основы РАДИОСВЯЗИ

РАДИОВОЛНЫ

При разговоре человек производит звуковые колебания сложной формы, которые улавливаются ухом собеседнико. Небольшая мощность этих колебаний, а также сильное затухание звука в воздухе делают невозможным разговор при расстоянии между собеседниками более нескольких десятков метров.

Радиосвязь подразумевает передачу полезного сигнала на большое расстояние с помощью радиоволн. Радиоволны - это электромагнитные волны, в которых неразрывно связаны электрическая и магнитная составляющие. Электромагнитную волну условно можно представить в виде двух синусоид, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях (рис.2.1). Одна синусоида изображает изменение электрической составляющей волны, а другая магнитной.

Рис. 2.1.

Электромагнитные волны используются для связи благодаря двум замечательным свойствам. Во-первых, это большая скорость распространения: 300 ООО километров в секунду в пустоте и практически столько же в воздухе. Во-вторых, это относительно небольшое затухание при распространении в пустоте и атмосфере. Антенна, подключенная к передатчику, распространяет во все стороны невидимые радиоволны. А антенна, подключенная к приемнику, принимает эти волны. Волны, идущие от передающей антенны

к приемной, могут нести на себе звуки музыки, речь, телевизионное изоброжение, знаки азбуки Морзе или другой импульсный код.

В СиБи радиосвязи полезным сигналом является голос оператора радиостанции. Звуковые колебания преобразуются микрофоном в электрические колебания, которые повторяют форму звуковых. Чем лучше параметры микрофона, тем точнее электрический сигнал повторяет форму звукового. Сигнал сложной формы можно представить в виде суммы синусоидальных (или гармонических) сигналов. Для представления речи достаточно спектра частот от 300 Гц до 3000 Гц. При этом речь остается достаточно розборчивой. Однако непосредственно излучать волны такой длины технически невозможно. Зная скорость распространения радиоволн и частоту колебаний, можно рассчитать длину волны по формуле:

Lw-C/F,

где - длина волны;

С- скорость распространения радиоволн (300 ООО км/сек); F- частота колебаний.

Для звуковых частот длина радиоволны составляет от 100 км до 1000 км. Антенна же может излучать радиоволны в пространство только в том случае, когда ее размеры соизмеримы с длиной излучаемых волн. Но даже если создать такие огромные антенны, вопрос все равно не будет решен, так как приемник будет принимать все одновременно работающие радиостанции. Для преодоления этих проблем придуман другой способ радиосвязи, который позволяет настроить приемник на одну из множества радиостанций и не требует использования огромных антенн. Этот способ основан на передаче сигналов с использованием несущей волны. В СиБи радиосвязи используются несущие радиоволны с длиной около 11 метров. Соответственно самые большие антенны для СиБи не превышают этой величины.

ВИДЫ МОДУЛЯЦИИ

Для организации радиосвязи в СиБи диапазоне используется амплитудная, частотная и однополосная модуляция. Разберемся сначала, для чего вообще нужна модуляция. Когда вы нажимаете тангент/ радиостанции, то происходит переключение в режим передачи. При этом в эфир излучается немодулированный сигнал с частотой, соответствующей выбранному каналу. Этот сигнал способен распространяться на большие расстояния, но

пока этот сигнал не изменяется во времени, то он не несет никакой полезной информации. Для передачи информации высокочастотный сигнал (который также называют "несущей" частотой или просто "несущей") модулируют полезным сигналом. Модуляция подразумевает изменение параметров несущего сигнала по закону изменения полезного сигнала. Нас будут интересовать два параметра несущего сигнала - его частота и амплитуда. Управляя частотой и амплитудой, мы получим соответственно частотную и амплитудную модуляцию. Рисунок 2.2 поясняет принцип амплитудной модуляции.

27000КНЖ Г

26999 КНж I 4

27000 КНж I 27001 КНж

Рис. 2.2.

Амплитудная модуляция характеризуется глубиной модуляции. Обычно глубина модуляции измеряется в процентах (от 0% до 100%). При глубине модуляции 0% модуляция отсутствует, при 100% глубине модуляции несущий сигнал изменяется от максимального значения до 0. Типичным значением для СиБи станций является глубина модуляции 90%. При меньших значениях уменьшается дальность связи, а при больших возникают сильные искажения передаваемого речевого сигнала. Модуляция несущего сигнала приводит к появлению в эфире дополнительных сигналов - так называемых боковых полос. При модуляции несущей гармоническим сигналом появляются два сигнала. Частота этих сигналов равняется частоте несущей плюс минус частота модулирующего сигнала. Спектр речевого сигнала лежит в диапазоне от 300 Гц до 3,4 КГц, поэтому амплитудно-модулированный сигнал будет иметь спектр, показанный на рис.2.3.

I-11-I

f-3,4 f-0,3 f+0,3 f+3.4

Рис. 2.3.

