«Принципы радиосвязи. Излучение радиоволн».

ФГБОУ ВО «РГЭУ (РИНХ)»

Таганрогский институт имени А.П.Чехова (филиал)

Центр повышения квалификации    

Реферат

по дисциплине «Электрорадиотехника»

на тему «Принципы радиосвязи. Излучение радиоволн».

Выполнил                                                            

Слушатель ЦПК                                                  

по направлению                                                  

«Технология»                                                      

Шаповалова И.Н.

Таганрог 2016

Содержание:

1. Принципы радиосвязи
2. История радиосвязи
3. Транкинг
4. О радиосвязи
5. Типы аккумуляторных батарей. Технические характеристики.
6. Технические показатели радиопередатчика
7. Конструкции антенн метровых, дециметровых и сантиметровых волн
8. Антенны километровых и гектометровых волн
9. Особенности работы симметричного вибратора
10. Общие схемы организации радиосвязи
11. Излучение радиоволн
12.  Литература

1. Принципы радиосвязи

Радиосвязь, электросвязь посредством радиоволн. Для осуществления Радиосвязи в пункте, из которого ведётся передача сообщений (радиопередача), размещают радиопередающее устройство, содержащее радиопередатчик и передающую антенну, а в пункте, в котором ведётся приём сообщений (радиоприём), - радиоприёмное устройство, содержащее приёмную антенну и радиоприёмник. Генерируемые в передатчике гармонические колебания с несущей частотой, принадлежащей какому-либо диапазону радиочастот, подвергаются модуляции в соответствии с передаваемым сообщением. Модулированные радиочастотные колебания представляют собой радиосигнал. От передатчика радиосигнал поступает в передающую антенну, посредством которой в окружающем антенну пространстве возбуждаются соответственно модулированные электромагнитные волны. Распространяясь, радиоволны достигают приёмной антенны и возбуждают в ней электрические колебания, которые поступают далее в радиоприёмник. Принятый т. о. радиосигнал очень слаб, т.к. в приёмную антенну попадает лишь ничтожная часть излученной энергии. Поэтому радиосигнал в радиоприёмнике поступает в электронный усилитель, после чего он подвергается демодуляции, или детектированию; в результате выделяется сигнал, аналогичный сигналу, которым были модулированы колебания с несущей частотой в радиопередатчике. Далее этот сигнал (обычно дополнительно усиленный) преобразуется при помощи соответствующего воспроизводящего устройства в сообщение, адекватное исходному.
В месте приёма на радиосигнал могут накладываться электромагнитные колебания от посторонних источников радиоизлучений, способные помешать правильному воспроизведению сообщения и называемые поэтому помехами радиоприёму. Неблагоприятное влияние на качество радиосвязи могут оказывать также изменение во времени затухания радиоволн на пути распространения от передающей антенны к приёмной  и распространение радиоволн одновременно по двум или нескольким траекториям различной протяжённости; в последнем случае электромагнитное поле в месте приёма представляет собой сумму взаимно смещенных во времени радиоволн, интерференция которых также вызывает искажения радиосигнала. Поэтому и эти явления относят к категории помех радиоприёму. Их влияние на приём радиосигналов особенно велико при связи на больших расстояниях. Широкое распространение радиосвязи и использование радиоволн в радиолокации, радионавигации и др. областях техники потребовали обеспечения одновременного функционирования без недопустимых взаимных помех различных систем и средств, использующих радиоволны, - обеспечения их электромагнитной совместимости.
Распространение радиоволн в открытом пространстве делает возможным в принципе приём радиосигналов, передаваемых по линиям радиосвязи, лицами, для которых они не предназначены (радиоперехват, радиоподслушивание); в этом - недостаток радиосвязи по сравнению с электросвязью по кабелям, радиоволноводам и др. закрытым линиям. Тайна телефонных переговоров и телеграфных сообщений, предусматриваемая  соответствующими правилами международными соглашениями, обеспечивается в необходимых случаях применением автоматических средств засекречивания радиосигналов (кодирование и др.).

