2014-02-02
1182Периодический закон и периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. Развитие научных знаний о периодическом законе и периодической системе химических элементов Д. И. Менделева
Современные представления о периодическом законе и периодической системе
В 1871 г. Д. И. Менделеев сформулировал открытый им закон: «Свойства простых тел, также формы и свойства соединений элементов, находятся в периодической зависимости (или, выражаясь алгебраически, образуют периодическую функцию) от величины атомных весов элементов».
Детальное изучение строения атомов показало, что периодичность свойств элементов обусловлена точнее не атомной массой, а электронным строением атомов. Электронное строение атома в основном состоянии определяется числом электронов в атоме, которое равно положительному заряду ядра. Поэтому в современной формулировке периодический закон звучит так: Свойства элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от величины заряда ядра их атомов.
Наиболее удобным для изображения периодического закона оказался графический способ, в частности табличный – в виде периодической системы химических элементов.
Наиболее распространенная короткопериодная форма системы состоит из 8-ми групп и 7-ми периодов. Семейства лантаноидов и актиноидов вынесены под таблицу. Группы состоят из главной (А) и побочной (B) подгрупп.
Каждый химический элемент в периодической системе имеет порядковый номер, он равен заряду ядер его атомов (числу протонов). В этом – физический смысл порядкового номера, впервые раскрытый голландским физиком Антониусом Йоганнесом Ван-ден-Бруком (1913 г.) и подтвержденный экспериментально английским физиком Генри Джефрисом Мозли (1914 г.).
Периодом называют горизонтальную последовательность элементов, начинающуюся со щелочного металла и заканчивающуюся элементом 8а группы (благородным газом).
В современной периодической системе вне зависимости от ее форм имеется 7 периодов. Все известные химические элементы распределяются по периодам следующим образом: в первом – 2; во II-м и III-м – по 8; в IV-м и V-м – по 18; в VI-м и VII-м – по 32. VII-ой период является незаконченным, он пока обрывается на 110-м элементе. Порядок формирования периодов связан с постепенным заполнением энергетических подуровней электронами.
Номер периода равен номеру внешнего электронного слоя атомов. В этом – физический смысл номера периода.
Группой элементов называют вертикальную совокупность элементов, обладающих однотипной электронной конфигурацией и определенным химическим сходством. Это – наиболее заметная и важная закономерность в периодической системе.
Номер группы равен числу электронов на внешнем электронном слое атомов (для элементов главных подгрупп, кроме Не) и высшей валентности элементов (кроме Не, N, О, F, Ne). В этом – физический смысл номера группы.
Положение в периодической системе водорода
Химический знак водорода помещают и в главную подгруппу I-ой группы, и в главную подгруппу VII-ой группы, так как:
1. У атома водорода 1 s-электрон на внешнем (и единственном) слое, что аналогично атомам щелочных металлов.
В водном растворе в результате гидратации иона Н+ образуется ион Н3О+. Щелочные металлы в водных растворах также образуют однозарядные гидратированные катионы.
Простое вещество водород – восстановитель, как и щелочные металлы.
2. Молекулы водорода двухатомные. Простое вещество водород может проявлять и окислительные свойства, например: 2К + Н2 ® 2КН. Это похоже на галогены.
Для завершения внешнего (и единственного) электронного слоя атому Н, как и атомам галогенов, необходим 1 е.
Периодическое изменение свойств элементов
1. Строение атомов. В периодах увеличивается число электронов на внешнем электронном слое от 1 до 8, а в группах увеличивается число электронных слоев в атомах.
2. Радиусы атомов в пределах периода уменьшаются, так как при одинаковом числе электронных слоев возрастает заряд ядра и, следовательно, притяжение к нему электронов. В группах радиусы атомов увеличиваются при переходе от элементов с меньшим порядковым номером к элементам с большим порядковым номером, так как возрастает число электронных слоев.
3. Энергия ионизации Еi – энергия, необходимая для отрыва электрона от атома. Энергии ионизации являются важными характеристиками атомов, так как определяют характер и прочность химической связи, восстановительные свойства атомов (чем < Еi, тем легче атом отдает электрон).
