Принцип функционирования радиотехнических систем

Дальность действия передатчика зависит от мощности излучения антенны. Мощность излучения антенны пропорциональна квадрату действующего значения тока, протекающего по антенне передатчика, квадрату частоты этого тока и квадрату действующей высоты антенны:

Р изл = I2 a R изл

R изл = 1600(hд v /с)2

л = с/v

Р изл = = I2 a1600(hд v /с)2 где:

hд - действующая высот антенны;

I а - действующее значение тока антенны.

8.3.2 Прием антенной электромагнитной энергии

Если на пути электромагнитных волн, излучаемых антенной передатчика, находится приемная антенна, расположенная в плоскости поляризации, под действием электромагнитного поля в антенне возникают индуктированные э. д. с. и ток, т.е. приемная антенна принимает энергию, переносимую электромагнитным полем. Электродвижущая сила, наводимая в антенне приемника, измеряется мили - и микровольтами. Чем сильнее электромагнитное поле и длиннее проводник антенны, тем больше будет индуктированная в нем э. д. с.

Электромагнитное поле оценивается его напряженностью. О напряженности поля судят по величине э. д. с., которую это поле наводит в проводнике длиной 1 м. и записывают, например, Е = 50 мкВ/м.

На волнах, превышающих несколько десятков метров, симметричный вибратор становится громоздким и непригодным для использования на судне. В этом случае одна половина симметричного вибратора исключается и его рол выполняет корпус судна или проводящая поверхность земли. Собственная длина волны такой антенны будет равна 0 = 4L (симметричный полувибратор).

Антенны излучают электромагнитные волны в различных направлениях неодинаково. Характеристикой направленности антенны называют зависимость мощности излучения от направления излучения. График этой зависимости называют диаграммой направленности. На рисунке показана диаграмма направленности полуволнового вибратора для плоскости, в которой он расположен вертикально (Рис. а - вертикальная ДН), и плоскости, перпендикулярной его оси (Рис. б - горизонтальная ДН).



/4

~

/4

Рис. 17. Симметричный полувибратор.

а б

L =/2

Рис. 18. Диаграмма направленности антенны типа полуволновой вибратор.

Рис.19. Пространственная диаграмма направленности полуволнового симметричного вибратора.

8.3.3 Настройка антенны в резонанс напряжений

Размеры судовых антенн не могут быть выбраны произвольно. Они зависят от высоты матч и расстоянием между ними. Ориентировочный расчет собственной длины волны судовых антенн можно произвести по формуле:

0 = kL

где: L - длина пути тока в антенне;

Волновой коэффициент выбирают в зависимости от типа антенны (от 4 до 8).Если рабочая длина волны больше собственной, то реактивное сопротивление ее носит емкостной характер. Для достижения резонанса напряжения следует увеличить длину антенны или в ее цепь включить удлинительную катушку.

Если рабочая длина волны меньше собственной длины волны антенны, то реактивное сопротивление носит индуктивный характер. Для компенсации этого сопротивления в цепь антенны включают укорачивающий конденсатор.

Z2 а = R2 + (XL -Xc)2.

При резонансе напряжений XL = Xс, тогда Z ар = R а.

При работе передатчика в диапазоне волн необходим набор конденсаторов и переменная индуктивность (вариометр). Элементы настройки антенны в передатчике выделены в отдельный блок, называемый блоком антенных фильтров.

8.3.4 Классификация и типы судовых антенн радиосвязи

По назначению судовые антенны делятся на главные, резервные (аварийные) и эксплуатационные.

По диапазону длин волн - на средне, - коротко - и ультракоротковолновые Надежность радиосвязи в значительной мере зависит от правильного выбора антенного устройства. Типы судовых антенн показаны на рисунке 46 , где:

1 - блок;

2 - изоляторная цепочка;

3 - антенна;

4 - снижение;

5 - фал;

6 - антенная колонка;

7 - изолятор антенного ввода.

В диапазоне средних (СВ) и коротких (КВ) волн применяются Г - образные (а) и Т - образные (б) антенны, а также антенны выполненные в виде наклонных лучей (в) и штырей (д). Г - и Т - образные антенны обычно используются для работы навигационного передатчика, наклонные - для работы эксплуатационного передатчика. Для увеличения собственной длины волны антенны повышают ее емкость, применяя многолучевые антенны (г, е, ж) , у которых горизонтальная часть, а иногда и снижение выполнены из нескольких проводов, идущих параллельно друг другу.

Для уменьшения размеров антенн применяют рамочные и магнитные антенны, реагирующие на магнитную составляющую электромагнитного поля. Рамочная антенна представляет собой плоскую катушку прямоугольной или круглой формы, витки которой намотаны на жесткую рамку, а магнитная антенна - катушку с ферритовым сердечником. Эти антенны являются слабонаправленными, т. е. диаграмма направленности рамочной антенны аналогична диаграмме направленности симметричного вибратора. Эти антенны менее чувствительны, чем Г - образные.



Рис. 20. Типы судовых антенн.

В УКВ - диапазоне для увеличения дальности широко используются направленные антенны. Например, антенна типа «волновой канал» имеет диаграмму направленности в виде узкого, вытянутого в одну сторону лепестка, что достигается за счет добавления к симметричному вибратору рефлектора (за вибратором) и директоров (до восьми - перед вибратором). Подобные антенны применяются в телевидении для приема дециметровых волн.



Рефлектор Директоры

Рис.21. Антенна типа «волновой канал» и ее диаграмма направленности.

Широкое распространение на всех частотах получили мачты - антенны (з), которые имеют ряд преимуществ по сравнению с другими антеннами, натянутыми между судовыми мачтами. Мачту - антенну устанавливают на верхнем мостике судна и поэтому отпадает необходимость подъема и спуска антенны, она надежна в работе.