2. История радиосвязи

Попытки осуществить радиосвязь предпринимал ещё Т. А. Эдисон в 80-е гг. 19 в. (им получен соответствующий патент), до открытия в 1888 электромагнитных волн Г. Герцем; хотя работы Эдисона не имели практического успеха, они способствовали появлению др. работ, направленных на реализацию идеи беспроводной связи. Герцем был создан искровой излучатель электромагнитных волн, который (с последующими различными усовершенствованиями) в течение нескольких десятилетий оставался наиболее распространённым в радиосвязи видом радиопередатчика. Возможность и основные принципы радиосвязи были подробно описаны У. Круксом в 1892, но в то время ещё не предвиделось скорой реализации этих принципов. Развитие радиосвязи началось после того, как в 1895 А. С. Поповым, а годом позже Г. Маркони были созданы чувствительные приёмники, вполне пригодные для осуществления сигнализации без проводов, т. е. для радиосвязи. Первая публичная демонстрация Поповым работы созданной им радиоаппаратуры и беспроводной передачи сигналов с её помощью состоялась 7 мая 1895, что даёт основание считать эту дату фактическим днём появления Радиосвязи.
Приёмник Попова не только оказался пригодным для радиосвязи, но и (с некоторыми дополнительными узлами) был впервые успешно применен им в том же 1895 для автоматической записи грозовых разрядов, чем было положено начало радиометеорологии. В странах Западной Европы и США была развёрнута активная деятельность по использованию радиосвязи в коммерческих целях. Маркони в 1897 зарегистрировал в Англии Компанию беспроводного телеграфирования и сигнализации, в 1899 основал Американскую компанию беспроводной и телеграфной связи, а в 1900 - Международную компанию морской связи. В декабре 1901 им была осуществлена радиотелеграфная передача через Атлантический океан. В 1902 в Германии производство оборудования для радиосвязи организовал А. Слаби (совместно с Г. Арко), а также К. Ф. Браун. Очевидное огромное значение радиосвязи для военных флотов и для морского транспорта, а также гуманистическая роль радиосвязи (при спасании людей с кораблей, потерпевших крушение) стимулировали развитие её во всём мире. На 1-й Международной административной конференции в Берлине в 1906 с участием представителей 29 стран были приняты регламент радиосвязи и международная конвенция, вступившая в силу с 1 июля 1908. В регламенте было зафиксировано распределение радиочастот между разными службами радиосвязи (см. ниже). Было основано Бюро регистрации радиостанций и установлен международный сигнал бедствия SOS. На международной конференции в Лондоне в 1912 было несколько изменено распределение частот, уточнён регламент и учреждены новые службы: радиомаячная, передачи сводок погоды и передачи сигналов точного времени. По решению радиоконференции 1927 было запрещено применение искровых радиопередатчиков, создававших излучение в широком спектре частот и препятствовавших тем самым эффективному использованию радиочастот; искровые передатчики были оставлены только для передачи сигналов бедствия, поскольку широкий спектр излучения радиоволн увеличивает вероятность их приёма. С 1915 до 50-х гг. аппаратура для радиосвязи развивалась главным образом на основе электронных ламп; затем были внедрены транзисторы и др. полупроводниковые приборы.
До 1920 в радиосвязь применялись преимущественно волны длиной от сотен м до десятков км. В 1922 радиолюбителями было открыто свойство декаметровых (коротких) волн распространяться на любые расстояния благодаря преломлению в верхних слоях атмосферы и отражению от них. Вскоре такие волны стали основным средством осуществления дальней радиосвязи Для приёма передаваемых т. о. сигналов, приходящих с больших расстояний, служат чувствительные приёмники и большие, сравнительно остронаправленные антенные сооружения, занимающие большую территорию, т. н. антенное поле (подобные же сооружения используются и для излучения декаметровых волн). Для ослабления радиопомех приёмное оборудование размещается в стороне от городов и вдали от радиопередатчиков, на специальных приёмных радиоцентрах. Радиопередающие устройства также группируются - на передающих радиоцентрах. Те и другие связаны с находящимся в городе центральным телеграфом, откуда поступают передаваемые и куда транслируются принимаемые сигналы.
В 30-е гг. были освоены метровые, а в 40-е - дециметровые и сантиметровые волны, распространяющиеся в основном прямолинейно, не огибая земной поверхности (т. е. в пределах прямой видимости), что ограничивает прямую связь на этих волнах расстоянием в 40-50 км. Поскольку ширина диапазонов частот, соответствующих этим длинам волн, - от 30 Мгц до 30 Ггц - в 1000 раз превышает ширину всех диапазонов частот ниже 30 Мгц (волны длиннее 10 м), то они позволяют передавать огромные потоки информации, осуществляя многоканальную связь. В то же время ограниченная дальность распространения и возможность получения острой направленности с антенной несложной конструкции позволяют использовать одни и те же длины волн во множестве пунктов без взаимных помех. Передача на значительные расстояния достигается применением многократной ретрансляции в линиях радиорелейной связи или с помощью спутников связи, находящихся на большой высоте (около 40 тыс. км) над Землёй . Позволяя вести на больших расстояниях одновременно десятки тысяч телефонных разговоров и передавать десятки телевизионных программ, радиорелейная и спутниковая связь по своим возможностям являются несравненно более эффективными, чем обычная дальняя радиосвязь на декаметровых волнах, значимость которой соответственно уменьшается (за ней, например, остаётся роль полезного резерва, а также роль средства связи на направлениях с малыми потоками информации).
При большой мощности радиопередатчика (десятки квт) радиосвязь на метровых волнах в узкой полосе частот (несколько кгц) возможна на расстояниях ~ 1000 км за счёт рассеяния волн в ионосфере. Пользуются также отражением радиоволн от ионизованных следов метеоров, сгорающих в верхних слоях атмосферы (см. Метеорная радиосвязь), но при этом передача информации идёт с перерывами, что не позволяет осуществлять телефонных переговоры.
Малая часть энергии излучения на дециметровых и сантиметровых волнах может также распространяться за пределы горизонта (на расстояния в сотни км) благодаря электрической неоднородности тропосферы. Это позволяет при сравнительно большой мощности передатчиков (порядка нескольких квт) строить линии радиорелейной связи с расстоянием между промежуточными станциями в 200-300 км и более (при сужении частотного спектра излучения, т. е. уменьшении объёма передаваемой информации.
Линии радиосвязи используются для передачи телефонных сообщений, телеграмм, потоков цифровой информации и факсимиле, а также и для передачи телевизионных программ (обычно на метровых и более коротких волнах). По назначению и дальности действия различают международные и внутригосударственные линии радиосвязи. Внутригосударственные линии делятся на магистральные (между Москвой и краевыми и областными центрами, а также между последними) и зоновые (внутриобластные и внутрирайонные). Развитие линий радиосвязи планируется с учётом вхождения радиосвязи в Единую автоматизированную систему связи страны.
Организационно-технические мероприятия и средства для установления радиосвязи и обеспечения её систематического функционирования образуют службы радиосвязи, различаемые по назначению, дальности действия, структуре и др. признакам. В частности, существуют службы: наземной и космической радиосвязи (к космической радиосвязи относят все виды радиосвязи с использованием одного или нескольких спутников или иных космических объектов); фиксированной (между определёнными пунктами) и подвижной (между подвижной и стационарной радиостанциями или между подвижными радиостанциями); радиовещания и телевидения. Для производственных и специальных служебных надобностей имеются ведомственные службы радиосвязи в некоторых министерствах и организациях (например, в гражданской авиации, на ж/д., морском и речном транспорте, в службах пожарной охраны, милиции, медицинской службе городов), а также внутрипроизводственная связь на промышленных и с.-х. предприятиях, в некоторых учреждениях и т.д.  Большое значение имеет радиосвязь в вооружённых силах.

3.Транкинг

 Термин "транкинг" происходит от английского "trunk" - "ствол" (телефонная магистраль) и предполагает наличие отдельных каналов радиосвязи, каждый из которых обеспечивается соответствующей парой частот (одна для приема, другая для передачи). При использовании УКВ радиостанции, вне транкинговой системы, необходимо выбирать нужный канал для связи с абонентом вручную, переключателем радиостанции. В транкинговой связи выбор канала осуществляет автоматика, сканирующая находящиеся в ее распоряжении частотные каналы и выбирающая свободный, по которому и осуществляется связь между абонентами.
Сети радиосвязи условно можно разделить на "конвекционные" и "транкинговые".
К конвекционным системам можно отнести организацию сетей радиосвязи постренных по принципу "точка-точка","звезда" (с базовой радиостанцией) без выхода в телефонные сети общего пользования.
Зачем нужен "Транк" и какие транковые системы связи бывают. 
Развернуть на своем предприятии беспроводную систему радиотелефонной связи (например стандарта GSM) может себе позволить далеко не каждый управленец, умеющий считать деньги. Но без связи, как известно, страдают все процессы производства, поэтому и были созданы транкинговые системы связи.

Архитектура построения "транкинга" достаточно демократична, но всегда содержит базовую станцию, контроллер, антенно-фидерное устройство и абонентские терминалы.
Развернув транкинг, владелец сиситемы (он же и абонент), не платит абонентской платы за эфирное время. Это существенная экономия для любого предприятия, ведь не секрет, что больше половины переговоров сотрудников по копроративной мобильной связи являются частными. Таким образом, один раз включившись в транкинговую систему связи Вы потом экономите на разговорах.

Выпускается большое количество систем транкинговой связи подходящих под самые разнообразные задачи заказчиков. Всех их можно разделить по следующим параметрам: 
По способу передачи голосовых сообщений:
 - аналоговые (Smartrunk II,Smartlink, EDACS, LTR, MPT 1327) 
 - цифровые (EDACS, APCO 25, TETRA, Tetrapol) 
По организации доступа к системе:
 - без канала управления (Smartrunk II) 
 - с распределенным каналом управления (LTR, Smartlink) 
 - с выделенным каналом управления (MPT 1327) 
По способу удержания канала:
 - с удержанием канала на весь сеанс переговоров (Smartrunk II, MPT) 
 - с удержанием канала на время одной передачи (LTR, Smartlink) 
По конфигурации радиосети: 
 - однозоновые системы (Smartrunk) 
 - многозоновые системы (MPT, LTR, Smartlink, TETRA, APCO, EDACS, tetrapol) 
По способу организации радиоканала: 
 - полудуплексные (Smartrunk II, MPT 1327, LTR, Smartlink, TETRA, APCO25, TETRAPOL) 
 - дуплексные (TETRA, APCO25, TETRAPOL) 