У атомов одной и той же подгруппы периодической системы с увеличением заряда ядра энергии ионизации уменьшаются, что связано с возрастанием радиусов атомов и уменьшением эффективного заряда ядра вследствие увеличения числа промежуточных электронных слоев, расположенных между ядром и внешними электронами (экранирования ядра). У элементов одного и того же периода при переходе от щелочного металла к благородному газу заряд ядра постепенно возрастает, а радиус атома уменьшается, поэтому энергия ионизации постепенно увеличивается.
4. Сродство к электрону – энергия, выделяющаяся при присоединении электрона к атому. В периодах сродство к электрону увеличивается с ростом заряда ядра, а в группах – уменьшается.
5. Электроотрицательность – способность атома присоединять электроны. В начале каждого периода находятся элементы с наиболее низкой электроотрицательностью, в конце периода (перед благородными газами) – с наивысшей. У элементов одной и той же подгруппы электроотрицательность с ростом заряда ядра проявляет тенденцию к уменьшению. Таким образом, наиблее электроотрицательные элементы находятся в правом верхнем углу периодической системы, а наименее – в левом нижнем.
6. Степени окисления закономерно изменяются при переходе от одного элемента к другому в периодической системе. Высшая степень окисления элементов в группе обычно равна номеру группы, а значит, в периодах высшая степень окисления растет (кроме элементов II-го периода). В главных подгруппах при увеличении порядкового номера обычно становятся более устойчивыми низкие степени окисления, в побочных – наоборот.
Закономерности изменения свойств простых веществ по периодической системе
1. Строение кристаллических решеток. Металлам присуща металлическая решетка, неметаллам – либо молекулярная, либо атомная.
Атомными решетками обладают очень немногие из неметаллов: В, С, Si. В такой решетке атомы связаны друг с другом прочными ковалентными связями. Отсюда высокие, как правило, температуры плавления и кипения, твердость (и хрупкость), нерастворимость в обычных растворителях. Классический пример – алмаз.
Все остальные неметаллы обладают молекулярными решетками. В них молекулы связаны силами Ван дер Ваальса[1]. Отсюда низкие, как правило, температуры плавления и кипения (легкая летучесть), малая термическая устойчивость, слабые механические свойства, растворимость в неполярных растворителях, отсутствие электрической проводимости.
В периодах наблюдается переход от простых веществ с металлической решеткой к веществам с атомной и затем – с молекулярной решетками; а в группах – от веществ с молекулярной решеткой к веществам с атомной и затем металлической решетками.
2. Металлические и неметаллические свойства. В периодах наблюдается нарастание неметаллических свойств простых веществ, а в группах – нарастание металлических свойств.
3. Окислительно-восстановительные свойства. В периодах наблюдается нарастание окислительных свойств простых веществ, а в группах – восстановительных.
Закономерности изменения свойств оксидов и гидроксидов
В периоде (на примере III-го периода):
| Номер группы | I | II | III | IV | V | VI | VII |
| Формы соединений | Na2O NaOH | MgO Mg(OH)2 | Al2O3 Al(OH)3 | SiO2 H2SiO3 | P2O5 H3PO4 | SO3 H2SO4 | Cl2O7 HClO4 |
| Тип связи | Ионная | Ковалентная полярная | |||||
| ® Полярность связи уменьшается | |||||||
| Кристаллическая решетка | Ионная | Полимер | Молекулярная | ||||
| Кислотно-основные свойства | Ярко-выраженные основные, щелочные | Слабые основные | Амфотерные | Слабые кислотные | Кислотные средней силы | Сильные кислотные | Ярко-выраженные кислотные |
| ® Кислотные свойства нарастают, основные свойства ослабевают | |||||||
| Окислительно-восстановительные свойства | ® Окислительные свойства усиливаются |
В группе полярность связи в оксидах и гидроксидах увеличивается, кристаллические решетки переходят от молекулярной к ионным, основные свойства усиливаются, кислотные ослабевают, ослабевают и окислительные свойства.