В соответствии с Правилами по радиооборудованию морских судов на каждом судне должна быть установлена главная антенна, которую подключают к главному и аварийному передатчикам и приемникам.

Использование антенн основных средств радиосвязи в качестве антенн радиовещательных приемников не допускается.

Для трансляционного устройства применяют отдельную приемную антенну

Контрольные вопросы

1. Условие получения бегущих волн тока и напряжения в двухпроводной линии, уравнения бегущих волн.

2. Волновое сопротивление двухпроводной линии, его величина.

3. Входное сопротивление двухпроводной линии, его величина.

4. Согласование нагрузки с линией.

5. Назначение антенны.

6. Излучение антенной передатчика электромагнитной энергии.

7. Симметричный вибратор, его диаграмма направленности.

8. Дальность действия передатчика, ее зависимость от частоты излучения.

9. Прием антенной приемника электромагнитной энергии.

10. Классификация и типы судовых антенн радиосвязи.



9. Радиочастоты и частотные диапазоны

Радиоволны представляют собой электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве со скоростью света (3 · 108 м/с). Радиоволны характеризуются частотой и длиной волны.

Длиной волны называется расстояние, пройденное волной за время, равное периоду колебания.

Частота радиоизлучения н равна числу колебаний за секунду.

Длина волны и частота связаны между собой соотношением:

гармонический колебание модуляция сигнал диапазон

= с · Т = с / н (м.)

В соответствии со статьей 2 Регламента Радиосвязи радиочастотный спектр подразделяется на 9 диапазонов частот.

Таблица 2. Диапазоны частот.

№ диапазона	Обозначения	Частоты	Длины волн	Название волн
4	ОНЧ (VLF)	3 - 30 кГц	10 - 100 км.	Мириаметровые волны
5	НЧ (LF)	30 - 300 кГц	1 - 10 км.	Километровые волны
6	СЧ (MF)	300 -3000 кГц	100 - 1000 м	Гектометровые волны
7	ВЧ (HF)	3 - 30 МГц	10 - 100 м	Декаметровые волны
8	ОВЧ (VHF)	30 - 300 МГц	1 - 10 м	Метровые волны
9	УВЧ (UHF)	300- 3000МГц	10 - 100 см	Дециметровые волны
10	СВЧ (SHF)	3 - 30 ГГц	1 - 10 см	Сантиметровые волны
11	КВЧ (EHF)	30 - 300 ГГц	1 - 10 мм	Миллиметровые волны
12	ГВЧ	300-3000 ГГЦ	0,1 - 1мм	Децимиллимет- ровые волны

В ГМССБ используются частоты 6 - 10 диапазонов. В каждом из этих диапазонов для морской подвижной службы выделены полосы частот. В неофициальной терминологии эти полосы имеют следующие названия:

средние волны (СВ) - 415 - 535 кГц;

промежуточные волны (ПВ) - 1605 - 4000 кГц ( в данном диапазоне выделены для морской подвижной службы поддиапазоны 4, 6, 8, 12, 18, 19, 22, 25, 26 МГц);

ультракороткие волны (УКВ) - 156 - 174 МГц.

В английской терминологии для обозначения средних и промежуточных волн используется аббревиатура MF (Medium Frequency), для коротких волн - HF (High Frequency), для ультракоротких волн -VHF (Very High Frequency).

Диапазон 1 - 2 ГГц называется L - диапазоном, используется для работы спутниковой системы связи ИНМАРСАТ.

Частоты 406МГц и 121,5 МГЦ используются космической системой поиска аварийных судов и самолетов КОСПАС - САРСАТ.

Частоты в диапазоне 9,2 - 9,5 ГГц используются радиолокационными ответчиками (SART) для обнаружения радиолокационными станциями 3- х сантиметрового диапазона судов и самолетов, терпящих бедствие.



10. Распространение радиоволн различных частотных диапазонов

Расстояние, на котором возможно установить радиосвязь, зависит от выбранной частоты, мощности излучения передатчика, чувствительности приемника, типа и размещения антенной системы, условий распространения радиоволн .Для конкретного радиооборудования и антенн, установленных на судне, основным фактором, определяющим дальность связи, является правильно выбранная частота (длина волны).

Основные свойства электромагнитного поля.

1. В однородном пространстве радиоволны распространяются прямолиней но, скорость их распространения в воздушном пространстве равна 3· 108 м/с.

2. Распространение волн в проводящей среде (земле, воде, ионизированном газе) сопровождается поглощением энергии.

3. Если волны от одного и того же источника приходят в точку приема разными путями, то происходит сложение этих волн - интерференция.

4 . В средах с неоднородными свойствами происходит рефракция радиоволн - отклонение их траектории от прямой.

5. При встрече с препятствиями волны способны их огибать. Это явление называется дифракцией.

6. На границах раздела однородных сред с разными свойствами наблюдается преломление и отражение радиоволн.

Распространяющиеся от передатчика радиоволны разделяются на поверхностные и пространственные и радиоволны, передаваемые через искусственные спутники Земли. Поверхностные волны распространяются вблизи поверхности Земли, огибают ее, подвергаясь преломлению и рассеянию в атмосфере. Пространственные волны - это волны, излучаемые под разными углами к поверхности Земли, попадают в ионосферу, претерпевают в ней преломление и отражение на границах с ионосферными неоднородностями.

Атмосфера Земли состоит из трех основных областей, которые неодинаково влияют на прохождение радиоволн:

тропосфера - нижний слой атмосферы до высоты 18 - 20 км;

стратосфера - до высоты 50 -60 км;

ионосфера - самый протяженный слой до высоты 1,5 тысячи км.

