого сигнала (так как возможно резкое изменение этой частоты при появлении или изменении радиальной скорости vr).

Рассмотрим теперь кратко основные виды активных, элементов, применяемых в различных диапазонах радиочастот.

В диапазонах метровых и более длинных волн для мощных каскадов (P > 100 Вт) используются в основном вакуумные радиолампы, а для менее мощных -полупроводниковые диоды и транзисторы.

В сантиметровых волнах в мощных каскадах применяются главным образом магнетроны, клистроны, и ЛБВ, а по входных каскадах приемника -- параметрические усилители на варакторах(диодах с нелинейной емкостью), ЛБВ, туннельные диоды, мазеры, полупроводниковые смесительные диоды, клистроны (в качестве гетеродинов). Параметрические усилители без охлаждения обеспечивают шумовую температуру приемника Тш = 50--600 К, апри охлаждении Тш = 15--20 К. Мазеры в режиме охлаждения имеют Тш? 12 К и туннельные диоды Тш = 400--1000 К.

Дециметровые волны занимают промежуточное положение между метровыми и сантиметровыми, поэтому в длинноволновой и коротковолновой частях этого диапазона применяются в основном те же электронные приборы, что на метровых и сантиметровых волнах соответственно.

В длинноволновой части диапазона миллиметровых волн используются обычно приборы того же типа, что и на сантиметровых, но специальной конструкции. Коротковолновая часть диапазона миллиметровых волн и дальняя область ИК излучения пока мало освоены. Это объясняется, с одной стороны, указанными выше существенными недостатками данных диапазонов, а с другой-- трудностью создания эффективных приборов для генерации и приема электромагнитных колебаний. Действительно, применение в этих диапазонах приборов того же типа, что и на сантиметровых волнах, затрудняется необходимостью чрезмерного уменьшения их объема и ювелирной точности изготовления. Использованию приборов, применяемых в оптическом диапазоне (лазеров, фотодиодов, фоторезисторов и т. п.) препятствует недостаточная квантовая эффективность (малая энергия кванта hf) излучения в указанном диапазоне. В ближней части ИК диапазона и в диапазоне видимого излучения энергия кванта оказывается уже достаточной для обеспечения высокой эффективности квантовыхприборов. При этом когерентное излучение обеспечивают лазеры, а прием излучения (когерентного или некогерентного) -- фоторезисторы, фотодиоды и фотоумножители.

С учетом всех отмеченных выше особенностей радиосредств, работающих в различных диапазонах волн, в настоящее время наибольшее использование получили сантиметровые и дециметровые волны (главным образом в диапазоне  3--30 см): они широко применяются в радиолокации, радионавигации, радиоуправлении, радиосвязи, радиоастрономии и в ряде других областей. Это объясняется следующими основными причинами.

1. В диапазоне 3--30 см удается реализовать наивысшую чувствительность радиоприемных устройств. Действительно, чувствительность радиоприемное устройства определяется минимальной требуемой средней мощностью сигнала на входе приемника

Pвх мин = kТш=f, (1.1)

где f -- шумовая полоса пропускания приемника до детектора; ? = Рс/Рш -- отношение сигнал-шум на входе детектора, требуемое для нормальной работы выходного устройства.

Коэффициент при данной полосе f определяется в основном следующими -факторами:

-- эквивалентной шириной полосы пропускания Fак после детектора или, что то же самое, допустимым временем накопления информации на выходе

Тн ~ Ѕ Fэк;

-- степенью приближения качества обработки ин формации в приемнике к наилучшему возможному;

-- требуемым отношением сигнал-шум на выходе приемника (т. е.в полосе Fэк), которое зависит от вида выходного устройства и требуемой точности и надежности его работы.

На чувствительность Pвх мин влияет диапазон частот, от которого в основном зависит шумовая температура, минимальная в диапазоне сантиметровых и дециметровых волн. Это объясняется тем, что на более длинных волнах резко возрастает интенсивность внешних помех, а на более коротких волнах -- интенсивность внутреннего шума (за.счет квантовых эффектов).

В настоящее время минимальное значение шумовой температуры, которое удалось получить в земных условиях, Тш мин? 30 К, Такое значение Тш мин получается лишь на сантиметровых и дециметровых волнах при вы полнении следующих условий:

-- приемная антенна имеет узкую диаграмму направленности, ориентированную под большим углом к горизонту и не захватывающую существенного космического и излучения (от Солнца, звезд, ионосферы и т. п.); при этом шум антенны определяется в основном шумом атмосферы, эффективная шумовая температура которой близка к 10 К;

-- приемное устройство выполнено на сильно охлажденном (до 4--20 К) параметрическом усилителе или мазере.

В сантиметровом диапазоне волн удается генерировать колебания большой мощности -- десятки мегаватт в импульсном режиме и десятки киловатт в непрерывным, а ширина этого диапазона составляет десятки тысяч мегагерц, что позволяет разместить без взаимных помех большое число частотных каналов, а также передавать одновременно большое число независимых сообщений на одной несущей частоте.

В последние годы в связи с резким ростом числа радиоэлектронных устройств и систем стала остро ощущаться нехватка свободных частот в диапазоне менее 30 ГГц (?>1 см). Поэтому началось интенсивное освоение диапазонов миллиметровых и более коротких волн, и в первую очередь оптического диапазона. Наиболее перспективным для разнообразных применений (по меньшей мере на ближайшие годы) оказался сравнительно узкий участок оптического диапазона -- 0,4--10 мкм, т. е. диапазон видимого света и ближнего инфракрасного излучения.

Резюмируя, можно сказать, что каждый участок всего огромного диапазона электромагнитных волн имеет свои преимущества и недостатки и свои перспективные области применения.

Однако наиболее цепными дли информационных целей в настоящее время являются два сравнительно узких участка: диапазоны 3--30 см и 0,4--10 мкм. Первый в основном уже освоен, а более полное освоение второго -- главная задача настоящего времени и ближайшего будущего.



Литература

Титце У., Шенк К. Полупроводниковаясхемотехника -- М.: ДМК Пресс2008

Волович Г. И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. -- М.: Издательский дом «Додека-XXI» 2015

Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. -- М.: Мир 1998

Войшвилло Г. В. Усилительные устройства. -- М.: Радио и связь 2013

Шило В. Л. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре. -- М.: Сов. Радио, 2010

Размещено на Allbest.ru