Как видно из рисунка, общая полоса частот, занимаемая амплитудно-мо-дулированным сигналом, составляет около 6 КГц. Каналы в СиБи распределены с шагом 10 КГц, и, с первого взгляда, может показаться, что 4 КГц в кождом из каналов используется неэффективно. Это, однако, не так. Эти 4 КГц образуют так называемый защитный интервал, благодаря которому помехи из одного канала не проникают в другой. Голос человека, кроме основных тонов, лежащих в диапазоне частот 300 Гц-3 КГц, имеет еще и гармоники, частоты которых выше 3 КГц. Эти частоты при передаче фильтруются, однако полностью подавить их не удается. Кроме того, фильтры в приемнике не являются идеальными и частично пропускают сигналы вне полосы 6 КГц. Наличие защитного интервала обеспечивоет работу радиостанций на соседних каналах без взаимных помех. Амплитудная модуляция применяется не только в СиБи диапазоне. Она применяется в радиовещании на длинных, средних и коротких волнах. Передача изображения в телевидении также осуществляется с помощью амплитудной модуляции.

При частотной модуляции несущая частота не остается неизменной, как при амплитудной модуляции. Значение несущей частоты меняется в соответствии с изменением звукового сигнала. Чем сильнее звуковой сигнал, тем больше несущая частота отклоняется от своего номинального значения. Максимальное отклонение частоты от номинала называется девиацией частоты. Отношение значения девиации к частоте модулирующего сигнала называется индексом модуляции. При значении индекса больше единицы частотная модуляция называется широкополосной. Широкополосная частотная модуляция используется в радиовещании на ультракоротких волнах и отличается высоким качеством передаваемого звука и значительно более широким, чем при AM спектром сигнала. При значении индекса меньше единицы частотная модуляция называется узкополосной. Именно узкопо-

5323902353532348485353232323232348484848232353

лосная частотная модуляция используется в СиБи. Девиация частоты в СиБи аппаратуре установлена около 1,8 КГц. Индекс модуляции при этом составляет около 0,5. Узкополосная частотная модуляция обеспечивает ширину спектра сигнала, близкую к ширине спектра амплитудной. Увеличение девиации свыше установленной приводит к расширению полосы излучаемых передатчиком частот и появлению помех в соседних каналах. Рисунок 2.4 поясняет принцип частотной модуляции.

2T000KHZ F

27000КНЖ F

Рис.2.4.

Амплитудная и узкополосная частотная модуляция, в конечном счете, дают примерно одинаковые результаты. Примерное равенство этих видов модуляции подтверждает тот факт, что в США используется амплитудная модуляция, а в Европе, в соответствии со стандартом СЕРТ, используется частотная модуляция. Однако при наличии сильных импульсных помех и при приеме сигналов на уровне шумов частотная модуляция может оказаться более предпочтительной, так как при ее использовании такие помехи лучше подавляются.

Кроме описанных амплитудной и частотной модуляции, в СиБи радиостанциях используется однополосная модуляция (SSB). Однополосная модуляция представляет собой усовершенствованную амплитудную модуляцию. Как показано на рис.2.5, спектр амплитудно-модулированного сигнала состоит из несущей частоты и двух боковых полос.

Сигнал несущей не несет полезной информации, и поэтому его можно не передавать. Однако для выделения звукового сигнала в приемнике должен использоваться сигнал с частотой несущей. Поэтому несущий сигнал, на передачу которого тратится основная мощность передатчика, искусственно создается в приемнике. При проведении любительской связи для этого

(-Ili-I

Рис.2.5.

достаточно использовать стабильный генератор. При этом, однако, становится необходимой довольно точная настройка на частоту корреспондента, но зато вся мощность передатчика будет направлена на передачу полезного сигнала - верхней и нижней боковой полосы. Спектр сигнала при амплитудной модуляции с подавленной несущей изображен на рис.2.6.

I-1 I-\ .

f-0,3 r*C,3 f»3.4

Рис 2.6.

Каждая из боковых полос несет в себе полную информацию о модулирующем сигнале. Поэтому для осуществления связи достаточно передать и принять одну из боковых полос. В этом случае вся мощность передатчика расходуется наиболее эффективно, и, кроме того, вдвое уменьшается полоса частот, занимаемая передаваемым сигналом. Спектральный состав однополосного сигнала показан на рис.2.7.

♦ ft t F СКНХ>

f-»,4 f-0,3 f+0,3 f*3.4

Рис 2.7.

Как видно из рисунка, в одном частотном канале могут работать сразу две пары радиостанций. 40-канальная радиостанция при использовании однополосной модуляции становится 80-канальной. Более узкая полоса излучения передатчика позволяет сделать и более узкой полосу пропускания приемника, что приводит к снижению уровня шумов и улучшению чувствительности при заданном уровне сигнал/шум.