Основными свойствами земной поверхности, оказывающих влияние на распространение тропосферных поверхностных радиоволн являются, помимо ее рельефа, являются электропроводность и диэлектрическая проницаемость, приводящих к частичному поглощению энергии. В радиолиниях, использующих поверхностный луч целесообразно использовать радиоволны СВ или нижней части ПВ диапазонов. Дальность связи при этом может составлять несколько сот миль.

Пространственные волны за счет отражения от ионосферы позволяют получить значительно большую дальность связи. Электрические свойства ионосферы характеризуются концентрацией свободных зарядов - числом ионов и электронов в единице объема (в 1 м3). Концентрация свободных зарядов зависит от времени года (летом больше, чем зимой) и времени суток (днем больше, чем ночью). При возрастании солнечной активности, потока заряженных космических частиц, ультрафиолетового излучения некоторых звезд возрастает резкое увеличение ионизации (магнитные бури).

Концентрация ионов и электронов в ионосфере на разных высотах различна. Можно выделить несколько слоев с повышенной концентрацией ионов:

- нижний слой D на высоте 60 - 90 км с концентрацией до 109 /м3, слой D образуется в дневное время, а ночью исчезает;

- слой Е на высоте 120 - 150 км с концентрацией до 1011 /м3 днем и 1010 / м3 ночью;

- слой F на высоте 180 - 400 км с концентрацией до 1012 /м3 днем и 1011 /м3 ночью.

Потери поверхностных волн за счет частичного проникновения в землю тем больше, чем меньше длина волны и больше частота, Потери пространственных волн тем больше, чем меньше частота.

При попадании в слои атмосферы радиоволны отражаются от них или преломляются. Возможность отражения зависит от степени ионизации ионосферы, частоты и угла падения радиоволны. Максимальная частота сигнала, который может отразится от ионизированного слоя при вертикальном падении на его границу , называется критической частотой и определяется выражением:

н кр = 9, где

N - концентрация свободных зарядов.

Сверхдлинные волны (СДВ - VLF, н < 30 кГц) в морской радиосвязи не используются. С их помощью возможна связь с подводными объектами.

Длинные (километровые) волны (ДВ - LF, н от 30 - 300 кГц) распространяются между нижними слоями ионосферы и земной поверхностью, имеют дальность распространения до 3000 - 5000 км, однако, из-за больших размеров антенн и высокой мощности передатчиков они применяются для односторонней связи «берег - судно» (сигналы точного времени, навигационное обеспечение).

Средние (гектометровые) волны (СВ - MF, н от300 до 3000 кГц) распространяются как поверхностным так и пространственным лучом. Из-за значительного поглощения радиоволны земной поверхностью , радиолинии, использующие поверхностную волну, могут иметь протяженность 150 - 200 миль. Пространственные волны ПВ диапазона способны отразится при концентрации свободных зарядов, соответствующих слою Е, поэтому днем, когда существует слой D, волна им полностью поглощается. Ночью, когда слой D отсутствует, радиолиния работает и на пространственной (ионосферной) волне, дальность связ при этом возрастает в 2 - 2,5 раза. Диапазон средних волн используется в радиовещании, морской радиосвязи при бедствии и для обеспечения безопасности (500 кГц - частота радиотелеграфных сигналов бедствия, 2182 кГц - международная частота бедствия в режиме радиотелефонии, для передачи навигационных сообщений.

Короткие (декаметровые) волны (КВ - HF, н от 3 до 30 МГц) распространяются с помощью поверхностных и пространственных лучей. Энергия поверхностных лучей быстро уменьшается из-за значительного поглощения земной поверхностью, поэтому дальность радиосвязи составляет несколько десятков километров. Пространственный луч поглощается слоями D и E и отражается от слоя F. Таких отражений от слоя F может быть от 1 до 3, их число определят дальность связи. Для уменьшения потерь пространственного луча необходимо выбирать максимально возможные частоты, не превышающие критической частоты. Критическая частота сигнала, способного отразится от слоя F, зависит от концентрации зарядов, поэтому в дневные часы при максимальной концентрации зарядов используют радиоволны частой от 8 МГц и выше, в ночные - от8МГц и ниже. Для радиоволн КВ диапазона характерна зависимость условий распространения от времени года, времени суток, географического расположения линий связи (например, затухание радиоволн в направлении запад - восток выше ,чем в направлении север - юг), различные возмущения в ионосфере (магнитные бури пр.).

При работе на коротких волнах проявляются нежелательные явления: замирание сигналов, радиоэхо, нарушение связи в результате ионосферных возмущений, появление зоны молчания.

Зоны молчания - это зоны, расположенные на небольшом расстоянии от передатчика, области, заключенные между радиусом действия поверхностной волны и расстоянием на котором появляется пространственная волна. Для уменьшения протяженности мертвой зоны необходимо перейти на более низкую частоту.

Явление радиоэха возникает, когда от передатчика к приемнику радиоволна приходит различными путами - кратчайшим и обогнув земной шар.

Замирание объясняется сложением радиоволн, приходящих в пункт приема разными путями с разными фазами. В результате происходит ослабление сигнала, когда волны приходят в противофазе, и усиление сигнала, если волны приходят в фазе. Для ослабления влияния замирания и радиоэха применяют направленные антенны.

Ультракороткие волны (УКВ - VHF, н от30 до 300 МГц ) распространяются только поверхностным лучом. Пространственный луч пронизывает атмосферу и не отражается от нее даже при максимальной концентрации зарядов. Поверхностная волна практически не имеет дифракции, т.е. дальность связи определяется пределами прямой видимости ( составляет десятки километров) и зависит от высоты установки антенн.

D = 3,6 (1 +2

D - дальность связи;

h1 - высота установки передающей антенны,

h2 - высота установки приемной антенны.

Основные преимущества УКВ радиосвязи :

- устойчивая связь, не зависящая от состояния ионосферы,

- отсутствие атмосферных помех,

- малые мощности передатчиков (единицы ватт),

- возможность одновременной работы большого числа радиостанций без взаимных помех.