4. О радиосвязи

 Вы можете себе представить сотрудников подразделения охраны объектов (рынков, гаражей и автостоянок) сотрудников охранных агентств по сопровождению грузов, работников складов, служащих гостиниц, кемпингов, организаторов выставок, строителей или крановщиков, одним словом всех тех, чей успех зависит от четкой и слаженой работы команды - использующими на своем рабочем месте сотовый телефон? "Это же дикость!" - скажете вы, и будете совершенно правы.
Но в том-то все и дело, что до сих пор многие из перечисленных, и не только они, пребывают в неведении относительно современного состояния рынка беспроводных средств связи. А предлагает этот рынок довольно широкий ассортимент продукции с диапазоном цен от 70 до 300 у.е. за радиостанцию. 
Каждый вид связи решает свои задачи и оптимален в различных условиях эксплуатации. Грамотно выбранные коммуникационные средства позволяют получить качественную и надежную связь с различными подразделениями предприятий: офисом, производственными цехами, складскими помещениями, стройплощадками. И если в вашем подчинении крановщики, бригады сотрудников, которые работают на удалении друг от друга или от вас, и у них все еще нет радиостанций - пора задуматься. В чем причина? Удовольствие это относительно недорогое - от 70 до 150 у. е. за одну маломощную р\\станцию, с упрощенной процедурой продажи и 180-250 у. е. за одну профессиональную р\\станцию, у которых нет абонентской платы. Ну а если дело не в стоимости, а в информации? 
Надо сказать, что для отмеченных выше категорий пользователей проблема выбора очень актуальна, т. к. специфика работы выдвигает определенные требования к средствам связи. Разобраться в многообразии средств связи без участия специалистов действительно непросто. Но нет ничего невозможного. Прежде всего следует определить, для каких целей необходима связь. При этом надо иметь в виду что маломощные р\\станции имеют выходную мощность 10 мВт, а профессиональные р\\станции до 5 Вт - этот показатель влияет на дальность связи, поэтому показателю маломощные радиостанции бесспорно уступают профессиональным радиостанциям, но для использования в пределах ограниченной территории это можно не учитывать.
В остальном маломощным радиостанциям присуще :
- доступность;
- компактность; 
- простота в использовании ;
- качество связи ; 
- экономичность ;
- независимость от базового источника. 
Для многих пользоваться сотовой связью не просто дорого, но и порой просто невозможно из-за отсутствия зоны покрытия сотовой связи. Обычная радиосвязь гораздо дешевле и удобнее. Радиостанции обеспечивают постоянную связь в любом труднодоступном месте. 
Для установления связи не требуется набирать телефонный номер, достаточно лишь нажать одну кнопку и можно говорить. Можно и обойтись без нажатия кнопки, т. к. в большинстве своем радиостанции оснащены системой управления голосом VOX, или голосовой активацией режима передач. Это полностью освобождает руки, что немаловажно на стройплощадках и в производственных цехах. Как только вы что-то сказали в микрофон радиостанции, ее передатчик автоматически включается; возникла речевая пауза - выключается. Поскольку радиостанции используются в разных условиях, то VOX обычно делают с регулируемой чувствительностью.
Как правило радиостанции водонепроницаемы и ударопрочны, антенна для удобства ношения прижимается к корпусу. В некоторых моделях предусмотрена возможность установления телескопической или внешней антенны вместо штатной, возможность автоматического контроля нахожде-ния прибора в зоне радиовидимости. Станция периодически посылает в эфир импульсный сигнал, получив который, другая радиостанция дает подтверждение о приеме. Если ответа не получено, станция издает сигнал и выводит на дисплей предупреждающий значок.
Весь диапазон - как правило 433,075-434,750 МГц - разбит на 69 каналов. Обычно на дисплее высвечивается номер канала. В некоторых моделях можно просмотреть частоту и другие параметры. Из стандартных функций можно отметить также шумоподавитель. Он используется для того, что-бы в отсутствие сигнала от корреспондента станция не шумела. При необходимости принять слабый сигнал эту фунцию отключают.
Сегодня на рынке распространены следующие LPD - миниатюрные радиостанции с упрощенной процедурой продажи:
- ICOM IC-4008/4088, IC-Q7 ;
- KENWOOD UBZ-LH68/LF68;
- ALINCO тип DJ-S41;
- ALAN ALAN-507/607;
- производитель ALPHA; 
- VECTOR тип VT-43.
Все эти миниатюрные радиостанции удобны, у всех есть возможность использования гарнитуры (т. е. наушника с микрофоном, благодаря которым радиостанцию не надо держать в руках). Частота этих станций высокая - 433.075-434.750 МГц, что говорит о хорошей \"проникающей\" способности. Такие радиостанции могут комплектоваться аккумуляторами повышенной емкости (2000 мАч), что обеспечивает время непрерывной работы до 14 часов. 
Важно!!!! Все отмеченные безлицензионные радиостанции допущены к облегченной процедуре регистрации без выделения частот, для них установлен упрощенный порядок получения разрешений.

5. Типы аккумуляторных батарей. Технические характеристики.

На сегодняшний день для питания мобильных устройств, радиостанций и оборудования наиболее широко применяются аккумуляторы следующих электрохимических систем: герметичные свинцово-кислотные (SLA), никель-кадмиевые (NiCd), никель-металлгидридные (NiMH) и литий-ионные (Li-ion). Постепенно начинают завоевывать позиции в сфере сотовых телефонов и портативных компьютеров литий-полимерные (Li-Pol) аккумуляторы. Ведутся разработки в области топливных элементов и некоторых других перспективных технологий изготовления аккумуляторов. 
 
SLA аккумуляторы
Область применения - блоки бесперебойного питания (UPS), системы охранной сигнализации, устройства железнодорожной автоматики и связи, инвалидные коляски, резервное освещение. Ранее этими аккумуляторами комплектовались некоторые модели переносных сотовых телефонов и видеокамер. В целом можно сказать, что SLA аккумуляторы обычно используются в тех случаях, когда требуется большая мощность, минимальная стоимость, а габариты и вес не критичны. Диапазон значений емкости для портативных приборов лежит в пределах от 1 до 30 А*час. В современных мобильных устройствах эти аккумуляторы на данный момент практически не применяются. 

NiCd аккумуляторы 
Область применения: обычные и транковые радиостанции, сотовые телефоны, домашние радиотелефоны, переносные компьютеры, видеокамеры, ручные мощные электроинструменты, медицинские приборы, разнообразное производственное оборудование. 
Отличительные преимущества. 
Быстрый и простой метод заряда. NiCd аккумулятор допускает заряд током, численно равным его номинальной емкости и более. Таким образом, вполне реально зарядить аккумулятор за один час. А если вдруг потребуется еще большая скорость заряда, то можно использовать ток заряда вдвое и втрое превышающий значение номинальной емкости. Однако не стоит этим злоупотреблять. Кроме того, при быстром заряде требуется использование специальных зарядных устройств, определяющих момент полного заряда аккумулятора и прекращающих быстрый заряд.
Для них предпочтителен импульсный метод заряда по сравнению с зарядом постоянным током. Улучшение эффективности достигается распределением импульсов разряда между импульсами заряда. Этот метод заряда, обычно называемый реверсивным, поддерживает высокую площадь активной поверхности электродов, увеличивая эффективность и срок эксплуатации аккумулятора. Реверсивный заряд также улучшает быстрый заряд, т.к. помогает рекомбинации газов, выделяющихся во время заряда. В результате - аккумулятор меньше нагревается и более эффективно заряжается по сравнению со стандартным методом заряда постоянным током.
Способность отдавать в нагрузку большой ток .
Длительный срок службы при соблюдении условий эксплуатации и периодического обслуживания.
Слабая чувствительность к неправильной эксплуатации, легкое восстановление при понижении емкости и после длительного хранения (от 60 до 70 % аккумуляторов, признанных негодными, могут быть восстановлены для полноценной эксплуатации). Восстановление аккумулятора реализуется путем его разряда по специальному алгоритму до напряжения 0.4.вольта на элемент. Цикл восстановления применяется в случае, если тренировочные циклы не помогают.Низкая цена.
Недостатки. 
Необходимость периодического обслуживания для устранения \"эффекта памяти\". Под \"эффектом памяти\" понимается укрупнение кристаллических образований рабочего вещества аккумулятора и, как следствие, уменьшение площади активной поверхности и реальной емкости аккумулятора. Под обслуживанием (тренировочными циклами) понимается периодический разряд аккумуляторов до напряжения 1 вольт на элемент, в результате которого происходит разукрупнение кристаллических образований и увеличение реальной емкости аккумулятора.
Высокий саморазряд (до 10 % в течение первых 24-х часов и до 20 % в первый месяц после заряда).
Большие габариты и вес по сравнению с аккумуляторами других типов.
Аккумулятор содержит кадмий и требует специальной утилизации, поэтому в некоторых странах по этой причине уже запрещен для эксплуатации.

