Современной радиотехники

В современной радиотехнике симметричная двухпроводная линия применяется ограниченно ввиду того, что часть передаваемой энергии неизбежно излучается в окружающее пространство.

В современной радиотехнике широко используются антенны направленного действия. Такие антенны при передаче излучают радиополны в разных направлениях с различной интенсивностью. Эти же антенны при радиоприеме с различной эффективностью принимают радиоволны, приходящие с разных направлений. Обратимость передающей и приемной антенн проявляется еще и в том, что они имеют одинаковые диаграммы направленности, т. е. диаграммы, показывающие интенсивность излучения или эффективность приема в разных направлениях.

Переходные процессы в радиотехнических схемах играют весьма важную роль в современной радиотехнике. Особо большое значение имеет анализ переходных процессов в радиотехнических схемах, применяемых в радиолокации, телевидении и импульсной технике.

R современной радиотехнике представление колебаний в комплексной форме получило дальнейшее развитие и распространено на негармонические колебания.

Важным направлением в современной радиотехнике являются им-пульсньи системы радиосвязи. Применение импульсных методов позволяет осуществить многоканальную радиосвязь с разделением каналов во времени. Наряду с этим главным преимуществом импульсные методы облегчают применение разнообразных видов модуляции, повышающих помехоустойчивость связи.

В современной радиотехнике представление колебаний в комплексной форме получило дальнейшее развитие и распространено на негармонические колебания.

, Однако и этот метод становится уже невозможным в тех случаях, когда длина электромагнитной волны в диэлектрике сравнима с размерами устройств во всех направлениях. С такими условиями мы встречаемся в технике ультракоротких волн, длины которых измеряются сантиметрами и которые находят широкое применение в современной радиотехнике. При столь быстрых процессах уже невозможно характеризовать устройство определенными параметрами: индуктивностью, емкостью и сопротивлением. Невозможно говорить также и о параметрах, распределенных вдоль какого-то одного направления. Электрические колебательные системы при столь коротких волнах приобретают весьма своеобразный вид — это полые металлические тела, внутри полостей которых возбуждаются электромагнитные волны в диэлектрике, многократно отра-, жающиеся от стенок тел. В таких системах возможна настройка в резонанс, причем резонансные частоты определяются размерами и формой тел. Весьма своеобразную форму принимают при столь коротких волнах и устройства, служащие для передачи электромагнитной энергии, получившие название волноводов. Это металлические трубы, внутри которых распространяются электромагнитные волны в направлении осей труб. По отношению к подобным устройствам затруднительно применение понятия электрической цепи в его обычном смысле. Для расчета электромагнитных процессов в подобных системах необходимо прибегать к решению уравнений электромагнитного поля с учетом соответствующих граничных условий.

Однако и этот метод становится уже невозможным в тех случаях, когда длина электромагнитной волны в диэлектрике сравнима с размерами устройств во всех направлениях. С такими условиями мы встречаемся в технике ультракоротких волн, длины которых измеряются сантиметрами и которые находят широкое применение в современной радиотехнике. При столь быстрых процессах уже невозможно характеризовать устройство определенными параметрами: индуктивностью, емкостью и сопротивлением. Невозможно говорить также и о параметрах, распределенных вдоль какого-то одного направления. Электрические колебательные системы при столь коротких волнах приобретают весьма своеобразный вид — это полые металлические тела, внутри полостей которых возбуждаются электромагнитные волны в диэлектрике, многократно отражающиеся от стенок тел. В таких системах возможна настройка в резонанс, причем резонансные частоты определяются размерами и формой тел. Весьма своеобразную форму принимают при столь коротких волнах и устройства, служащие для передачи электромагнитной энергии, получившие название волноводов. Это — металлические трубы, внутри которых распространяются электромагнитные волны в направлении осей труб. По отношению к подобным устройствам затруднительно

Существование скин-эффекта всегда учитывают в технике быстро-переменных токов. Так как такие токи практически не идут в глубине проводника, то линии для них собирают из полых труб. В современной радиотехнике сверхвысоких частот многие детали (волноводы, коаксиальные линии) покрывают тонким, хорошо проводящим слоем серебра, так как их сопротивление практически обусловлено только поверхностным слоем.

термоэлектроны (анод). Подобные лампы получили широкое применение в современной радиотехнике для выпрямления переменных токов (так называемые вакуумные диоды, см. § 173). Аноду диода чаще всего придают форму цилиндра, внутри которого расположен накаливаемый катод.