Область применения - связь на небольшие расстояния (прибрежное плавание, рейдовая и внутрипортовая связь). В этом же диапазоне частот работает система телевидения и система сотовой связи, а также район А1 ГМССБ также является районом действия УКВ связи.

Контрольные вопросы

1. Деление радиочастотного спектра на диапазоны.

2. Свойства электромагнитного поля.

3. Концентрация свободных зарядов.

4. Поверхностные(ионосферные) и пространственные волны.

5. Сверхдлинные, средние ,длинные, короткие и ультракороткие волны, особенности их распространения, применение для радиосвязи морской подвижной службы.



11. Радиотехнические устройства

Радиотехническое устройство - функционально и конструктивно законченное изделие, предназначенное для выполнения определенной задачи (передачи, приема, хранения или преобразования сигналов).

11.1 Электрические фильтры (частотные)

Электрическими фильтрами называются устройства, осуществляющее разделение сигналов по частотному признаку, т.е. осуществляющее частотную избирательность. Область частот, которая проходит через фильтр, называется полосой пропускания (ПП), область частот, которая не пропускается фильтром, называется полосой задержания (ПЗ), частоту ,разделяющую ПП и ПЗ называют частотой среза f c . По частотному диапазону фильтры классифицируются:

- фильтры нижних частот (ФНЧ) - пропускает сигналы от постоянного тока до некоторой частоты среза f c . Используются в приемных устройствах для выделения сигналов звуковых частот, в схемах выпрямителей в качестве сглаживающих фильтров;

- фильтры верхних частот (ФВЧ) - пропускает сигналы с частотами f c и выше, используются для исключения влияния частоты питающего напряжения (50 Гц)на звуковой сигнал в радиоприемном устройстве;

- полосовые фильтры (ПВ) - пропускают сигналы в заданной полосе частот ( f 2c - f 1c ). Используются на входе РПМ (избирательное устройство) для выделения сигнала передающей станции. Изменяя характеристики ПФ, можно пере страивать приемник для приема сигналов разных частот.

- режекторные фильтры (РФ) - не пропускают сигналы в заданной полосе частот ( f 2c - f 1c ). Используются для организации одновременной работы рядом расположенных передатчика и приемника.



11.2 Усилители

Усилитель - (У) - устройство ,построенное на активных элементах и предназначенное для увеличения мощности подводимого сигнала за счет энергии источника постоянного тока. Простейший усилитель состоит из усилительного элемента (электронной лампы, транзистора), набора пассивных элементов (резисторы, емкости, индуктивности) и источника электрической энергии. Он имеет входную цепь, к которой подводится усиливаемый сигнал, и выходную цепь для получения выходного сигнала.

I вх I вых

U вх U вых

Рис. 22. Условное обозначение усилителя.

Выбор входных и выходных сопротивлений усилителя определяется значениями сопротивлений элементов, подключаемых на вход и выход усилителя. Известно, что максимальная передача энергии от источника к потребителю обеспечивается при равенстве их сопротивлений. Антенна передатчика для его оконечного каскада (резонансного усилителя мощности ) является нагрузкой, поэтому в рабочем режиме сопротивление антенны должно быть по характеру активным и равным выходному сопротивлению усилителя и равным волновому сопротивлению фидера, передающего энергию от передатчика а антенне.

R вых = Z в = R а

В современных передатчиках согласование выходного сопротивления передатчика с сопротивлением антенны выполняется автоматически.

11.3 Генераторы

Генератор - устройство, преобразующее энергию источника постоянного тока в колебания заданной формы.

Рис. 23. Условное обозначение генератора.

В зависимости от формы генерируемых сигналов различают генераторы гармонических колебаний (синусоидальной формы), генераторы прямоугольных импульсов, генераторы сигналов пилообразной формы. Основными характеристиками генераторов синусоидальных колебаний являются частота и мощность (напряжение) выходных сигналов. Большинство генераторов синусоидальных колебаний являются диапазонными, т.е. способны генерировать колебания в заданном диапазоне частот. В зависимости от диапазона частот различают генераторы низких (звуковых) частот, генераторы высоких и сверхвысоких частот. Генераторы строятся на базе усилителей с положительной обратной связью.

11.4 Выпрямители

Выпрямитель - это устройство, преобразующее переменное напряжение в постоянное.

= ~

Рис.24. Условное изображение выпрямителя.



Основной частью выпрямительного устройства является выпрямительный диод или диодная группа. На практике используются двухполупериодные выпрямители. Для снижения пульсаций выпрямленного тока на выходе выпрямителей устанавливаются сглаживающие фильтры, которые содержат в своем составе емкости, накапливающие электрический заряд. Чем больше по величине емкость фильтра, тем меньше пульсации напряжения на выходе выпрямителя.

11.5 Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств

Увеличение числа одновременно работающих радиотехнических средств (РТС) приводит к созданию большого числа взаимных помех. Возможность одновременной работы РТС без ухудшения их функционирования из-за электромагнитных излучений называется электромагнитной совместимостью.

Обеспечение электромагнитной совместимости достигается с помощью технических и организационных мер, обеспечивающих минимальный уровень взаимных помех при работе радиооборудования. Первое направление связано с совершенствованием технических характеристик аппаратуры, второе - с определением норм и правил, обеспечивающих эффективное использование радиотехнических систем без взаимных помех. Особое внимание уделяется рациональному использованию радиочастотного спектра. Требования к радиотехническим системам и правилам их использования изложены в международных и национальных нормативно-технических документах.

Основная международная нормативно-техническая документация, относящаяся к использованию радиочастотного спектра, издается Международным союзом электросвязи (МСЭ - ITU), являющимся специальным органом ООН. МСЭ издает Регламент радиосвязи, определяющий нормы и правила использования радиотехнических систем.