NiMH аккумуляторы 
В недалеком прошлом NiMH аккумуляторы пришли на смену NiCd. Однако их шумно разрекламированные преимущества не обеспечили 100 % удовлетворение запросов пользователей, главным образом из-за сокращенного срока службы. 
Плотность электрической энергии примерно на 30 -50 % больше, чем у NiCd аккумуляторов и, соответственно, меньше габариты и вес.
Для них предпочтителен скорее поверхностный, чем глубокий разряд и срок их службы непосредственно связан с глубиной разряда.
NiMH аккумуляторы по сравнению с NiCd выделяют значительно большее количество тепла во время заряда и требуют реализации более сложного алгоритма для обнаружения момента полного заряда. Как правило, они содержат внутренний температурный датчик для получения дополнительного критерия обнаружения полного заряда.
NiMH аккумулятор не может заряжаться так быстро, как NiCd. Время заряда - обычно вдвое больше, чем у NiCd. Рекомендуемый ток разряда от одной пятой до половины значения номинальной емкости.
Меньшая склонность к \"эффекту памяти\" (можно даже сказать, что аккумулятор просто не успевает его приобрести).
Экологически чистая технология изготовления.
Малое число циклов заряда / разряда.
Высокий саморазряд (до 30 % в месяц).

Li-ion аккумуляторы 
Область применения: новые модели радиостанций, сотовые телефоны и всякого рода переносные компьютеры. По данным экспертов корпорации Varta уже в ближайшее время Li-ion аккумуляторы начнут вытеснять с этого рынка не только NiCd, но и NiMH аккумуляторы. Конструктивно этот тип аккумуляторов содержит внутреннюю схему управления и защиты, призванную ограничить пиковое напряжение каждого элемента во время заряда и предотвратить понижение напряжения элемента при разряде ниже допустимого уровня. Кроме того, для обеспечения безопасности при их эксплуатации должен быть ограничен максимальный ток заряда и разряда и должна контролироваться температура элемента. 
Отличительные преимущества. 
Высокая плотность электрической энергии, малые габариты и вес.
Низкий саморазряд (примерно 3-5 % в первый месяц, затем уменьшение до 1-3 % в месяц, дополнительно около 3 % в месяц потребляет схема управления).
Отсутствие какого-либо обслуживания в течение всего срока эксплуатации.

Недостатки. 
Высокая цена.
Необходимость хранения в заряженном состоянии.
Подверженность процессу старения, даже если аккумулятор не используется. Ухудшение емкости наблюдается примерно после одного года с момента изготовления. После двух лет, аккумулятор часто становится неисправным. Не рекомендуется хранить Li-ion аккумуляторы в течение длительного времени. Наслаждайтесь ими, пока они новые.
Хочу заметить, что вследствие разного напряжения единичных элементов аккумуляторов на основе никеля и литий-ионных аккумуляторов (1.2 и 3.6 вольта соответственно), замена одних на другие не всегда возможна. Например, в сотовых телефонах с напряжением 4.8 вольта. Кроме того, эти аккумуляторы требуют разных типы зарядных устройств.

Li-Pol аккумуляторы 
Литий-полимерные аккумуляторы (Li-pol) - следующий этап в развитии литиевой технологии. Потенциально они менее дороги, чем Li-ion аккумуляторы. Но как любой новый продукт, не достигший массового применения, Li-pol аккумуляторы наиболее дороги на данный момент. 
Область применения: радиостанции, сотовые телефоны и переносные компьютеры. Полные данные о параметрах аккумулятора пока не известны. Можно отметить только пока малое, в сравнении с другими типами аккумуляторов, число циклов заряда / разряда и небольшой ток нагрузки. Однако имеется преимущество в конструктивном исполнении. Технология их производства допускает изготовление в различных пластичных геометрических формах, нетрадиционных для обычных аккумуляторов, в том числе достаточно тонких по толщине, и способных заполнять любое свободное место в устройстве. 
Итак, мы рассмотрели основные характеристики наиболее распространенных видов аккумуляторов в хронологическом порядке их появления на рынке. Именно в таком порядке они и сменяли и сменяют друг друга в мобильных устройствах и портативных компьютерах. Однако не следует списывать \"старичков\" со счета раньше времени. Во многих устройствах они продолжают исправно и надежно работать. Их технологию производства, конструкцию и сервисные элементы продолжают совершенствовать.

6.Технические показатели радиопередатчика

К основным показателям радиопередатчика относятся: диапазон волн, мощность, коэффициент полезного действия, вид и качество передаваемых сигналов.

В соответствии с классификацией радиоволн различают передатчики километровых, гектометровых, декаметровых и других волн. С этим различием связаны соответствующие особенности конструкций, так как в разных диапазонах различны конструкции колебательных контуров и типов усилительных элементов. Передатчик может работать на одной или нескольких выделенных для него фиксированных волнах, либо он может настраиваться на любую длину волны в непрерывном диапазоне волн.

Мощность передатчика обычно определяется как максимальная мощность высокочастотных колебаний, поступающая в антенну при отсутствии модуляции и при непрерывном излучении. Однако этой характеристики недостаточно для оценки мощности радиопередатчика. Дело в том, что в технике радиосвязи часто приходится иметь дело с сигналами, напряжение которых изменяется в очень широких пределах и в сравнительно короткие промежутки времени может принимать значения, в несколько раз превосходящие средний уровень. Характерным примером подобного режима может служить радиолокационный передатчик, излучающий импульсы длительностью около 1 микросекунды, разделенные интервалами около 1 миллисекунды, т.е. в 1000 раз большей длительности. Если бы при проектировании передатчика расчет велся на то, что в моменты этих выбросов мощность излучения соответствовала бы номинальной, то фактическая средняя мощность излучения была бы во много раз меньше. Передатчик был бы использован значительно слабее своих возможностей, а при необходимости обеспечить большую дальность радиосвязи потребовалось бы применить передатчик значительно большей мощности.

В системах радиовещания промежутки времени, в которые амплитуда колебаний достигает максимальных значений, занимают обычно большую часть общего времени работы передатчика (например, 10…20%), длительность их доходит до десятков миллисекунд, но ив этом случае описанное временное форсирование передатчика возможно, хотя и в меньших пределах.

В соответствии с изложенным мощность передатчика, помимо цифры максимальной мощности, при непрерывной работе характеризуют значениями пиковой мощности, которая может быть обеспечена в течение ограниченных промежутков времени. Например, если средняя мощность передатчика при непрерывной работе 100 кВт, то она может доходить до 200 кВт, если длительность импульсов не превышает интервалов между ними.

Важнейшими показателями радиопередатчика являются стабильность излучаемой им частоты и уровень побочных излучений. Дело в том, что если строго соблюдается присвоенная данному передатчику частота сигнала, то настроенный на эту частоту приемник начинает принимать передаваемые сигналы тотчас после включения, не требуя подстроек; это способствует удобству эксплуатации и высокой надежности радиосвязи, а также облегчает автоматизацию оборудования. Кроме того, частотные диапазоны, используемые для радиосвязи и вещания, переуплотнены сигналами одновременно работающих радиостанций, поэтому если частота передатчика отличается от разрешенного значения, то она может приблизиться к частоте другого передатчика, что вызовет помехи приему его сигналов.
Основные функциональные узлы радиопередатчика

Схема и конструкция радиопередатчика зависят от различных факторов: назначения, диапазона рабочих частот, мощности и т.д. Тем не менее можно выделить некоторые типовые блоки, которые однако имеются в большинстве передатчиков.