Наряду с трехэлектродными электронными лампами (триодами) в современной радиотехнике широко применяются электронные лампы, имеющие несколько сеток. Рассмотрим кратко, в чем заключается смысл применения дополнительных сеток.

Отметим, что магнетроны представляют интерес не только для определения удельного заряда электронов. Как показали впервые в 1936 — 1937 гг. Н. Ф. Алексеев и Д. Е. Маляров, магнетроны могут быть использованы для генерации мощных электрических колебаний и притом такой высокой частоты, которая недостижима с сеточными электронными лампами. Поэтому магнетроны (правда, несколько измененного устройства) играют выдающуюся роль в современной радиотехнике сверхвысоких частот.

В настоящем учебном пособии систематически излагается теория распределенных радиотехнических цепей. Материал книги тесно связан со специфическими задачами современной радиотехники и радиоэлектроники. Содержание пособия соответствует разделам курсов «Основы теории цепей» и «Техника сверхвысоких частот» действующих программ MB и ССО СССР для радиотехнических специальностей.

Каждая глава содержит задачи и ответы к ним. Одни задачи приведены для того, чтобы студент мог самостоятельно контролировать -качество усвоения учебного материала, другие содержат информацию, которая позволяет связать теоретические положения с практическими проблемами современной радиотехники. Это должно способствовать выработке у студентов навыков самостоятельной творческой работы,- что на сегодняшнем этапе развития советской высшей школы приобретает особое значение в свете решений XXV съезда КПСС о развитии научной работы в вузах.

Нестационарные процессы в нагруженном отрезке линии передачи при нулевых начальных условиях. Для ряда областей современной радиотехники, имеющих дело с импульсными колебаниями на-носекундной длительности, характерна такая постановка задачи. Отрезок линии передачи без потерь имеет длину / и волновое сопротивление ZB. На одном конце при 2=0 включен источник э. д. с. e(t), создающий импульс произвольной формы. Другой конец линии нагружен на некоторое сопротивление ZH. К началу действия импульса, т. е. при / = 0, система находится в покое, так что u(z, 0) =i(z, 0) =0. Полагаем, что все реактивные элементы, относящиеся к нагрузке, свободны вначале от запаса электромагнитной энергии. Требуется вычислить форму импульсного колебания, существующего на нагрузке.

Значительным достижением современной радиотехники является создание общей теории построения наилучших (оптимальных) систем. Эту теорию называют еще статистической, так как она основана на вероятностном подходе, вследствие принципиальной необходимости учета помех. (Если бы помех не было, то можно было бы построить систему передачи на любое расстояние при сколь угодно малых мощностях: достаточно было бы только создать в точке приема необходимое усиление.)

Другой важной тенденцией современной радиотехники является поиск и использование сигналов со специальными законами дискретной пространственно-временной модуляции и адекватных способов их пространственно-временной обработки с применением ЭВМ.

Тремя китами современной радиотехники являются принципы радиопередачи сигналов, которые впервые были реализованы в системе радиотелеграфии А. С. Попова.

Второй отраслью современной радиотехники является телевидение, которое осуществляет передачу и прием изображений с помощью радиотехнических средств.

Третьей отраслью современной радиотехники является радиотелемеханика.

Изложены основы современной радиотехники и электроники, начиная от устройства и принципов действия основных полупроводниковых приборов и интегральных микросхем до принципов построения сложных информационно-измерительных систем, выполненных на основе микропроцессоров и микроЭВМ. В четвертом издании (3-е изд. — 1984) особое внимание уделено принципам и работе основных цифровых функциональных элементов, узлов и блоков электронных систем.

Менее чем за 100 лет после изобретения радио в 1895 г. русским ученым А. С. Поповым радиотехника проникла во все области народного хозяйства. Связь, телевидение, радиолокация, телеуправление, разведка недр земли — далеко не полный перечень областей применения современной радиотехники. Одно из крупнейших событий двадцатого века — полет в 1961 г. первого космического корабля с космонавтом Ю. А. Гагариным было бы не-воз*шжн6"без высокого уровня развития радиотехники.

Однако упомянутыми применениями далеко не исчерпываются все возможности современной радиотехники. С проникновением радиометодов в давно существующие науки качественно изменился характер последних. Возникли новые науки, такие, как радиофизика, радиоастрономия и др.