Отечественная нормативно-техническая документация издается Государственной комиссией по радиочастотам Государственным комитетом по стандартам. Особенности эксплуатации радиооборудования эксплуатации в судовых условиях отражены в специальных нормативных документах (отраслевых стандартах, руководящих документах и требованиях) Службы морского флота.

11.6 Источники электропитания

Источник электропитания (ИП) - устройство для получения электрической энергии (в виде энергии постоянного тока), обеспечивающее функционирование электронных систем.

Различают первичные источники электропитания, в которых электрическая энергия получается за счет других видов энергии: электрохимической (гальванические элементы, аккумуляторы), механической (дизель-генераторы), световой (солнечной) энергии (фотоэлектрические источники энергии - солнечные батареи) и вторичные источники электропитания (выпрямительные устройства), которые обеспечивают преобразование энергии переменного тока, получаемую от технической (промышленной или бортовой) сети в энергию постоянного тока.

Основным источником энергии на судне является бортовая сет, вырабатывающая переменное напряжение промышленной частоты 50 Гц.

Для получения постоянного тока используется выпрямительное устройство (блок питания - БП), которое состоит из трансформатора - Т, вентильной группы - В, сглаживающего фильтра - СФ, стабилизатора постоянного напряжения - Ст.



От сети К нагрузке

Рис.25. Структурная схема выпрямительного устройства.

Трансформатор предназначен для повышения / понижения напряжения.

Вентильная группа (один или несколько выпрямительных диодов) служит для преобразования переменного (гармонического) напряжения в пульсирующее напряжение одной полярности. Основные схемы выпрямителей - однополупериодные и двухполупериодные (мостовые и с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора).

Сглаживающие фильтры (LC или RC-фильтры). В результате сглаживания возрастает значение постоянной составляющей тока.

Стабилизаторы предназначены для автоматического поддержания постоянства напряжен6ия, подаваемого в нагрузку, независимо от входного сопротивления нагрузки (используются полупроводниковые стабилизаторы).

Аварийным источником питания на судне является дизель-генератор, который включается автоматически при выходе из строя бортовой сети питания (главного дизель-генератора). В качестве резервных источников питания используются гальванические элементы и аккумуляторы. Для увеличения мощности их соединяют в батареи.

Гальванические элементы изготавливаются сухими или водоналивными. Они являются источниками одноразового действия, т.е. после выработки ресурса их следует заменять (на каждом элементе указан предельный срок хранения).

Аккумулятор - устройства для накопления энергии с целью последующего ее использования; преобразует химическую энергию в электрическую и, по мере необходимости, обеспечивающее обратное преобразование. Аккумуляторы делятся на кислотные и щелочные.

В кислотных аккумуляторах пластины изготавливаются из свинца, а электролитом служит раствор серной кислоты определенной плотности.

В щелочных аккумуляторах электроды бывают кадмиево-никелевыми (КН), железо-никелевыми (ЖН), никель-цинковыми (НЦ) и серебряно-цинковыми (СЦ). Электролитом служит раствор едкой щелочи определенной плотности. Щелочные серебряно-цинковые аккумуляторы обладают наиболее высокими эксплуатационными свойствами (небольшие габариты и вес - в 4 - 6 раз легче других широкий диапазон рабочих температур, большие токи). Однако, эти аккумуляторы значительно дороже других. Перед использованием аккумулятор следует зарядить с помощью специального зарядного устройства. При использовании аккумулятора его емкость снижается. Для восстановления номинальных значений напряжения и тока требуется регулярная подзарядка. Существуют автоматические зарядные устройства, обеспечивающие автоматическое подключение источника постоянного тока к аккумулятору при снижении емкости его ниже номинальной.

Контрольные вопросы

1. Понятие электрических фильтров, их типы, применение в РТС.

2. Усилители, их типы. Условие передачи максимальной энергии от усилителя к нагрузке.

3. Генераторы, их типы, применение в РТС.

4. Электромагнитная совместимость РТС, способы ее обеспечения.

5. Международные и национальные регламентирующие организации.

6. Источники электропитания.



12. Принцип построения и характеристики приемопередающей аппаратуры

12.1 Радиопередающие устройства

Радиопередающее устройство (радиопередатчик - РПД) служит для формирования высокочастотных модулированных радиосигналов. В возбудителе РПД осуществляется генерирование гармонических колебаний радиочастотного спектра (ВЧ, называемые несущими), модуляция радиочастотного колебания в соответствии с передаваемым сообщением (с помощью модулятора), усиление электрических сигналов с помощью усилителя. Перенос спектра звуковых частот на более высокие частоты необходим для увеличения дальности связи и уменьшения размеров антенн. Выход РПД соединяется с антенной с помощью радиочастотного кабеля (фидера). Существенной частью РПД является согласующее устройство (СУ), которое включается между РПД и антенной. СУ представляет собой набор катушек и индуктивностей и служит для настройки антенны в режим резонанса напряжений ( с целью максимальной эффективности излучения антенны) и согласования выходного сопротивления оконечного каскада передатчика (резонансного усилителя мощности) с активным сопротивлением антенны (с целью получения согласованного режима). Выбор оптимальных значений элементов СУ в современных РПД производится автоматически.



WA

Настройка на рабочую частоту.

Рис. 26. Структурная схема радиопередатчика с амплитудной модуляцией.

Терминал преобразует сообщение в электрические сигналы, которые усиленные усилителем звуковой частоты, передаются на вход модулятора. На другой вход модулятора подается гармоническое колебание высокой частоты от усилителя радиочастоты. С выхода модулятора снимается высокочастотное модулированное колебание. После увеличения мощности модулированных сигналов с помощью усилителя мощности УМ модулированные колебания через согласующее устройства поступают в антенну передатчика WA.