Закономерности изменения свойств водородных соединений (для элементов главных подгрупп)
| Номер группы | I | II | III | IV | V | VI | VII |
| Формы соединений | RH | RH2 | RH3 + BeH2 | RH4 | RH3 | RH2 | RH |
| Тип связи | Ионная | Малоустойчивые соединения переменного состава (у Ве: (ВеН2)2, у В: В2Н6, В4Н10) | Ковалентная | ||||
| Увеличение полярности связи | ¬ ¯ | ® | |||||
| Физические свойства | Гидриды: твердые солеобразные соединения | Газообразные (летучие) соединения | |||||
| Увеличение устойчивости | ¬ ¯ | ® | |||||
| Взаимодействие с водой | Пример: NaH + H2O ® ® H2 + NaOH | – | Пример: NH3 + H2O ® ® NH3×H2O ⇄ ⇄ NH4+ + + OH– | Растворы – кислоты | |||
| ® ¯ Рост силы кислот |
Значение периодического закона
1. Была создана система понятий (учение о периодичности), которая возвела на качественно новый уровень рассмотрение свойств химических соединений, показав их зависимость от свойств атомов, а также классификацию веществ (простых и сложных), впервые дав научное объяснение их взаимосвязи.
2. Объяснительная роль периодического закона заключается в объяснении различий в составе оксидов и гидридов, оксидов и хлоридов и т. д.
3. Методологическое значение. На основании периодической системы было развито представление об общих, специфических и индивидуальных свойствах элементов, пересмотрено понятие химической активности, дано новое понятие химический элемент (абстрактное понятие) и установлена его взаимосвязь с понятием простое вещество (конкретное понятие) и т. п.
4. Предсказательная роль. Д. И. Менделеевым был разработан сравнительный метод изучения свойств химических соединений и предсказания свойств еще неоткрытых элементов.
5. Роль периодического закона для формирования естественнонаучной картины природы: открытие периодического закона и системы элементов ознаменовало новый этап в изучении строения атома в физике, строения кристаллов – в кристаллографии, состава минералов – в минералогии, распространения и миграции элементов – в геохимии, биологической функции отдельных элементов в биохимии и биологии.
6. Философское значение: периодический закон явился прекрасной иллюстрацией применимости законов диалектики и имел важное значение для развития философии, методов познания веществ и явлений.
7. Роль в планировании физических и химических исследований в новых областях техники и промышленности (создание катализаторов, получение новых неорганических материалов и композиций и т. п.).
8. Педагогическое значение: периодический закон – научная основа преподавания химии.
Задания для самостоятельной работы
1.19. В периодической таблице химических элементов Д. И. Менделеева неметаллы расположены в углу:
1) в правом верхнем; 2) в правом нижнем 3) в левом верхнем; 4) в левом нижнем.
1.20. Признаком сходства химических элементов кислорода и серы является:
1) одинаковое число энергетических уровней;
2) одинаковое число электронов на внешнем энергетическом уровне;
3) принадлежность элементов к IVА группе;
4) расположение в одном периоде.
1.21. Высший оксид состава ЭО2 образуют все элементы:
1) 2 периода; 2) 4 периода; 3) II группы; 4) IV группы.
1.22. Бром – это элемент:
1) главной подгруппы IV группы; 3) главной подгруппы VII группы;
2) побочной подгруппы IV группы; 4) побочной подгруппы VII группы.
1.23. Элементу с зарядом ядра +12 соответствует высший оксид состава:
1) ЭО; 2) Э2О; 3) Э2О3; 4) Э2О5.