Структура передатчика (рис. 1) определяется его основными общими функциональными возможностями, к которым относятся:

—   получение высокочастотных колебаний требуемой частоты и мощности;

—   модуляция высокочастотных колебаний передаваемым сигналом;

—   фильтрация гармоник и прочих колебаний, частоты которых выходят за пределы необходимой полосы излучения и могут создать помехи другим радиостанциям;

—   излучение колебаний через антенну.

Рис.1 Функциональная схема радиопередатчика

Остановимся более подробно на требованиях к отдельным функциональным узлам радиопередатчика.

7.Конструкции антенн метровых, дециметровых и сантиметровых волн

В диапазоне УКВ используются преимущественно антенны, обладающие направленными свойствами хотя бы в одной плоскости.

При малой длине волны такие антенны получаются достаточно компактными, что дает возможность, не встречая больших технических трудностей, делать их вращающимися. Благодаря этому имеется возможность, получая большой выигрыш в мощности и уменьшая взаимные помехи радиостанций, осуществлять связь по любым желаемым направлениям.

Антенны указанных диапазонов можно разделить на две группы: вибраторные и поверхностные. В диапазоне метровых волн наиболее часто используются различные симметричные и несимметричные вибраторы.

Рассмотрим в качестве примера некоторые типы телевизионных антенн.

Самой простой телевизионной приемной антенной является дипольный вибратор (линейный полуволновой вибратор) (рис. 1, а), а наиболее удобным в конструктивном отношении — петлевой вибратор Пистолькорса (см. рис. 1, б).

Этот петлевой вибратор можно рассматривать как два полуволновых синфазных вибратора, расположенных на малом расстоянии друг от друга. В точке с вибратора располагаются пучность тока и узел напряжения, что соответствует режиму короткого замыкания. В точках Ь и d, отстоящих от с на 0,25Х, образуются узел тока и пучность напряжения. На зажимах антенны а не возникает пучность тока. Наличие узла напряжения в точке с позволяет крепить вибратор в этой точке к стреле или мачте непосредственно без изоляторов.

Описанные антенны обычно могут обеспечить качественный прием телевизионных передач на сравнительно небольших расстояниях от телецентра, так как они являются слабонаправленными (см. рис. 1, в). Для приема на больших расстояниях или при неудовлетворительных условиях приема на малых расстояниях применяются более сложные антенны, имеющие лучшую направленность.

В диапазоне MB в качестве направленных антенн большое распространение получили антенны типа «волновой канал». Антенна «волновой канал» (рис. 2) состоит из активного вибратора А, рефлектора Р и нескольких директоров Д1, Д2, Д3. Из приведенной на рис. 2, б диаграммы направленности видно, что коэффициент усиления этой антенны довольно высок и она не будет реагировать на помехи с других направлений. Принцип действия рефлектора и директора рассмотрен выше.

8.Антенны километровых и гектометровых волн

Километровые и гектометровые волны (длинные и средние) используются для радиосвязи, радиовещания, навигации и других целей.

На длинных и средних волнах земная поверхность имеет обычно хорошую проводимость. У поверхности же хорошего проводника электрическое поле может быть направлено только перпендикулярно его поверхности. Поэтому как передающие, так и приемные антенны для этих волн должны обладать развитой вертикальной частью. Для того чтобы антенна была резонансной и имела достаточно большие сопротивление излучения и коэффициент полезного действия (КПД), ее размеры должны приближаться, по крайней мере, к 0,25л, т.е. на длинных волнах (ДВ) ее высота должна быть равна нескольким сотням метров . Практически удается построить антенны (мачты) высотой не более 200…300 м. Поэтому на волнах длиннее 1000 м, как правило, приходится работать с антеннами длиной меньше резонансной. Вследствие этого входное сопротивление антенны имеет реактивную составляющую емкостного характера, для компенсации которой последовательно с антенной приходится включать катушку индуктивности (рис. 1, а). Эти катушки часто называют удлинительными (Ly). Сопротивление излучения у антенн с малой электрической длиной весьма мало. В то же время активное сопротивление удлинительных катушек довольно значительно. Поэтому сопротивление потерь в цепи антенны становится больше или того же порядка, что и сопротивление излучения, и КПД антенны получается довольно низким.

Рис.1 Устройство антенны длинных и средних волн: а-заземленный вибратор с удлинительной катушкой, б- Г-образная антенна, в- распределение тока в антенне с катушкой, г- распределение тока в Г-образной антенне, д- Т-образная антенна, е- зонтичная антенна

На средних волнах (СВ) при работе антенны в широком диапазоне частот может оказаться, что частота подводимых к ней колебаний ниже резонансной. В этом случае реактивная составляющая ее входного сопротивления имеет индуктивный характер, и для настройки антенны приходится применять конденсатор, который принято называть укорачивающим. В общем случае цепь настройки диапазонной антенны должна содержать как емкость, так и индуктивность.

Применение элементов настройки не изменяет сопротивления излучения антенны, которое определяется только ее электрической длиной, и поэтому при работе с короткими антеннами сопротивление излучения всегда невелико. Поэтому для получения большой мощности излучения в таких антеннах приходится возбуждать большие токи. Малое сопротивление излучения приводит также к тому, что резонансная характеристика антенны становится очень острой; вследствие этого антенна очень критична в настройке. Кроме того, при низком сопротивлении излучения приходится особенно тщательно выполнять заземление нижнего конца антенны, где проходит большой.

9.Особенности работы симметричного вибратора

Симметричный вибратор в качестве излучателя входит в состав многих антенн. В принципе симметричный вибратор можно представить как длинную линию, разомкнутую на конце, провода которой развернуты на 180°. Каждый элемент данной линии обладает определенной индуктивностью и емкостью между проводами (рис. 1).

Рис.1 Симметричный вибратор и его эквивалентная схема

Распространение гектометровых, километровых и мириаметровых волн

Для отражения гектометровых и более длинных волн от ионосферы требуется меньшая электронная концентрация, чем для отражения декаметровых волн. Гектометровые волны отражаются от слоя Е. При этом днем они очень сильно поглощаются слоем D и даже при больших мощностях передатчиков (сотни киловатт) дневной уровень поля на этих волнах оказывается ниже уровня помех. Прием ионосферной волны на гектометровых (средних) волнах возможен только ночью. Земная волна в этом диапазоне распространяется на большие расстояния, чем на коротких волнах, что позволяет обеспечить радиовещание на расстояниях около 300…400 км при мощности радиопередатчика около 100 кВт и при использовании передающих антенн высотой 100…200 м. Ночью помимо земной волны появляется ионосферная волна. Вследствие интерференции этих волн возникают замирания. Период замираний составляет несколько минут. Сравнительно большой период замираний на гектометровых волнах объясняется тем, что при большей длине волны требуется более сильное изменение высоты отражения в ионосфере для существенного изменения фазы ионосферной волны. Замирания могут иметь селективный характер. Для борьбы с замираниями применяют специальные антифединговые передающие антенны (замирания иногда называют федингом). Антифединговая антенна в отличие от элементарного вибратора имеет диаграмму направленности (ДН) в вертикальной плоскости, сильно прижатую к Земле (рис. 1.). Поэтому ионосферная волна принимает значительный уровень только на больших расстояниях от передатчика за пределами зоны, обслуживаемой земной волной, замирания в этой зоне устраняются. Ночью, когда исчезает слой D, гектометровые волны могут быть приняты на больших расстояниях от радиопередатчика за счет ионосферного распространения. При этом многолучевость приводит к замираниям сигнала.

