Вступ. Становлення та розвиток радіоелектроніки

Вперше термін ” радіоелектроніка ” з'явився років 50 тому. Це означало технічну і наукову інтеграцію двох доти самостійних галузей науки і техніки - радіотехніки і електроніки, - які відокремились від фізики на межі XIX і XX ст. Перша розробляла принципи і пристрої для одержання, передавання (випромінювання), приймання і обробки інформації за допомогою високочас­тотних електромагнітних хвиль. Вона займалася проектуванням, розробкою конструкцій та технологій виготовлення цих пристроїв. Друга - забезпечувала розробку і виготовлення елементної бази (електронних ламп, напівпровіднико­вих приладів, конденсаторів, резисторів тощо) для побудови радіотехнічних пристроїв. Елементи електроніки не мали самостійного функціонального значення. Лише сполучені радіоконструктором у каскади і блоки вони утворювали функціонально самостійні підсилювачі, перетворювачі, генератори електрич­них сигналів тощо.

З появою і розвитком інтегральної та функціональної мікроелектроніки розробка принципів побудови і конструкцій радіотехнічних пристроїв стала справою спеціаліста з електроніки. Тепер в одній мікросхемі, в єдиному технологічному процесі формуються транзистори, резистори і конденсатори, усі допоміжні, основні та узгоджуючі елементи, які визначають режими роботи і технічні параметри цілих блоків і самостійних у функціональному відношенні пристроїв від радіоприймачів до мікропроцесорів. Відбулася не тільки інтеграція окремих радіоелектронних компонентів, але й інтеграція колись самостійних наук, технологій, спеціальностей. До того ж з опануван­ням надвисокими частотами передавання інформації здійснюється не тільки радіотехнічними методами з випромінюванням радіохвиль, а й по кабельних та світловодних мережах.

Радіоелектроніка, умовно кажучи, займає деяке проміжне місце між фундаментальними науками (радіофізикою, фізикою твердого тіла, оптикою) та технічними (електротехнікою, автоматикою, технічною кібернетикою). Умовність такого розподілу підкреслюється саме тим, що у багатьох своїх компонентах вони перетинаються. Відбулося взаємне проникнення методів дослідження, способів побудови, апаратурної реалізації багатьох основних інструментів усіх цих наук.

Так у побудові радіоелектронних приладів широко використовують різні системи автоматичного управління (автоматичне регулювання підсилення, автоматичне підстроювання частоти гетеродина тощо), зміни режиму роботи залежно від зміни параметрів сигналу (наприклад, автоматична зміна режи­му роботи і навіть частоти радіолокатора при застосуванні штучних пере­шкод), цифрові способи селекції та обробки сигналів тощо. З другого боку, радіоелектронні пристрої є складовою частиною багатьох верстатів, прила­дів, систем вимірювання і контролю, систем управління, технологічних процесів тощо.

З розвитком радіоелектроніки від неї відокремились такі нові напрямки науки і техніки, як квантова електроніка, оптоелектроніка, мікроелектроніка, кріогенна електроніка, акусто- і магнітоелектроніка, хемотроніка та ін. Сьогодні досягнення радіоелектроніки широко використовують медицина, економіка, лінгвістика, хімія, біологія, психологія, археологія, астрономія і багато інших багатогалузевих та досить спеціалізованих напрямків наукової і практичної людської діяльності. Кожен з цих напрямків, в свою чергу, має численні розгалуження. У кожній галузі сучасної техніки радіоелектроніка дає потужний поштовх для якісно нового рівня розвитку. Це обумовлено, перш за все, високою швидкодією, точністю і чутливістю її елементної бази - елект­ронних приладів. З їх допомогою досить просто і з дуже високим коефі­цієнтом корисної дії перетворюють інші види енергії на електричну і навпаки. Різноманітні електронні датчики та вимірювальні пристрої дають змогу з високою точністю вимірювати, реєструвати, регулювати зміну різно­манітних неелектричних величин.

Процеси перетворення енергії в пристроях радіоелектроніки відбувають­ся дуже швидко, що зумовлено малою інерційністю її приладів, а чутливість радіоелектронних пристроїв не може бути досягнута ніякими іншими відо­мими людям фізичними способами. Радіоелектроніка оперує електричними сигналами до сотень гігагерц із силою струмів від 10 ^-17 А та напругами від 10 ^-10 В. Так електронні мікроскопи, які збільшують у мільйони разів, дали можливість глибоко вивчити світ атомів, а спеціальні електронні пристрої радіоастрономії відкривають перед людством численні явища Всесвіту, які відбуваються за сотні світлових років від нас.

Багато явищ і процесів навколо нас здійснюються настільки швидко, що людині потрібні пристрої, які б збільшували швидкість реакції. Такими пристроями є сучасні електронні автоматичні пристрої та ЕОМ.