[1] Ян (Иоханнес) Дидерик Ван дер Вальс (1837–1923) – нидерландский физик, в 1873 г. предложил уравнение состояния реального газа, учитывающее межмолекулярные взаимодействия.
| Автор: Беделл П. | Сети. Беспроводные технологии. Секреты профессионалов | ||||||||||||||
 | Эта книга является путеводителем по миру беспроводных технологий. Здесь изложены основы построения беспроводных сетей, освещены все аспекты управления беспроводной системой с описанием особенностей технологий 3G, Bluetooth, Wi-Fi, WiMAX, GPRS, SMS. | ||||||||||||||
| Формат: PDF (OCR-слой) | Размер: 25.19mb | Год издания: | Страниц: | Добавлен: 09.11.2013 | Раздел: Сеть | ||||||||||
| Скачать бесплатно: Ссылка 1 | Скачать бесплатно: - | Скачать бесплатно: Ссылка 2 | |||||||||||||
| Авторы: Пескова С.А., Кузин А.В., Волков А.Н. | Сети и телекоммуникации (3-е изд.) | ||||||||||||||
Рассмотрены классификация и характеристики информационно-вычислительных сетей, их программные и аппаратные средства, а лгоритмы маршрутизации и протоколы обмена информацией. Дано описание разных типов линий связи, освещены вопросы помехоустойчивого кодирования передаваемой по сетям информации. Представлены классификация и обобщенная структура сетевых операционных систем, протоколы файлового обмена, электронной почты и дистанционного управления. Описаны виды конференц-связи, а также Web-технологии, языки и средства создания Web-приложений. Приведены примеры расчета основных параметров вычислительных сетей и систем. Для студентов высших учебных заведений. | |||||||||||||||
| Формат: DJVU | Размер: 14.57mb | Год издания: | Страниц: | Добавлен: 03.02.2012 | Раздел: Сеть | ||||||||||
| Скачать бесплатно: Ссылка 1 | Скачать бесплатно: - | Скачать бесплатно: Ссылка 2 | |||||||||||||
| Авторы: Гордейчик С.В., Дубровин В.В. | Безопасность беспроводных сетей | ||||||||||||||
 | Представлен подробный анализ причин возникновения уязвимостей и типичных ошибок, допускаемых при развертывании беспроводных сетей. Описываются этапы построения защищенной беспроводной сети - от создания политики безопасности до настройки систем обнаружения беспроводных атак и проведения тестов на проникновения. Рассматриваются современные средства и технологии защиты, такие как 802.1Х, PEAP, SSL, IPSec, WPA и 802.11. Отдельный раздел посвящен защите мобильных устройств на основе ОС WindowsMobile. Рассматривается реализованная в WindowsMobile модель безопасности, а также приводятся рекомендации по использованию встроенных защитных механизмов для безопасного доступа к корпоративным ресурсам. Для системных администраторов, инженеров, специалистов в области информационной безопасности. | ||||||||||||||
| Формат: DJVU | Размер: 5.52mb | Год издания: | Страниц: | Добавлен: 19.07.2010 | Раздел: Безопасность Сеть | ||||||||||
| Автор: Стивен Дж. Бигелоу | Сети. Поиск неисправностей, поддержка и восстановление | |||||||||
 | Описаны симптомы и проблемы, возникающие в любой области функционирования современных компьютерных сетей, а также вопросы их правильной диагностики. Рассмотрены архитектуры, протоколы, операционные системы, а также все особенности сетевого оборудования: кабелей, сетевых карт, накопителей, адаптеров, хабов, роутеров и т.п. Изложены общие принципы поиска неисправностей и приведены сотни их специфических признаков. Представлены практические приемы сетевого администрирования, резервирования и восстановления данных, обеспечения безопасности. Для сетевых администраторов. | |||||||||
| Формат: PDF | Размер: 14.88mb | Год издания: | Страниц: | Добавлен: 17.07.2010 | Раздел: Сеть | |||||
| Скачать бесплатно: Ссылка 1 | Скачать бесплатно: - | Скачать бесплатно: Ссылка 2 | ||||||||
| Автор: Джон Росс | Wi-Fi. Беспроводная сеть | |||||||||
 | В книге шаг за шагом описан процесс построения беспроводной локальной сети: от выбора необходимого оборудования до подключения компьютеров к сети. Доступным и простым языком изложены технические нюансы, касающиеся всех аспектов функционирования беспроводной сети, рассмотрены случаи повышенной сложности: дальняя связь и сети с несколькими точками доступа. Уделено достаточное внимание работе в беспроводных сетях коллективного пользования. Автор дает ценные советы по настройке компьютера и мобильных устройств для работы с беспроводной сетью практически во всех широко распространенных операционных системах, а также рассказывает, как устранить возможные проблемы. Книга предназначена для начинающих или уже практикующих пользователей Интернета и локальных сетей. | |||||||||
