ФГОУ  ВПО «Курганская государственная  сельскохозяйственная академия им. Т.С. Мальцева» 

Факультет «Промышленное и гражданское  строительство»

Кафедра «Пожарная и производственная безопасность» 
 
 
 
 

ЛАБОРАТОРНЫЙ  ПРАКТИКУМ

по  курсу «Автоматизированные  системы управления и связь»

СД.06 «Автоматизированные системы управления и связь»

Направление 656500 «Безопасность жизнедеятельности» 

Специальность 330400 (280104 по ОКСО)

«Пожарная безопасность» 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

«Исследование процесса радиотелефонной связи и

параметров  радиоволн» 

                                          Отчет составил:

                                          студент     группы  ПБ

                                          ______________________________

                                                   ^(Ф.И.О.)

                                          Отчет проверил:

                                          преподаватель  кафедры  ППБ

                                          ___________________ И.И. Манило 
 
 
 
 
 
 

Лесниково – 2010

 

И С Л Е Д  О В А Н И  Е

процессов радиотелефонной  связи и параметров радиоволн 

       Цель  работы: ознакомиться с беспроволочной передачей информации на большие  расстояния; изучить упрощенную схему  радиотелефонной связи, диапазонов радиоволн и методы определения  их основных параметров.

       ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ:

1. Ознакомиться с процессами беспроволочной передачи сообщений посредством радиоволн.
2. Изучить упрощенную схему радиотелефонной связи.
3. Изучить диапазоны (участки)  радиоволн.
4. Ознакомиться с преимуществами радиосвязи.
5. Изучить простейшие расчеты определения основных параметров радиоволн.
6. Письменно ответить на контрольные вопросы и решить задачи, указанные в приложении 1.
7. Варианты контрольных вопросов и задач определяются согласно приложению 2, в котором указаны:
• последняя цифра в номере зачетной книжки студента;
• варианты вопросов и задач из их набора, приведенного в приложении 1.

ОТЧЕТ ДОЛЖЕН СОДЕРЖАТЬ  (Приложение 3)

1. Письменные  ответы на вопросы.
2. Решения задач.

 

        ОБЩИЕ ОСНОВЫ РАДИОСВЯЗИ 

       Слово «радио», которое прочно вошло в  наш язык, появилось не сразу. Радиосвязь сначала называли телеграфом и телефоном без проводов. Такое название впоследствии заменили более коротким словом «радио». Оно происходит от латинского слова — радиус, что в переводе означает луч. Радиусом, как известно, называют прямую линию, проведенную из центра к любой точке окружности. Беспроволочную передачу назвали радиопередачей, или, коротко, радио, потому что радиостанции излучают волны, подобно лучам света, по радиусам во все стороны или в некоторых определенных направлениях.

       В понятие радио входят передача радиоволн от передающей радиостанции, распространение этих волн в пространстве и прием радиоволн на приемной станции. Кроме того, радиотехника в своем развитии оказалась столь тесно связанной с другими областями науки и техники, что в настоящее время трудно в кратких словах определить все ее многообразное содержание. Иногда радиотехнику определяют как технику электрических токов высокой частоты, но в радиотехнике большое применение имеют и токи низкой частоты. Задачей радиотехники является передача без проводов с помощью электрической энергии звуков, изображений, телеграфных сигналов, а также специальных сигналов для целей радиолокации, радионавигации, радиотелеуправления. Вместе с тем, радиотехника разрабатывает способы использования радиотехнических методов в медицине, биологии, сельском хозяйстве, металлургии, машиностроении, астрономии, геофизике и т. д.

 
 

       В радиотехнической аппаратуре главную  роль играют различные электронные приборы. Область техники, занимающуюся, устройством и применением таких приборов, принято называть электроникой. Радиотехника и электроника развиваются в тесной взаимной связи, дополняя друг друга и проникая в самые различные области науки, техники, культуры. Их часто объединяют и называют радиоэлектроникой. Из всех направлений, по которым развивается радиотехника, наибольшее распространение получили радиосвязь и радиовещание.

