Антенны

Рис.8

В системах с амплитудной манипуляцией (Amplitude Shift Keying) амплитуда гармонической несущей изменяется в зависимости от того, имеется на входе модулятора 0 или 1. При приеме сигналов с пассивной паузой возникают проблемы с различением амплитуд колебаний при приеме, так как в процессе распространения сигналы ослабевают, и их уровень может оказаться соизмеримым с уровнем помех. Амплитудная модуляция имеет низкую помехоустойчивость, т.е. высокую вероятность ошибочной регистрации двоичных сигналов.

В системах с частотной манипуляцией (Frequency Shift Keying) осуществляется изменение частоты несущей в соответствии с поступившим цифровым сигналом. Формирование частот осуществляется сдвигом несущей частоты "вверх' или "вниз" на некоторую величину(например, на +/- 85 Гц в диапазоне коротких волн, так что f₀ - f₁ = 170 Гц, или на +/-400 Гц в диапазоне УКВ). Частотная манипуляция обладает более высокой помехоустойчивостью по сравнению с амплитудной, так как при частотной манипуляции изменение амплитуды сигнала из-за помех несущественна для правильного приема.

В системах с фазовой манипуляцией (Phase Shift Keying) фазовый сдвиг гармонического колебания изменяется в зависимости от поступившего двоичного сигнала.

Спектры манипулированных сигналов по своей структуре не отличаются от спектров модулированных колебаний - они содержат несущую и две боковые полосы.

Однополосная модуляция (Single-sideband modulation, SSB)

Теснота в эфире требует сужения спектра частот, излучаемого радиотелефонной станцией при двух­полосной передаче. Сужение спектра частот, занимаемого радиотеле­фонной станцией с амплитудной модуляцией (AM), позволяет решать проблему распределения частот между радиостанциями, которая становится все более острой с дальнейшим развитием морского транс­порта.

Амплитудная модуляция с одной боковой полосой (Single-sideband modulation, SSB) - разновидность амплитудной модуляции (AM), широко применяемая в аппаратуре радиосвязи для эффективного использования спектра канала и мощности передающей радиоаппаратуры.

Анализ спектра амплитудно-модулированного сигнала показывает, что информация о передаваемом сигнале содержится в каждой боковой полосе. В радиосигнале с АМ 50 % мощности передатчика расходуется на излучение сигнала несущей частоты, который не содержит никакой информации о модулирующем сигнале. Остальные 50 % делятся поровну между двумя боковыми частотными полосами, которые представляют собой точное зеркальное отображение друг друга. Несущая с частотой f_о известна на передающей стороне (частота настройки передатчика) и не несет информации о передаваемом сигнале. При максимальном значении коэффициента модуляции, мощность боковой составляющей амплитудно-модулированного сигнала не превышает 25% от мощности несущей, т.е. основная доля мощности приходится на несущее колебание.

Идея исключения несущей частоты и одной из боковых полос из спектра излучаемого сигнала реализована в однополосном передатчике (Single Sideband Transmitter or SSB Transmitter). Двухполосные передатчики в настоящее время в судовой радиосвязи не используются. При однополосной пере­даче в одном и том же диапазоне частот можно разместить в два раза больше радиостанций, чем при двухполосной передаче. Другим пре­имуществом однополосной передачи является увеличение мощности передатчика, так как здесь вся мощность используется для передачи колебаний одной боковой полосы, принимаемой однополосным прием­ником. Для получения на приемной стороне такого же по уровню сигнала, как при двухполосном передатчике, мощность однополосного передатчика составляет 1/3 от мощности двухполосного передатчика. Переход на однополосные сигналы позволяет получить выигрыш по мощности в 4...8 раз.

Кроме того, когда на близких частотах работают несколько станций с однополосной модуляцией, они не создают друг другу помех в виде биений, что происходит при применении амплитудной модуляции с неподавленной несущей частотой. Мощность на передачу ненужной боковой и несущей не рас­ходуется.

К недостаткам однополосной модуляции следует отнести большую сложность формирования сигнала сравнительно с двухполосной амплитудной модуляцией AM. Кроме того, к стабильности частот передатчика и приемника предъявляются более высокие требования чем при однополосной.

Характеристики классов излучений, используемых в морской подвижной службе.

В радиосвязи используют различные виды модулированных колебаний (излучений). Регламентом радиосвязи предусмотрено обозначение трех характеристик излучения.

Первый индекс – буква, обозначающая тип модуляции основной несущей. Излучения, при которых основная несущая модулируется по амплитуде, обозначаются:

А – двухполосная;

Н – однополосная с полной несущей;

R - однополосная с частично подавленной несущей;

J – однополосная с полностью подавленной несущей;

Излучения, при которых несущая имеет угловую модуляцию, обозначаются:

F - частотная модуляция;

G - фазовая модуляция.