| Формат: DJVU | Размер: 10.86mb | Год издания: | Страниц: | Добавлен: 11.06.2010 | Раздел: Сеть | |||||
| Автор: Трусов А. | Начали! Беспроводные сети в WindowsVista. Осваиваем Wi-Fi, Bluetooth, WiMAX | ||||
 | В книге приводится краткое описание основных вариантов создания домашней беспроводной сети из нескольких компьютеров, подключения дополнительных устройств, настройки выхода в Интернет. В доступной форме по шагам описываются все необходимые рекомендации по настройке компьютеров в операционных системах. Отличительной особенностью книги является акцент на особенностях настройки в операционной системе - WindowsVista. Книга предназначена для пользователей домашних компьютеров, а также начинающих администраторов сетей. | ||||
| Формат: DJVU | Размер: 2.78mb | Год издания: | Страниц: | Добавлен: 17.04.2010 | Раздел: Сеть |
| вторы: Пролетарский А.В., Баскаков И.В., Чирков Д.Н. | Беспроводные сети Wi-Fi | ||||
 | Учебное пособие предназначено для широкого круга читателей, интересующихся теоретическими и прикладными вопросами построения беспроводных сетей на базе стандартов IEEE 802.11 a/b/g. | ||||
| Формат: PDF | Размер: 8.01mb | Год издания: | Страниц: | Добавлен: 04.04.2010 | Раздел: Сеть |
| Скачать бесплатно: Ссылка 1 | Скачать бесплатно: - | Скачать бесплатно: Ссылка 2 |
| Авторы: Олифер В., Олифер Н. | Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. 4-е издание. | ||||
 | Новое издание одного из лучших российских учебников по сетевым технологиям можно считать юбилейным. Прошло ровно 10 лет с момента первой публикации книги "Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы". За это время книга приобрела широкую популярность в России, была издана на английском, испанском, португальском и китайском языках, и с каждым новым изданием она существенно обновлялась. Не стало исключением и это, четвертое издание, в котором появилось много новых разделов, посвященных самым актуальным направлениям сетевых технологий. Издание предназначено для студентов, аспирантов и технических специалистов, которые хотели бы получить базовые знания о принципах построения компьютерных сетей, понять особенности традиционных и перспективных технологий локальных и глобальных сетей, изучить способы создания крупных составных сетей и управления такими сетями. Рекомендовано Министерством образования и науки Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению "Информатика и вычислительная техника" и по специальностям "Вычислительные машины, комплексы, системы и сети", "Автоматизированные машины, комплексы, системы и сети", "Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем". | ||||
| Формат: DJVU | Размер: 45.94mb | Год издания: | Страниц: | Добавлен: 24.03.2010 | Раздел: Сеть |
| Скачать бесплатно: Ссылка 1 | Скачать бесплатно: - | Скачать бесплатно: Ссылка 2 |
| Автор: Филимонов А.Ю. | Построение мультисервисных сетей Ethernet | ||||
 | В книге рассматривается применение технологии Ethernet для построения мультисервисных сетей нового поколения (NextGenerationNetwork - NGN), используемых для объединения телефонного и телевизионного сигналов в едином канале. Изложены базовые принципы построения локальных и магистральных сегментов NGN. Большое внимание уделяется описанию усовершенствованной технологии Ethernet (IEEE 802.3). Подробно рассматриваются современные протоколы Интернета и технические решения, обеспечивающие повышение надежности, эффективности и безопасности мультисервисных ЛВС. Приведены практические примеры использования программного обеспечения и оборудования известных производителей (CiscoSystems, 3COM, D-Link и AlliedTelesyn). | ||||
| Формат: DJVU | Размер: 5.98mb | Год издания: | Страниц: | Добавлен: 23.03.2010 | Раздел: Сеть |
1. Перед вами - очередное, пятое издание самой авторитетной книги по современным сетевым технологиям, написанной признанным экспертом в этой области Эндрю Таненбаумом в соавторстве с профессором Вашингтонского университета Дэвидом Уэзероллом. Первая версия этого классического труда появилась на свет в далеком 1980 году, и с тех пор каждое издание книги неизменно становилось бестселлером и использовалось в качестве базового учебника в ведущих технических вузах.