       Радио (от лат. Radio – излучаю, испускаю лучи, radius - луч) – включает в себя два  основных понятия:

       1. Способ беспроволочной передачи сообщений на расстояние посредством радиоволн.

       2. Область науки и техники, связанная  с изучением физических явлений,  лежащих в основе этого способа  (радиофизика), с его использованием  для связи (радиосвязь), звукового  вещания (радиовещание), передачи  изображений (телевидение), сигнализации, контроля и управления (радиотелемеханика), обнаружения различных объектов и определения их местонахождения (радиолокация) и во многих других целях (радиоастрономия, радиопеленгация, радиоветрометрия, радиовидение, артиллерийские радиовзрыватели, радионавигация, радиогеодезия, радиозондирование атмосферы и т.д.).

       В первые годы после изобретения радио  существовала только радиотелеграфная связь. Затем был изобретен радиотелефон. Его совершенствование позволило создать радиовещание, услугами которого пользуются миллионы людей.

       Упрощенная  схема радиотелефонной связи  изображена на рис. 1. Микрофон преобразует  звуковые колебания речи или музыки в переменные электрические токи, т. е. электрические колебания звуковой или низкой частоты (нч), имеющие частоту от десятков до нескольких тысяч Герц. Эти токи направляются в модулятор, являющийся составной частью радиопередатчика. В большинстве случаев модулятор представляет собой усилитель токов низкой частоты. Главной частью передатчика является генератор токов высокой частоты (вч), необходимых для создания радиоволн. Частота этих токов обычно бывает от сотен тысяч до сотен миллионов и даже миллиардов Герц, а мощность их может быть от долей ватта до тысяч киловатт.

       Усиленный ток звуковой частоты, полученный после модулятора, воздействует на генератор так, что амплитуда тока вч генератора изменяется в соответствии с передаваемыми звуковыми колебаниями. Процесс этот называется модуляцией. Он происходит в генераторе, а не в модуляторе. Последний служит только для того, чтобы осуществлять воздействие колебания нч па токи вч, создаваемые генератором, Когда мощность генератора очень мала и токи нч, получаемые от микрофона, могут достаточно сильно воздействовать на генератор, можно обойтись и без модулятора. При радиовещательной передаче микрофон находится в студии, расположенной на значительном расстоянии от передающей станции. В этом случае ток микрофона направляют сначала в усилитель, а затем усиленный ток нч по кабелю поступает в модулятор радиопередатчика.

       Генератор и модулятор питаются постоянным током от специальных источников питания (на схеме они для упрощения не показаны). Таким образом, генератор и модулятор, по существу, являются преобразователями энергии постоянного тока в энергию переменного тока соответствующей частоты.

       Модулированный  ток вч поступает от радиопередатчика по фидерной линии, называемой коротко фидером, в антенну. Если передатчик расположен близко от антенны, то фидер может отсутствовать. Ток вч, проходя по проводу антенны, создает в окружающем пространстве радиоволны, которые распространяются во все стороны со скоростью около 300 000 км/сек (напомним, что скорость распространения звука в воздухе составляет лишь 330…340 м/сек). Иногда антенна делается с направленными свойствами, и тогда радиоволны распространяются преимущественно в одном направлении. Так как радиоволны созданы модулированными токами, то сами они также являются модулированными и благодаря этому как бы переносят на себе передаваемые звуковые колебания,

       В приемной антенне под действием  радиоволн возникает модулированный ток вч, который в точности повторяет  все изменения тока в передающей антенне. Однако этот ток очень слаб. При приеме сигналов дальних радиостанций он составляет доли микроампера, а эдс, возникающая при этом в антенне, измеряется микровольтами. Ток вч от антенны по фидеру поступает в радиоприемник (если фидер не требуется, то антенна непосредственно подключается к приемнику), усиливается в нем и преобразуется в ток звуковой частоты, повторяющий передаваемые звуковые колебания. Подобное преобразование называется детектированием (или демодуляцией). Полученный после детектирования ток нч обычно еще усиливается и поступает в громкоговоритель или телефон, который преобразовывает этот ток в звуковые колебания, источники питания приемника постоянным током для упрощения на схеме рис. 1 не показаны. Приемники, предназначенные для приема сигналов дальних радиостанций, дают усиление токов в миллионы раз.