Приведенная схема справедлива для передачи непрерывных сигналов (речи, музыки). При передаче двоичных сигналов роль модулятора выполняет электронный ключ, который подключает или отключает звуковой генератор ЗГ (амплитудная манипуляция) . В РПД с частотной модуляцией модулятор воздействует на частоту генерации ЗГ, изменяя ее по закону сигнала. При передаче двоичных сигнало модулятор дискретно изменяет частоту ЗГ, который вырабатывает одну из двух частот, соответствующих символу «1» или «0».



12.2 Основные технические характеристики РПД

1. Диапазон рабочих частот (УКВ, ПВ, КВ, СВ).

2. Выходная мощность РПД, направляемая в антенну. Под мощность передатчика понимают мощность, подводимую к фидеру антенны. В зависимости от назначения мощность РПД составляет от долей ватта (РПД сотовой связи) до десятков мегаватт (магистральные РПД). Выходная мощность должна обеспечивать необходимый уровень сигнала в точке приема, однако, большая мощность излучения оказывает вредное влияние на членов экипажа, отрицательно сказывается на работе других радиотехнических систем, поэтому вводятся ограничения на максимальную мощность РПД. В судовых радиопередатчиках она составляет для:

ПВ-диапазона - 400Вт;

КВ-диапазона - 1,5 кВт;

УКВ-диапазона - 25 Вт;

спутниковых РПД - 40 ВТ.

3. Стабильность частоты излучения РПД, характеризующая отклонение рабочей частоты vр от номинальной vн. нестабильность частоты приводит к перебоям. Кроме того, вторжение в соседние каналы создает взаимные помехи; при приеме однополосных сигналов с полностью подавленной несущей (класс излучения (J3E) в приемнике необходимо восстанавливать несущую с точностью до единиц герц, иначе возникают дополнительные помехи (нелинейные искажения). По Правилам Регистра абсолютный уход частоты судовых однополосных передатчиков не должен превышать 50 Гц.

12.3 Радиоприемные устройства

Радиоприемное устройство предназначено для улавливания, усиления, преобразования и использования энергии электромагнитных волн. Основными элементами РПМ являются приемная антенна, радиоприемник и оконечный прибор (воспроизводящее устройство).

Основные технические характеристики РПМ.

Чувствительность приемника характеризуется его способностью принимать слабые сигналы. Количественно чувствительность определяется минимальной величиной э.д.с. сигнала на входе приемника, обеспечивающей нормальную работу оконечного прибора. В современных РПМ чувствительность составляет единицы микровольт.

Избирательность РПМ - способность приемника выделять полезный сигнал из всех сигналов (э.д.с.), наводимых в антенне. Избирательность обеспечивается при помощи колебательных контуров, настраиваемых на частоту нужного сигнала.

Выходная мощность приемника определяется мощностью, которая выделяется на нагрузке (максимально возможная неискаженная мощность усилителя звуковой частоты) при отсутствии заметных искажений принимаемой передачи. Выходная мощность измеряется единицами или долями ватт.

В зависимости от принципа построения различают РПМ прямого ксилен6ия и супергетеродинного типа.

WA

Настройка на рабочую частоту

Рис. 27. Структурная схема РПМ прямого усиления.

Электромагнитное поле, излучаемое антенной передатчика, в антенне прием гика наводит э.д.с.

Принимаемый сигнал выбирается с помощью избирательного устройства ИУ ( системы двух связанных колебательных контуров, настроенных в резонанс напряжений и выполняющих функции полосового фильтра).

На ту же частоту настраивается и усилитель радиочастоты - УРЧ, который служит для увеличения уровня сигнала, наводимого в антенне.

Детектор Д из модулированного высокочастотного сигнала выделяет сигнал низких (звуковых) частот, содержащий сообщение.

После усиления усилителем звуковых частот сигнал поступает на приемный терминал, формирующий сообщение (динамик, принтер).

Несмотря на простоту технической реализации РПМ, прямое усиление практически не используется. Основными недостатками являются избирательность и чувствительность, к тому же полоса пропускания приемного тракта изменяется при перестройке частоты. При настройке колебательных контуров избирательного устройства в резонанс напряжений с принимаемой частотой путем изменения емкости или индуктивности изменяется полоса пропускания контура: на низких частотах она недостаточна для пропускания спектра сигнала, а на высоких частотах - шире спектра сигнала. В результате на РПМ могут поступать сигналы от соседних станций. Кроме этого сложно построить схему детектора на высоких частотах. Для устранения перечисленных недостатков используется РПМ супергетеродинного типа.

vпр = vг-vс -const

vс

vг

Настройка на рабочую частоту.

Рис.28. Структурная схема РПМ супергетеродинного типа.

Принцип супергетеродинного приема состоит в том, что колебания высокой частоты принимаемого сигнала преобразуются в колебания промежуточной частоты, значение которой для данного приемника остается постоянным независимо от частоты приема. В процессе преобразования частоты характер модуляции принимаемого сигнала не изменяется. Принимаемый сигнал с частотой vс поступает на преобразователь частоты, состоящий из смесителя (См) и гетеродина (Гет). Гетеродин является маломощным генератором гармонических колебаний, частоту которого можно изменять. При изменении частоты принимаемого сигнала изменяется частота гетеродина , а разностная (промежуточная) частота остается постоянной. На эту промежуточную частоту настраивается колебательный контур усилителя промежуточной частоты (УПЧ), в котором осуществляется усиление полезного сигнала. Промежуточная частота в супергетеродинных приемниках выбирается в пределах: 80 - 130, 450 - 470, 900 - 1100 или 1600 Гц. Так как частота колебательного контура УПЧ не изменяется, полоса пропускания и избирательность РПМ постоянны во всем частотном диапазоне. Понижение частоты сигнала, поступающего в детектор, облегчает техническую реализацию построения детектора.