В книге последовательно изложены основные концепции, определяющие современное состояние и тенденции развития компьютерных сетей. Авторы подробнейшим образом объясняют устройство и принципы работы аппаратного и программного обеспечения, рассматривают все аспекты и уровни организации сетей - от физического до уровня прикладных программ. Изложение теоретических принципов дополняется яркими, показательными примерами функционирования Интернета и компьютерных сетей различного типа. Пятое издание полностью переработано с учетом изменений, происшедших в сфере сетевых технологий за последние годы и, в частности, освещает такие аспекты, как беспроводные сети стандарта 802.12 и 802.16, сети 3G, технология RFID, инфраструктура доставки контента CDN, пиринговые сети, потоковое вещание, интернет-телефония и многое другое.
Радиорелейные линии связи основываются на принципах многократной ретрансляции сигнала, что иллюстрируется упрощенной структурной схемой, показанной на рис.1.1. Различаются оконечные, промежуточные и узловые станции.
Оконечные станции устанавливаются в крайних пунктах линии связи и содержат модуляторы и передатчики в направлении передачи сигналов и приемники с демодуляторами в направлении приема. Для приема и передачи применяется одна антенна, соединенная с трактами приема и передачи при помощи антенного разветвителя (дуплексера). Модуляция и демодуляция сигналов проводится на одной из стандартных промежуточных частот (70 - 1000 МГц). При этом модемы могут работать с приемопередатчиками, использующими различные частотные диапазоны. Передатчики предназначены для преобразования сигналов промежуточной частоты в рабочий диапазон СВЧ, а приемники - для обратного преобразования и усиления сигналов промежуточной частоты. Существуют системы РРЛ с непосредственной модуляцией сигналов СВЧ (например аппаратура Эриком-11), но они имеют ограниченное распространение.
Упрощенная структурная схема оконечной станции показана на рис. 1.2.
Рис. 1.2
Промежуточные станции располагаются на расстоянии прямой видимости и предназначаются для приема сигналов, усиления их и дальнейшей передаче по линии связи. Прием и передача сигналов на промежуточных станциях должна проводится на разных частотах для устранения паразитных связей в приемопередатчиках за счет влияния обратного излучения близко расположенных антенн. Разница между частотами приема и передачи называется частотой сдвига (f сдв). На рис. 1.3 показана структурная схема промежуточной станции.
Рис. 1.3
Узловые станции (рис. 1.4) выполняют как функции промежуточных станций, так и функции ввода и вывода информации. Поэтому они устанавливаются в крупных населенных пунктах или в точках пересечения (ответвления) линий связи.
Рис. 1.4
Промежуток между ближайшими станциями называется пролетом (или интервалом) РРЛ. Протяженность пролета зависит от многих причин и, в среднем, достигает 50 - 60 км в диапазонах частот до 6 - 8 ГГц и нескольких км в диапазонах 30 - 50 ГГц.
Промежуток между оконечной станцией и ближайшей узловой или между узловыми станциями называется секцией РРЛ, а совокупность приемопередающего оборудования образует ствол РРЛ. Различаются однонаправленные стволы и двунаправленные (для дуплексной связи).
При передачи сигналов в прямом и обратном направлениях применяются 2-частотные и 4-частотные системы.