Рис.1 Диаграммы направленности вертикального вибратора (штриховая линия) и антифединговой антенны (сплошная линия)

Особенностью распространения ионосферных волн в гектометровом диапазоне являются нелинейные эффекты, возникающие в ионосфере. Нелинейность ионосферы проявляется в том, что ее параметры — диэлектрическая проницаемость и удельная проводимость — зависят от амплитуды распространяющейся в ионосфере волны. Практически необходимо учитывать нелинейный эффект, заключающийся в перекрестной модуляции радиоволн. Перекрестная амплитудная модуляция возникает в том случае, когда две амплитудно-модулированные волны различных станций отражаются от одной области ионосферы. При этом более мощное поле изменяет поглощение в ионосфере в такт с амплитудной модуляцией: при большей амплитуде поглощение возрастает, при меньшей — падает. Это изменяет поглощение другой волны в ионосфере, что приводит к ее дополнительной модуляции, от которой в приемном устройстве избавиться невозможно. Возможность возникновения перекрестной модуляции необходимо учитывать при размещении радиостанций гектометровых волн и при выборе их мощности.

10.Общие схемы организации радиосвязи

Система передачи информации, в которой сигналы электросвязи передаются посредством радиоволн в открытом пространстве, называется радиосистемой. Радиосистемы подразделяются на радиолинии и радиосети.

По способу организации радиолиний различают одностороннюю и двустороннюю радиосвязь. Радиосвязь, при которой одна из радиолиний осуществляет только передачу, а другая — только прием, называется односторонней. Односторонняя радиосвязь, при которой радиопередачу одной (основной) радиостанции могут принимать одновременно несколько корреспондентов, называется циркулярной. Примерами односторонней циркулярной передачи сообщений являются системы оповещения, службы передачи сообщений из пресс-центров редакциям газет, журналов и т.д. Сети телевизионного и звукового вещания также представляют собой типичные образцы циркулярного способа организации радиосвязи. При этом радиопередающая станция, среда распространения радиосигналов (открытое пространство) и каждое радиоприемное устройство, находящееся в зоне действия станции, образуют одностороннюю радиолинию, а совокупность таких радиолиний — сеть радиовещания.

Двусторонняя радиосвязь предполагает возможность передачи и приема информации каждой радиостанцией. Для этого нужны два комплекта оборудования односторонней связи, т.е. в каждом пункте надо иметь и передатчик и приемник. Двусторонняя связь может быть симплексной и дуплексной (рис. 1). При симплексной радиосвязи передача и прием на каждой радиостанции ведутся поочередно. Радиопередатчики в конечных пунктах линии связи в этом случае работают на одинаковой частоте, на ту же частоту настроены и приемники. 

Рис.1 Функциональные схемы организации двусторонней радиосвязи: а-симплексная радиосвязь, б-дуплексная связь 

При дуплексной радиосвязи радиопередача осуществляется одновременно с приемом. Для каждой дуплексной линии радиосвязи должны быть выделены две разные частоты. Это делается для того, чтобы приемник принимал сигналы только от передатчика с противоположного пункта и не принимал сигналы собственного радиопередатчика. Радиопередатчики и радиоприемники обоих корреспондентов дуплексной радиосвязи включены в течение всего времени работы линии радиосвязи. 

Симплексная связь используется, как правило, при наличии относительно небольших информационных потоков. Для систем передачи с большой информационной нагрузкой характерна дуплексная связь. 

Если необходимо иметь радиосвязь с большим числом корреспондентов, то организуется радиосеть (рис. 2). В этом случае одна радиостанция, называемая главной, может передавать сообщения как для одного, так и для нескольких подчиненных корреспондентов. Ее радист-оператор контролирует режим работы в радиосети и непосредственно устанавливает очередность на передачу подчиненных станций. Последние при соответствующем разрешении могут обмениваться информацией не только с главной радиостанцией, но и между собой. Этот вариант организации радиосети может быть построен на основе как сложного симплекса (см. рис. 2, а), так и сложного дуплекса (см. рис. 2, б). В первом случае возможно использование радиостанций (радиопередатчиков), работающих на одной (общей) радиоволне (частоте). Во втором» случае главная радиостанция ведет передачу на одной частоте, а принимает на нескольких (по числу подчиненных радиостанций). 

Рис.2 Функциональные схемы организации радиосети: а-сложный симплекс, б-сложный дуплекс 

Любая радиолиния передачи информации (связная, звукового или телевизионного вещания) содержит на концах радиопередающие и радиоприемные устройства, снабженные антеннами. Передающая антенна излучает электрический сигнал передатчика в виде радиоволны. Приемная антенна улавливает радиоволну, и с ее выхода электрический сигнал поступает на вход приемника. Линии передачи электромагнитной энергии, соединяющие антенну с радиопередатчиком или с приемником, называются фидерами. Антенно-фидерные устройства — очень важные элементы линии радиосвязи. На практике очень часто применяются антенны, обладающие направленным действием. При передаче направленная антенна излучает энергию радиоволн в определенном направлении. Чем больше направленность антенны, тем при меньшей мощности передатчика возможна радиосвязь. Приемные направленные антенны увеличивают отношение сигнал-помеха на входе приемного устройства, что также позволяет уменьшить необходимую мощность радиопередатчика. 

Успешная работа радиолиний зависит не только от конструктивных особенностей и качества изготовления радиоаппаратуры. При сооружении и эксплуатации радиолиний необходимо учитывать особенности распространения радиоволн на пути от передающей до приемной антенны. Эти особенности различны в зависимости от диапазона частот. Деление радиоволн на диапазоны в соответствии с Регламентом радиосвязи приведено в табл. 1. Радиоволны на радиолиниях распространяются в естественных условиях, а эти условия разнообразны и непостоянны. Прежде всего необходимо учитывать, что Земля круглая. На пути от передающей до приемной антенны радиоволны должны обогнуть выпуклость Земли. 

Таблица 1. Классификация деления радиоволн на диапазоны 

Сами по себе электромагнитные колебания информации не несут. Для передачи информации необходимо на электромагнитные колебания наложить отпечаток сообщения, т.е. использовать высокочастотные электромагнитные колебания лишь в роли переносчика сообщения, содержащего информацию. С этой целью нужно изменять один или несколько параметров несущего колебания (например, амплитуду, частоту, фазу и другие параметры) в соответствии с изменениями сообщения. Тогда получается высокочастотное колебание с меняющимися во времени параметрами по закону передаваемого сообщения. Рассмотренный процесс называется модуляцией. 

Таким образом, всякое радиопередающее устройство должно состоять из генератора электрических колебаний, подключенного к передающей антенне, и модулятора, с помощью которого осуществляется модуляция. 

В приемном пункте должно находиться устройство, преобразующее энергию электромагнитных волн в энергию электрических колебаний, т.е. приемная антенна. Антенна улавливает электромагнитные волны, излучаемые разными передатчиками, работающими на различных частотах. Чтобы принимать сигналы только одной станции, необходимо иметь избирательное устройство, способное выделить из колебаний различных частот только те колебания, которые передаются нужной радиостанцией. Для решения этой задачи используются электрические колебательные контуры, настраиваемые на частоту принимаемой радиостанции. 

Выделенные с помощью колебательного контура высокочастотные колебания нужно подвергнуть обратному преобразованию, т.е. получить из них токи или напряжения, изменяющиеся в соответствии с законом модуляции электрических колебаний в радиопередатчике. Для решения этой задачи приемник должен иметь специальное устройство, которое называется детектором. 