Отже, знання основ радіоелектроніки, вміння грамотно і свідомо експлу­атувати різноманітні радіоелектронні пристрої є не лише невід'ємним елементом фахової підготовки майбутнього спеціаліста у багатьох галузях, але й мірилом його загальнокультурного рівня.

Отже, будь-яке первинне повідомлення може бути пе­ретворене у будь-який із чотирьох наведених вище типів сигналів. Наприклад, первинне повідомлення у вигляді неперервного звукового сигналу можна перетворити:

а) в аналоговий електричний сигнал S_А(t), миттєві зна­чення якого пропорційні силі звуку (рис. 1.1, а);

б) у дискретизований сигнал S _Д (t), який є послідовністю коротких імпульсів, амплітуди яких пропорційні силі звуку в дискретні моменти часу (рис. 1.1, б);

в) у квантований сигнал S _K (t), який є послідовністю стриб­коподібних змін з дозволеними фіксованими значеннями, що відповідають миттєвим значенням звукового сигналу з дея­кою допустимою похибкою (рис. 1.1, в);

г) у цифровий сигнал S _Ц (T), який є послідовністю коротких
імпульсів, амплітуди яких можуть приймати дозволені фіксовані значення, що відповідають миттєвим значенням звукового сигналу з певною допустимою похибкою (рис. 1.1, г).

а)	б)
в)	г)
Рисунок 1.1 – Аналоговий (а), дискретизований (б), квантований (в), та цифровий (г)сигнали, які відповідають одному й тому ж первинному повідомленню

Рисунок 1.2 – Імпульсний високочастотний переносник

На рис. 1.3 показано при­клад амплітудно-модульованого радіосигналу, несуча частота якого ω, а частота модулюючого сигналу Ω.

а)

б)

в)

  Рисунок 1.3 – Спрощена графічна модель амплітудно-модульованого сигналу: сигнал повідомлення (а), несуче коливання (б), модульований сигнал (в)

Процес формування АМ - сигналу зображено нарис. 1.4.

Рисунок 1.4 – Формування АМ- синалу: модулюючий сигнал (а), обгинаючий АМ – сигнал (б), АМ – сигнал (в)

Рисунок 1.5 – Структура каналу радіозвязку

Міжнародними угодами прийнято розподіл за діапазонами згідно з декадним принципом, який наведено в табл. 1.1.

Таблиця 1.1 - Розподіл радіохвиль за діапазонами

Назва хвиль	Застарілий термін	Діапазон хвиль	Діапазон частот	Основні галузі використання
декамегаметрові	-	10 ^5 – 10 ^4км	3 – 30 Гц	Не вико-ристовується
мегаметрові	-	10 ^4 – 10 ^3км	30 – 300 Гц	Не викор.
гектокілометрові	-	10 ^3 – 10 ^2км	0,3 – 3 кГц	Не викор.
декакілометрові	Наддовгі	10 ^2 – 10км	3 – 30 кГц	РН, РЗ, РКК, МС
кілометрові	Довгі	10 – 1 км	30 – 300 кГц	РЗ, РМ, РН
гектометрові	Середні	10 ^3 – 10 ^2м	0,3 – 3 мГц	РЗ, РМ, РН
декаметрові	Короткі	10 ^2 – 10м	3 – 30 МГц	РЗ, РМ, РН, МКЛР
метрові	Ультракороткі	10 – 1 м	30 – 300 МГц	РЗ, ТБ, РА, КЗ
дециметрові	-	10 ^2 – 10см	0,3 – 3 ГГц	РД, РН, ТБ, РРЗ, КЗ, РА, РМД, РФД
сантиметрові	Надвисоко-частотні	10 – 1 см	3 – 30 ГГц	РД, РА, РМД, РРЗ, КЗ
міліметрові	-	10 – 1 мм	30 – 300 ГГц	РД, РА. РС, КЗ
дециміліметрові	Субміліметрові	1 – 0,1 мм	0,3 – 3 ТГц	РС, ДР
світлові	-	Менш за 0,1 мм	Понад 3 ТГц	РЗ, ТБ, Г, КЗЗЗ

Примітка. В таблиці наведено такі позначення: РН – радіонавігація; РЗ – радіозв’язок; РКК – радіорозвідка корисних копалин; МС – метеослужба; РМ – радіомовлення; МКЛР – магістральні космічні лінії радіозв’язку; ТБ – телебачення; РА – радіоастрономія; КЗ – космічний зв'язок; РРЗ – радіорелейний зв'язок; РМД – радіо медицина; РФД – радіофізичні дослідження; РС – радіоспектроскопія; ДР – дослідницькі роботи; Г – голографія; КЗ_ЗЗ – космічний зв'язок за межами Землі.

Рисунок 1.6 – Розповсюдження радіохвиль різної довжини у просторі:   1 – поверхневий промінь, 2, 3. 4 – просторові промені, 5 – приймання на відстані прямого зору

Дата добавления: 2014-01-05