Рис. 1.5 Рис. 1.6
2-частотная система (рис. 1.5) экономична с точки зрения использования полосы частот, выделенной для организации радиорелейной связи, но требует применения антенн с хорошими защитными свойствами от приема и передачи сигналов с боковых и обратных направлений. В диапазонах частот выше 10 ГГц широко применяются параболические антенны улучщенного исполнения с дополнительными экранами (воротниками), позволяющими достичь требуемых показателей.
4-частотная система (рис. 1.6) допускает применение более простых и дешевых антенн и позволяет улучшить защищенность линии связи от взаимных помех, но используется достаточно редко. Как правило, четырехчастотную систему можно рекомендовать для организации линий связи при очень сложной электромагнитной обстановке.
Для повышения экономической эффективности и пропускной способности радиорелейные системы часто делают многоствольными, в которых на каждой станции работают с различными частотами несколько приемопередатчиков через общие антенно-фидерные устройства.
С целью увеличения надежности работы линии связи применяются различные способы резервирования. В диапазонах частот выше 10 ГГц в ЦРРЛ наибольшее распространение получают системы резервирования 1 + 1, когда на один рабочий ствол приходится один резервный. В сложных условиях распространения радиоволн, оба ствола могут быть использованы для организации разнесенного приема, существенно улучшающего устойчивость работы системы связи. Зачастую строятся простые одноствольные системы связи без резервирования, учитывая высокую надежность современной аппаратуры. К примеру, время наработки на отказ аппаратуры ЦРРЛ типа MINI - LINK E шведской фирмы ERICSSON достигает (согласно рекламе) 20 - 30 лет.
Широкое развитие информационных радиосетей заставляет строго регламентировать использование рабочих частот в выделенных диапазонах волн. На рис. 1.7 показан пример плана распределения рабочих частот для системы РРЛ, работающей в диапазоне 11 ГГц в соответствии с Рекомендациями 387-2 МСЭ-Р.
Рис. 1.7
В более высокочастотных диапазонах волн применяются гибкие частотные планы. Разнос частотных каналов в таких случаях определяется пропускной способностью (скоростью работы ЦРРЛ) и видом модуляции. Чаще всего применяется шаг разноса рабочих частот равный 3.5 МГц. Тогда, к примеру, при скорости работы 4 Мбит/с и 4-уровневой модуляции разнос частот можно выбрать равным шагу разноса, а при кратном увеличении скорости разнос также кратно увеличивается и может равняться
7, 14 или 28 МГц.
В последние годы разработаны новые частотные планы с использованием двойной поляризации радиоволн, позволяющие существенно повысить эффективность использования частотного спектра.
Современная аппаратура радиорелейных систем для диапазонов частот выше 10 ГГц имеет определенные особенности в конструктивном выполнении по сравнению с более низкочастотной аппаратурой. В диапазонах частот до 10 ГГц приемопередающая аппаратура, как правило, выполняется в виде достаточно громоздких стоек, располагающихся в аппаратных помещениях. Связь с антеннами осуществляется фидерными волноводами, имеющими значительную длину и, следовательно, вносящими существенные потери. Переход к диапазонам частот выше 10 ГГц существенно изменил конструктивное выполнение аппаратуры. Аппаратура, работающая в диапазоне выше 10 ГГц, имеет небольшие габариты и располагается на вершине антенной опоры, объединенная в единый блок с антенной.
Рис. 1.8
На рис. 1.8 показан пример конструктивного выполнения приемопередающего блока цифровой аппаратуры MINI-LINK для диапазона частот 23 - 38 ГГц. Здесь параболическая антенна имеет диаметр 30 см и соединяется с приемопередающим блоком непосредственно без волновода. Элементы для крепления всего модуля к антенной опоре располагаются на антенном блоке и имеют устройства для юстировки в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Приемопередающий блок можно легко отсоединить от антенного блока для замены, настройки и профилактики. В таком исполнении вес блока составляет 11-12 кг. Аппаратура позволяет использовать антенны и большего диаметра (0.6 и 1.2 м).
В случае применения антенны диаметром 0.6 м конструктивное выполнение остается таким же, как показано на рис. 1.8, а антенна диаметром 1.2 м соединяется с приемопередатчиком коротким гибким волноводом.