Наконец, выделенный сигнал нужно подать на некоторое оконечное устройство, которое запишет его или позволит человеку воспринимать его в виде звука или света (изображения). 

11.Излучение радиоволн 

 Излучение радиоволн — процесс возбуждения бегущихэлектромагнитных волн радиодиапазона в пространстве, окружающем источник колебаний тока или заряда.При этом энергия источника преобразуется в энергию распространяющихся в пространствеэлектромагнитных волн. Приём радиоволн является процессом, обратным процессу излучения. Он состоит впреобразовании энергии электромагнитных волн в энергию переменного тока. И. и п. р. осуществляются спомощью передающих и приёмных антенн (См. Антенна).

         Излучение радиоволн. Источником первичных электрических колебаний могут быть переменные токи,текущие по проводникам, переменные поля и т. п. Однако переменные токи относительно низкой частоты(например, промышленной частоты 50 гц) для излучения непригодны: на этих частотах нельзя создатьэффективный излучатель. Действительно, если электрические колебания происходят, например, в катушкеиндуктивности, размеры которой малы по сравнению с длиной волны λ, соответствующей частоте колебанийтока, текущего в катушке, для каждого участка с одним направлением тока, например А (рис. 1), существуетдругой участок В, удалённый от А на расстояние, меньшее, чем λ/2, в котором в тот же момент временинаправление тока противоположно. На больших расстояниях от витка волны, излученные элементами А и В,ослабляют друг друга. Так как виток состоит из таких пар противофазных элементов, то он, а следовательновся катушка, излучает плохо. Также плохо излучает Колебательный контур, содержащий катушкуиндуктивности и конденсатор. В каждый момент времени заряды на обкладках конденсатора равны повеличине, противоположны по знаку и удалены друг от друга на расстояние, значительно меньшее, чем λ/2.

         Из сказанного следует, что для эффективного излучения радиоволн необходима незамкнутая (открытая)цепь, в которой либо нет участков с противофазными колебаниями тока или заряда, либо расстояние междуними не мало по сравнению с λ/2. Если размеры цепи таковы, что время распространения измененийэлектромагнитного поля в ней сравнимо с периодом колебаний тока или заряда (скорость распространениявозмущений конечна), то условия квазистационарности не выполняются (см. Квазистационарный процесс) ичасть энергии источника уходит в виде электромагнитных волн. Для практических целей обычно применяютэлектромагнитные волны с λ < 10 км.

         Излучатели. Простейший излучатель радиоволн состоит из двух отрезков А и В прямолинейногопроводника, присоединённых к концам OO' двухпроводной линии, вдоль которой распространяетсяэлектромагнитная волна (рис. 2). В отрезках А и В под действием электрического поля волны возникаетдвижение зарядов, т. е. переменный ток. В каждый момент времени заряды в точках О и О' равны повеличине и противоположны по знаку, т. е. отрезки А и В образуют электрический диполь, что определяетконфигурацию создаваемого им электрического поля. С другой стороны, токи в отрезках А и В совпадают понаправлению, поэтому силовые линии магнитного поля, как и в случае прямолинейного тока, — окружности(рис. 3). Таким образом, в пространстве, окружающем диполь, возникает электромагнитное поле, в которомполя Е и Н перпендикулярны друг другу. Электромагнитное поле распространяется в пространстве, удаляясьот диполя (рис. 4).

         Волны, излучаемые диполем, имеют определённую поляризацию. Вектор напряжённостиэлектрического поля Е волны в точке наблюдения О (рис. 3) лежит в плоскости, проходящей через диполь ирадиус-вектор r, проведённый от центра диполя к точке наблюдения. Вектор магнитного поля Нперпендикулярен этой плоскости.

         Переменное электромагнитное поле возникает во всём пространстве, окружающем диполь, ираспространяется от диполя во всех направлениях. Диполь излучает сферическую волну, которую набольшом расстоянии от диполя можно считать плоской (локально-плоской). Однако амплитудынапряжённостей электрического и магнитного полей, создаваемых диполем, а следовательно и излучаемаяэнергия, в разных направлениях различны. Они максимальны в направлениях, перпендикулярных диполю, ипостепенно убывают до нуля вдоль оси диполя. В этом направлении диполь практически не излучает.Распределение излучаемой мощности по различным направлениям характеризуется диаграммойнаправленности. Пространственная диаграмма направленности диполя имеет вид тороида (рис. 5)

         Полная мощность, излучаемая диполем, зависит от подводимой мощности и соотношения между егодлиной l и длиной волны λ. Для того чтобы диполь излучал значительную долю подводимой к нему мощности,его длина не должна быть мала по сравнению с λ/2. С этим связана трудность излучения очень длинныхволн. Если l подобрано правильно и потери энергии на нагрев проводников диполя и линии малы, топреобладающая доля мощности источника тратится на излучение. Таким образом, диполь являетсяпотребителем мощности источника, подобно включенному в конец линии активному сопротивлению,потребляющему подводимую мощность. В этом смысле диполь обладает сопротивлением излучения Rи,равным тому активному сопротивлению, в котором потреблялась бы такая же мощность.

         Описанный выше диполь является простейшей передающей антенной и называется симметричнымвибратором. Впервые такой вибратор использовал Г. Герц (1888) в опытах, обнаруживших существованиерадиоволн. Электрические колебания в диполе Герца (см. Герца вибратор) возбуждались с помощьюискрового разряда — единственного известного в то время источника электрических колебаний. Наряду ссимметричным вибратором применяется (для более длинных волн) несимметричный вибратор (рис. 6),возбуждаемый у основания и излучающий равномерно в горизонтальной плоскости.

         Наряду с проволочными антеннами (проволочными вибраторами) существуют и другие видыизлучателей радиоволн. Широкое применение получила магнитная антенна. Она представляет собойстержень из магнитного материала с высокой магнитной проницаемостью μ, на который намотана катушка изтонкого провода. Силовые линии магнитного поля магнитной антенны повторяют картину силовых линийэлектрического поля проволочного диполя (рис. 7, а, б), что обусловлено принципом двойственности.

         Если в стенках Радиоволновода или объёмного резонатора (См. Объёмный резонатор), где текутпеременные поверхностные токи сверхвысоких частот, прорезать щель так, чтобы она пересекланаправление тока, то распределение токов резко искажается, экранировка нарушается и электромагнитнаяэнергия излучается наружу. Распределение полей щелевого излучателя подобно распределению полеймагнитной антенны. Поэтому щелевой излучатель называется магнитным диполем (рис. 7, в, г; см. такжеЩелевая антенна). Диаграмма направленности магнитного и щелевого излучателей, так же как иэлектрического диполя, представляет собой тороид.

         Более направленное излучение создают антенны, состоящие из нескольких проволочных или щелевыхизлучателей. Это — результат интерференции радиоволн (См. Интерференция радиоволн), излучаемыхотдельными излучателями. Если токи, питающие их, имеют одинаковые амплитуду и фазу (равномерноесинфазное возбуждение), то на достаточно далёком расстоянии в направлении, перпендикулярномизлучающей поверхности, волны от отдельных излучателей имеют одинаковые фазы и дают максимумизлучения. Поле, созданное в других направлениях, значительно слабее. Некоторое увеличениенапряжённости поля имеет место в тех направлениях, где разность фаз волн, приходящих от крайнихизлучателей, равна (n + 1) π/2, где n — целое число. В этом случае сечение диаграммы направленностиплоскостью содержит ряд лепестков (рис. 8), наибольший из которых называется главным и соответствуетмаксимуму излучения, остальные называются боковыми.