Второй индекс – цифра, обозначающая характер сигнала, модулирующего основную несущую.

1 - цифровая информация без использования модулирующей поднесущей;

2 – цифровая информация с использованием поднесущей (звуковой частоты);

3 – аналоговая информация.

Третий индекс – буква, обозначает тип передаваемой информации, например,

А – телеграфия для слухового приема (код Морзе);

В – телеграфия для автоматического приема (буквопечатание – телекс);

Е – телефония;

Обозначение различных классов излучений

А1А - Unmodulated Morse code - немодулированная несущая

A2A - Double-sideband (DSB) modulated Morse - АМ кодом Морзе с двумя боковыми частотами

H3E - SSB Full-carrier telephony (2182 kHz) - Однополосная АМ телефония с полной несущей

J3E - SSB Suppressed - carrier telephony - Однополосная АМ телефония с подавленной несущей

F1B – Telex - ЧМ-буквопечатание (телекс)

J2B - Telex - ЧМ-буквопечатание (телекс)

F3E\G3E - Frequency\Phase modulated telephony - ЧМ/ФМ телефония

Устройство, предназначенное для излучения радиоволн, называется передающей антенной. Устройство, предназначенное для улавливания радиоволн, называется приемной антенной.

Антенны обладают свойством обратимости: любая передающая антенна может работать как приемная, и наоборот. Однако, во многих случаях конструкции приемных и передающих антенн различны Передающие антенны предназначены для излучения большой мощности. В приемных антеннах протекают слабые токи, такие антенны имеют более простую конструкцию

Антенны характеризуются диаграммой направленности. Диаграмма направленности передающей антенны - это зависимость интенсивности излучения от направления Диаграмма направленности приемной антенны - это зависимость амплитуды э. д. с. (электродвижущая сила), наводимой в антенне, от направления прихода электромагнитной волны Судовые антенны, как правило, являются ненаправленными антеннами, те излучают и принимают одинаково во всех направлениях

Антенна должна быть настроена в резонанс на излучаемой частоте Чем ближе антенная цепь к резонансу, тем больше ток в антенне и тем больше излучаемая электромагнитная энергия Для достижения этой цели длина антенны должна быть соизмерима с длиной излучаемой волны (должна составлять 1/4 длины волны или величину, кратную 1/4 длины волны), что невозможно выполнить для радиостанции, работающей не на одной частоте, а в диапазоне частот. На практике длина судовой УКВ антенны берется соизмеримой с 1/2 длины волны, а длина антенны промежуточных и коротких волн - с 1/4 длины волны

Полное электрическое сопротивление антенны должно быть равно выходному сопротивлению усилителя мощности передатчика. Процесс достижения этого условия называется согласованием антенны, а устройство, которое обеспечивает согласование - согласующим устройством. Согласующие устройства используются, как правило, в радиостанциях промежуточных и коротких волн (эти станции имеют большой коэффициент перекрытия диапазона - отношение верхней и нижней частот диапазона передатчика).

Передающие антенны - устройства для преобразования высокочастотных токов (напряжений) в электромагнитное поле, приемные антенны выполняют обратные преобразования. Соединение антенн с приемниками и передатчиками осуществляется с помощью фидеров - линий для передачи энергии радиочастотных сигналов от радиопередатчика к антенне или от антенны к радиоприемнику.

Антенну можно рассматривать как открытый колебательный контур. В обычном контуре электрическая энергия сосредоточена между обкладками конденсатора, а магнитная - между витками катушки. Для того чтобы "выпустить" электрическое поле наружу, необходимо раздвинуть обкладки конденсатора. Для сохранения значения емкости при этом необходимо увеличивать размеры обкладок. Аналогичным образом создается внешнее магнитное поле. В пределе колебательный контур превращается в два провода. Т.о. антенны представляют собой цепи с распределенными параметрами, в которых индуктивность и емкость распределены вдоль проводника, длина которого должна быть соизмерима с длиной волны электрических сигналов. Для создания электромагнитных волн необходимо подключить сигнал в разрыв между проводами, которые называются вибратором. Максимальную энергию вибратор излучает при резонансе, т.е. когда длина проводников равна половине длины волны. Такую антенну называют полуволновым вибратором.

Если вибратор поместить в переменное электромагнитное поле, под влиянием поля в нем возникнут колебания тока и напряжения, т.е. вибратор в этом случае выполняет роль приемной антенны.

Максимальное значение амплитуды тока возникнет, когда длина приходящей волны равна удвоенной длине вибратора. Максимальное значение тока возникает в середине вибратора, поэтому фидер (провод) для передачи тока к приемнику следует подключать к разрыву в середине вибратора (такой вибратор называют симметричным).