Пример расположения модулей аппаратуры на антенной опоре (отечественная аппаратура БИСТ) показан на рис. 1.9.
Рис. 1.9
Компактная аппаратура с небольшими габаритами и весом, которая применяется в диапазонах частот выше 10 ГГц, допускает использование облегченных антенных мачт, выполненных в виде ферм треугольного сечения или трубчатых конструкций, которые можно установить на высоких зданиях, дымовых трубах или возвышенных местах. Приемопередающие блоки соединяются коаксиальными кабелями с модемным оборудованием, располагающимся в помещении. Современное модемное оборудование - это легко трансформирующийся комплекс, функционирующий под управлением центрального или местного компьютера
. Модемное оборудование может обеспечивать формирование и обработку цифровых потоков на скорости от 1 до 34 Мбит/с, проводить мультиплексирование потоков и функционировать в режимах организации сетей связи любой конфигурации.
. Для примера, на рис. 1.10 показана схема организации системы связи между локальными компьютерными сетями. Подобную схему можно применить и для связи между базовыми станциями подвижной связи.связи.
Рис. 1.10
Пример типовой конфигурации цифровой сети связи представлен на рис. 1.11. Здесь показаны различные типы станций РРЛ, работающих с разными цифровыми потоками, с резервированием и без резервирования, функционирующие под управлением компьютера - менеджера сети
Рис. 1.11
В последние годы начинают бурно развиваться микроволновые многоканальные системы распределения информации (MMDS, MVDS, LMDS). Такие системы позволяют организовать распространение телевизионных программ или компьютерной информации для индивидуальных или коллективных абонентов. Системы MMDS представляют собой сеть базовых станций, работающих в диапазоне частот 2.7 ГГц, с антеннами, имеющими круговую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости и угол раскрыва порядка 3 - 6 град. в вертикальной плоскости (G = 12-17 дБ).
Множество приемных абонентских устройств (как индивидуального, так и коллективного пользования), с направленными антеннами, имеющими коэффициент усиления 25 - 35 дБ, располагаются в зоне прямой видимости от базовых станций. Обмен информацией между базовыми станциями осуществляется при помощи различных систем связи, в том числе и при помощи РРЛ.
Наиболее перспективны, с точки зрения использования в подобных системах связи, диапазоны частот выше 10 ГГц, так как диапазоны часто ниже 10 ГГц сильно загружены и не позволяют строить компактные приемные устройства. Для локальных систем распределения информации (LMDS) предполагается использовать диапазон частот 27 - 29 ГГц. Применение частот выше 30 ГГц позволяет принимать информацию с высоким качеством только на небольших расстояниях (2 - 7 км) из-за малого коэффициента усиления антенн базовых станций (в случае применения кругового излучения) и значительных потерь при распространении в гидрометеорах и газах атмосферы. Однако габариты пользовательских антенн и ресиверов получаются весьма малыми. Поэтому в Европе выделен диапазон частот 40,5—42,5 ГГц для организации систем распределения видеоинформации (MVDS).
Разница в названиях систем весьма условна, поскольку рекомендации для них разрабатывались на разных континентах. С технической же точки зрения это одни и те же устройства, изготовленные, как правило, производителями радиорелейного оборудования. Радиотракт такой системы «прозрачен» для передачи различных типов аналоговых или цифровых сигналов, будь то NTSC, PAL, SECAM или DVB. Различия будут лишь в числе каналов.
Для передачи сигналов телевидения вполне может быть использован цифровой стандарт MPEG-2, получивший широкое распространение в спутниковых системах телевизионного вещания и модуляция COFDM, защищенная от интерференционных искажений. Для улучшения энергетических показателей на базовых станциях, возможно применение секторных и многолепестковых антенных систем с коэффициентами усиления до 30 - 40 дБ.
Таким образом, микроволновые многоканальные сети распределения информации могут являться дополнением и конкурентом для систем кабельной, радиорелейной и спутниковой связи.