В детекторе (Д) осуществляется демодуляция (детектирование) - выделение из высокочастотного модулированного сигнала колебаний низких (звуковых) частот.

В оконечном устройстве (ОУ) колебания низких частот преобразуются в информацию (речь, текст).

В современной радиоаппаратуре отдельные радиоэлектронные устройства размещают на печатных платах, представляющих собой диэлектрическое основание с отверстиями для монтажа и электропроводящим рисунком. Печатные платы закрепляют на элементах конструкций радиоэлектронной аппаратуры - блоках каркасах стойках.

Современные конструкции на интегральных микросхемах (ИМС)выполняются в виде кассет, которые вставляются по направляющим в блоки. Электрическое соединение между блоками осуществляется через контактные разъемы. Таким образом, из блоков - отдельных модулей создают радиоэлектронную аппаратуру (РЭА). Блочно-модульный принцип построения РЭА облегчает поиск и устранение неисправностей.

12.4 Помехи при радиоприеме и борьба с ними

В системе радиосвязи действуют помехи внутренние (внутри аппаратуры) и внешние. К внутренним помехам относятся собственные шумы приемника, создаваемые полупроводниковыми приборами, колебательными контурами, сопротивлениями и проявляются в виде непрерывного шипения и шороха. Источником их являются электрические колебания, вызванные беспорядочным движением электронов. Уменьшение внутренних шумов может быть достигнуто сужением полосы пропускания и применением первых ступеней усилителей приемника с меньшими шумами.

Источником внешних (промышленных) помех являются искровые разряды в электрических установках, проявляющиеся в виде треска, щелчков, шороха (особенно в диапазоне длинных и средних волн). Искры, возникающие в системе электрического зажигания двигателей внутреннего сгорания, вызывают помехи в виде непрерывного треска в диапазоне не только длинных, но и коротких и ультракоротких волн. Наиболее действенное средство уменьшения промышленных помех - устранение их в месте возникновения. Для этого в электрических установках включаются искрогасящие цепи из конденсаторов и резисторов, а также включение специальных фильтров из катушек индуктивности и конденсаторов, препятствующих распространению помех по проводам, соединенным с генераторами и двигателями. Источником атмосферных помех являются главным образом грозовые разряды. Эти помехи проявляются в виде тресков в диапазоне средних и длинных волн. Ослабление помех осуществляется путем повышения частотной избирательности приемника и применением различных ограничителей.

Помехи, возникающие при работе различных радиостанций, возникают, если излучаемые радиостанциями колебания по частоте близки к частоте колебаний принимающей радиостанцией, или если они близко находятся от приемника. Средствами борьбы с этого рода помехами являются повышение частотной избирательности приемника путем увеличения количества и качества колебательных контуров избирательного устройства, хорошая экранировка приемника и его деталей. Рассмотренные помехи носят название активных. В результате действия помех форма сигнала искажается и правильный прием информации затруднен. Способность системы радиосвязи противостоять помехам называется помехоустойчивостью. Для оценки помехоустойчивости используются различные характеристики зависимости от вида передаваемой информации. При передаче речи, музыки качество связи оценивается отношением уровня согнала к уровню помех, определяющим разборчивость речи или качество воспроизведения музыки. При передаче дискретных сообщений (текста) качество связи оценивается коэффициентом ошибок кош - отношением числа ошибочно принятых знаков N0ш. к общему числу переданных знаков No6.: кош. =Noш. /No6.

Наряду с ними существуют пассивные помехи, связанные с нарушением распространения радиоволн: замирание сигнала, радиоэхо.

Контрольные вопросы

1. Структурная схема радиопередатчика, назначение его блоков.

2. Назначение согласующего устройства между выходом передатчика и антеннной.

3. Основные характеристики радиопередатчика.

4. Основные характеристики радиоприемника

5. Структурная схема РПМ прямого усиления, назначение отдельных блоков, недостатки.

6. Структурная схема радиоприемника супергетеродинного типа, назначение отдельных блоков.

7. Виды помех, источники помех.

8. Способы борьбы с помехами.



13. Требования Российского Морского Регистра судоходства к антенным устройствам и заземлениям

К установке на судах допускаются антенны любого типа, обеспечивающие наиболее эффективное использование радиооборудования.

Антенны должны быть устойчивы к воздействию механических и климатических факторов, имеющих место в условиях эксплуатации судна, выдерживать ветровую нагрузку со скоростью воздушного потока до 60 м/с с любых направлений. Для лучевых антенн должен применяться гибкий канатик, изготовленный из меди или сплава на медной основе. Стрела провеса должна быть равна 6% длины антенны между точками подвеса.

Каждый луч антенны должен быть изготовлен из целого куска антенного канатика. Снижение лучевой антенны у ввода должно крепиться к оттяжке, снабженной изоляторами, а затем соединяться с вводом медным или латунным наконечником.

Устройство, предназначенное для подвеса лучевой антенны, должно допускать возможность быстрого спуска и подъема ее, а также регулировку натяжения без необходимости подъема людей на мачты. Расстояние между лучами многолучевых антенн должно быть не менее 70 мм.

Для подъема лучевых антенн должны применяться гибкие фалы из материала, одобренного Регистром. Подъемные фалы на судах, перевозящих легко воспламеняющиеся грузы, должны закрепляться во взрывоопасной зоне, изготавливаться из негорючих материалов. Если используются стальные тросы, они должны иметь надежное электрическое соединение с корпусом судна.

Для изоляции антенн должны применяться специальные высокочастотные изоляторы, рассчитанные на соответствующее напряжение и механическую нагрузку.

Сопротивление изоляции антенн по отношению к корпусу судна при нормальных климатических условиях должно быть не менее 10 Мом, а при повышенной влажности - не менее 1 МОм.