       Важным  свойством радиоприемника является избирательность, т. е. способность усиливать токи в пределах узкой полосы частот. Различные радиопередающие станции, как правило, работают токами неодинаковой частоты и в приемной антенне создаются токи различных частот от радиоволн многих передающих станций. Благодаря избирательности приемник усиливает токи, соответствующие только одной определенной радиостанции, на частоту которой он настроен. Если бы приемник не обладал избирательностью, то одновременно были бы слышны все радиостанции, волны которых достигают приемкой антенны.

       Схема радиотелеграфной связи подобна  схеме рис. 1, но вместо микрофона  с передатчиком соединяется телеграфный  ключ, которым прерывают работу передатчика  и передают телеграфные сигналы (точки и тире). На радиостанциях небольшой мощности, например на  переносных военных, авиационных и других, телеграфный ключ и микрофон находятся около передатчика. У радиостанций большой мощности микрофон и ключ обычно находятся на значительном расстоянии от передатчика и соединены с ним проволочными линиями. Передача сигналов в одном направлении от радиопередатчика к приемнику называется односторонней радиосвязью. Для двусторонней радиосвязи каждая радиостанция должна иметь передатчик и приемник.

 

       Большое распространение получило вещание по проводам, при котором токи звуковых частот от усилителя, установленного в радиоузле, идут по проводам к громкоговорителям в квартирах, клубах и других местах. Радиоузел обычно имеет приемник, на который производится прием той или иной станции для дальнейшей передачи ее программы по проводам. Иногда радиоузел имеет студию с микрофоном для местных передач. Устройство такого узла показано схематически на рис. 2.

       В отличие от проводной (телеграфной, телефонной) связи, радиотелефонная  связь осуществляется на больших расстояниях без применения каких-либо промежуточных устройств и, кроме того, дает возможность связи с объектами, движущимися как по поверхности Земли, так и вне ее. Однако на длинных расстояниях радиотелефонная связь (особенно на коротких волнах) подвергается существенному влиянию на качество приема сообщений различных радиопомех, уровень которых иногда превышает уровень сигналов, передаваемых по радиотелефонной связи (т.е. полезных сигналов). Поэтому в радиотелефонной связи широко используют помехоустойчивые методы передачи, основанные на использовании фазовой модуляции и частотной модуляции.

       Радиотелефонная связь (в дальнейшем по тексту, в  сокращенном виде - РТС) – это  электрическая связь, при которой  с помощью радиоволн передаются телефонные сообщения. В отличие от радиовещания, в РТС осуществляется двусторонний обмен сообщениями между двумя корреспондентами – либо одновременно (дуплексная связь), либо поочередно (симплексная связь).

       В простейших системах РТС, осуществляющих как симплексную, так и дуплексную связь, радиостанция каждого из корреспондентов состоит из передатчика (мощностью 0,1-50 Вт) с однополосной модуляцией или частотной модуляцией колебаний)  и чувствительного приемника, работающих в диапазоне, чаще всего, метровых волн; антенны; источника электропитания и микротелефонного устройства (устроенного непосредственно в радиостанцию или выполненного в виде микротелефонной трубки).

       Дальность надежной  связи РТС составляет 0,5…30 км. Благодаря высокой оперативности, мобильности, малой массе и простоте эксплуатации и обслуживания такие РТС нашли широкое применение во всех структурах МЧС России.

       В редко заселенных районах Севера и Сибири  для осуществления  РТС на расстояниях до 300…500 км используют передатчики с однополосной модуляцией колебаний, работающие в диапазоне 10…100 м и имеющие мощность 5, 30 или 300 Вт.