         В современной антенной технике применяются антенные решётки, содержащие до 1000 излучателей.Поверхность, на которой они расположены, называется апертурой (раскрывом) антенны и может иметьлюбую форму. Задавая различное распределение амплитуд и фаз токов на апертуре, можно получитьлюбую форму диаграммы направленности. Синфазное возбуждение излучателей, образующих плоскуюрешётку, позволяет получить очень высокую направленность излучения, а изменение распределения тока наапертуре даёт возможность изменять форму диаграммы направленности.

         Для повышения направленности излучения, которое характеризуется шириной главного лепестка,необходимо увеличивать размеры антенны. Связь между шириной главного лепестка θ, наибольшимразмером апертуры L и излучаемой длиной волны λ определяется формулами:

        для синфазного возбуждения и

        если излучатели расположены вдоль некоторой оси, а сдвиг фаз в них подобран так, что максимумизлучения направлен вдоль этой оси (рис. 9). С — постоянные, зависящие от распределения амплитудытоков по апертуре.

         Если радиоволновод постепенно расширяется к открытому концу в виде воронки или рупора (рис. 10),то волна в волноводе постепенно преобразуется в волну, характерную для свободного пространства. Такаярупорная антенна даёт направленное излучение.

         Очень высокая направленность излучения (до долей градуса на дециметровых и более короткихволнах) достигается с помощью зеркальных и линзовых антенн. В них благодаря процессам отражения ипреломления сферический фронт волны, излучаемой электрическим или магнитным диполем либорупорным излучателем, преобразуется в плоский. Однако из-за дифракции (См. Дифракция) волн в этомслучае диаграмма также имеет главный и боковые лепестки направленности. Зеркальная антенна (См.Зеркальные антенны) представляет собой металлическое зеркало 1, чаще в виде части параболоидавращения или параболического цилиндра, в фокусе которого находится первичный излучатель (рис. 11).Линзы для радиоволн представляют собой трёхмерные решётки из металлических шариков, стерженьков ит.п. (искусственные диэлектрики) или набор прямоугольных волноводов.

         Приём радиоволн. Каждая передающая антенна может служить приёмной. Если на электрическийдиполь действует распространяющаяся в пространстве волна, то её электрическое поле возбуждает в диполеколебания тока, которые затем усиливаются, преобразуются по частоте и воздействуют на выходныеприборы. Можно показать, что диаграммы направленности диполя в режимах приёма и передачи одинаковы,т. е. что диполь принимает лучше в тех направлениях, в которых он лучше излучает. Это является общимсвойством всех антенн, вытекающим из принципа взаимности: если расположить две антенны —передающую А и приёмную В — в начале и в конце линии радиосвязи, то генератор, питающий антенну А,переключенный в приёмную антенну В, создаёт в приёмном устройстве, переключенном в антенну А, такойже ток, какой, будучи включенным в антенну А, он создаёт в приёмнике, включенном в антенну В. Принципвзаимности позволяет по свойствам передающей антенны определить её характеристики как приёмной.

         Энергия, которую диполь извлекает из электромагнитной волны, зависит от соотношения между егодлиной l, длиной волны λ и углом ψ между направлением v прихода волны и диполем. Существен также уголφ между направлением вектора электрической волны и диполем (рис. 12). Наилучшие условия приёма, приφ = 0. При φ = π/2 электрический ток в диполе не возбуждается, т. е. приём отсутствует. Если же 0 < φ < π/2,то очевидно, что энергия, извлекаемая приёмной антенной из поля Излучение и приём радиоволн (Ecos φ)2.Иными словами, эта энергия связана с поляризацией приходящей волны. Из сказанного выше следует, что вслучае излучающего и принимающего диполей для наилучших условий приёма необходимо, чтобы обадиполя лежали в одной плоскости и чтобы приёмный диполь был перпендикулярен направлениюраспространения волны. При этом приёмный диполь извлекает из приходящей волны столько энергии,сколько несёт с собой эта волна, проходя через сечение в форме квадрата со стороной равной

         Шумы антенны. Приёмная антенна всегда находится в таких условиях, когда на неё, кроме полезногосигнала, воздействуют шумы. Воздух и поверхность Земли вблизи антенны, поглощая энергию, в соответствиис Рэлея — Джинса законом излучения (См. Рэлея - Джинса закон излучения) создают электромагнитноеизлучение. Шумы возникают и за счёт джоулевых потерь в проводниках и диэлектриках подводящихустройств.

         Все шумы внешнего происхождения описываются так называемой шумовой, или антенной,температурой TA. Мощность Рш внешних шумов на входе антенны в полосе частот Δν приёмника равна:

         Рш =k TA Δν

        (k — Больцмана постоянная). На частотах ниже 30 Мгц преобладающую роль играют атмосферныешумы. В области сантиметровых волн решающий вклад вносит излучение поверхности Земли, котороепопадает в антенну обычно за счёт боковых лепестков её диаграммы направленности. Поэтому дляслабонаправленных антенн антенная температура, обусловленная Землёй, высока; она может достигать 140—250 К; у остронаправленных антенн она составляет обычно 50—80 К, а специальными мерами её можноснизить до 15—20 К.

        Рис. 1. Виток катушки индуктивности.

        Рис. 2. Электрический диполь.

        Рис. 3. Структура электрического Е и магнитного H полей вблизи диполя: пунктир — силовые линииэлектрического поля; тонкие линии — силовые линии магнитного поля; О — точка наблюдения.

        Рис. 4. Мгновенные картины электрических силовых линий вблизи диполя для промежутков времени,отстоящих друг от друга на 1/8 периода Т колебаний тока.

        Рис. 5. Пространственная диаграмма направленности электрического диполя.

        Рис. 6. Несимметричный вибратор; Г — генератор электрических колебаний.

        Рис. 7. Сопоставление электрического диполя (а), магнитного (6) и щелевого (в, г) излучателей; 1 —проводник с током; 2 — стержень из материала с высокой магнитной проницаемостью; 3 — металлическийэкран, в котором прорезана щель; 4 — проводники, идущие от генератора высокочастотных электрическихколебаний; 5 — силовые линии электрического поля; 6 — силовые линии магнитного поля.

        Рис. 8. Сечение диаграммы направленности антенны плоскостью.

        Рис. 9. Принцип действия антенны, излучающей вдоль оси системы диполей; S — путь, пройденныйволной, на котором отставание фазы компенсируется опережением фазы излучающего тока.

        Рис. 10. Cxeмa рупорного излучателя. Стрелками показаны силовые линии электрического поля; точки -силовые линии магнитного поля, перпендикулярные плоскости рисунка, выходящие из его плоскости(крестики — уходящие за плоскость).

        Рис. 11. Схема зеркальной антенны: 1 — параболический отражатель; 2 — волновод, соединяющийдвухщелевой излучатель 3 с генератором; 4 — образуемый излучателем сферический фронт волны; 5 —плоский фронт волны после отражения от зеркала.

        Рис. 12 к ст. Излучение и приём радиоволн.

12.Литература

1. Марков Г.Т., Сазнов Д,М,; Энергия, 1975.
2. Долуханов М.П. Распространение радиоволн. М.:Сов. Радио, 1965.
3. Мамчев Г.В. Основы радиосвязи и телевидения. Учебное пособие для вузов. М.:Горячая линия- Телеком,2007.
4. Айзенберг Г.З. Антены ультрокоротких волн. М.: Связь, 1977.
5. Лавров А.С., РезниковГ.Б. Антенно-федеральные устройства. М.:Сов. Радио, 1974.
6. Красюк Н.П. Электродинамика и распространение радиоволн.М.: Высш.шк., 1974
7. Черный Ф.Б. Распространение радиоволн. М.:Сов. Радио, 1972.