Передающие антенны должны быть рассчитаны на работу любого подключаемого к ним передатчика при максимальных значениях отдаваемой им мощности и подводимого напряжения.

Приемные антенны должны быть сконструированы и расположены таким образом, чтобы их взаимодействие со всеми передающими антеннами и между собой было минимальным. Провода антенн и их снижений не должны находиться ближе 1 м. от труб и мачт. Расстояние между штаг-карнаком и горизонтальной частью антенн должно по возможности быть не менее 3 м.

Антенны не должны касаться металлических конструкций судна в любых условиях эксплуатации.

На нефтерудовозах, нефтеналивных судах, газовозах, химовозах в стальной такелаж мачт ( ванты, штаги, тросы для гудка и сирены, штаг-карнаки и т.д.) должны быть врублены изоляторы так, , чтобы расстояние между ними было не более 6 м, а расстояние от палубы до нижнего изолятора - не менее 3 м. и не более 4м. Нижние концы стоячего стального такелажа мачт и дымовых труб должны быть электрически соединены с корпусом судна. Весь остальной такелаж должен быть изолирован от корпуса судна или надежно электрически соединен с корпусом стальным или бронзовым канатиком.

Антенны радиовещательных и телевизионных устройств должны быть максимально удалены от всех антенн служебного назначения.

Если радиотелефонная станция для служебной внутренней связи установлена на судне стационарно, то высота ее антенны не должна превышать 3,5 мм над уровнем палубы ходового мостика.

Проводка передающих антенн во внутренних помещениях судна осуществляется через специальные вводы с изоляторами, рассчитанные на соответствующие напряжения, или высокочастотным кабелем кратчайшим путем.

Конструкция ввода передающей антенны должна допускать возможность быстрого и легкого присоединения и отсоединения антенны без применения инструмента.

Во избежание потерь мощности рекомендуется применение ограждений из изолирующего материала.

Металлические ограждения должны быть надежно заземлены на корпус судна.

Фидеры передающих антенн, расположенные в помещении, должны быть экранированы, при этом переключатели (коммутаторы) должны быть экранированного типа.

Неэкранированные фидеры передающих антенн, антенные коммутаторы и переключатели незащищенной конструкции, находящиеся в помещении, должны быть расположены в местах, исключающих случайное прикосновение к ним во время эксплуатации радиооборудования, а расстояние от них до рабочего места радиооператора должно быть не менее 1 м.

Фидеры приемных антенн должны быть проложены высокочастотным экранированным кабелем с соблюдением непрерывности экранирования. При этом антенные коммутаторы, переключатели, грозовые разрядники и другие приборы, подключенные к этим кабелям, должны быть экранированными. Фидеры приемных антенн должны быть подключены к приемным антеннам специальным контактным устройством водо-защищенной конструкции, обеспечивающей надежное электрическое соединение и доступ для контроля за его состоянием.

Для каждой антенны, не рассчитанной на постоянное включение, должны быть предусмотрено коммутационное устройство, позволяющее установить антенну в рабочее, изолированное и заземленное положения.

Коммутатор передающих антенн должен подключаться к выходу передатчика или к устройству настройки антенны, не должен выходить из строя при коротком замыкании или обрыве антенны.

Заземление.

Рабочее (высокочастотное) заземление, предназначенное для обеспечения нормальной работы судовых передатчиков, должны быть выполнено медной шиной, проложенной кратчайшим путем от антенного коммутатора к металлической переборке, имеющей надежное электрическое соединение с корпусом судна, с отводами к зажимам заземления передатчиков.

Длина шины от передатчика до места соединения с переборкой не должна превышать 150 см.

Мощность передатчика, Вт.	Менее 50	От 50 до 500	Более 500
Сечение шины,мм2	25	50	100

В передатчиках, излучающих мощность более 50 Вт, электрическое соединение шины заземления с корпусом передатчика должно осуществляться, по крайней мере, в двух местах максимально удаленных друг от друга.

Рабочее заземление приемников должно осуществляться с медной шиной бронзовым (медным) канатиком сечением не менее 6 мм2, проложенного кратчайшим путем от каждого приемника к основной шине заземления передатчиков, или непосредственно к ближайшей металлической переборке, соединенной с корпусом судна.

Заземление радиостанции на неметаллических шлюпках должны быть выполнено в виде двух облуженных медных лент общей площадью не менее 0,1 м2 и толщиной не менее 1 мм, укрепленных справа и слева от киля в районе мидель-шпангоута.

Защитные заземления нижних концов стоячего такелажа мачт и дымовых труб должны быть выполнены стрендью основного троса или гибкими металлическими проводниками. На проводники напаяны специальные наконечники, которые должны крепиться к металлическому корпусу судна двумя винтами при помощи сварки. Места соединения с корпусом должны быть окрашены. Общее сопротивление всех электрических соединений любого заземления не должно превышать 0,02 Ом. Использование заземлений в качестве молниеотводов не допускается.

Контрольные вопросы

1. Типы судовых антенн.

2. Требования Российского морского регистра к антенным устройствам.

3. Сопротивление изоляции антенны при нормальных климатических условиях и при повышенной влажности.

4. Способы заземления передатчиков, приемников и радиостанций на неметаллических шлюпках.



Литература

1. А.Г. Замятин, М.Б. Солодовниченко «Радиотехника»,С-П, ФГОУ ГМА имени С.О.Макарова, 2003.

2. В.С. Ковальчук, В.К. Никанкин «Судовая радиоэлектроника», М., Транспорт1984.

3. А.В. Шишкин, В.И. Купровский, В.М. Кошевой «Глобальная морская система связи при бедствии и для обеспечения безопасности мореплавания (ГМССБ)»,М., Транс-Лит, 2007.

4. , М., «По ВОЛГЕ», Российский морской регистр 2002.

Размещено на Allbest.ru