CC BY
25
Радиоэлектроника, связь, информационно-измерительная
техника
В. А. АРЖАНОВ 7 мдя . ДЕНЬ РАДИО
104 года прошло с того момента, когда впервые в мире русский ученый A.C. Попов передал информацию без проводов на большое расстояние. Тем самым было положено начало развитию радиотехники, которая стала мощным рычагом технического прогресса во многих сферах человеческой деятельности.
Радиовещание и телевидение, радиорелейная связь и спутниковые системы связи, радиолокация и радионавигация, радиоастрономия и автоматизация управления всеми видами транспорта - далеко не полный перечень направлений науки и техники, где используются принципы радиотехники.
Приближаясь к новому тысячелетию, радиотехника интенсивно наращивает темпы своего развития. Реализуются новые тенденции, наметившиеся еще тридцать и двадцать лет назад. Одним из важнейших этапов современности является развитие электроники, неразрывно связанной с радиотехникой, - радиоэлектроники.
В результате расширения частотного диапазона, синтеза достижений различных областей науки и техники, прежде всего квантовой электроники и микроэлектроники, появилось и успешно развивается новое направление -оптоэлектроника. Повышенный интерес специалистов к оптоэлектронике объясняется тем, что оптический диапазон в десятки тысяч раз шире используемого в настоящее время радиодиапазона, а также появляются почти неограниченные возможности разделения потоков информации не только по частоте и времени, но и в пространстве благодаря передаче световых потоков по многим параллельным каналам.
В 70-е годы раскрылись огромные возможности волоконно-оптических линий, обладающих колоссальной пропускной способностью и не требующих применения дефицитных материалов. Кроме этого, волоконные световоды лучше других защищены от внешних электромагнитных воздействий.
Последовательные взаимные преобразования электрических (электронных) и акустических процессов, несущих в себе передаваемые или обрабатываемые сигналы, предполагаются в другом новом направлении - акусто-электронике.
На акустических волнах, возбуждаемых в кристалле благодаря пьезоэлектрическому эффекту, основана кварцевая стабилизация частоты. Благодаря кварцевым генераторам и синтезаторам частот совершенно по-новому стали проектировать задающие генераторы радиопередатчиков и систему настройки радиоприемных устройств.
Благодаря микроэлектронике новая техника управления частотами перенесена из профессиональной радиоаппаратуры в бытовые приемники звукового и телевизи-
онного вещания. В новейших приемниках внедрены электронные устройства автоматической наг.гройки с буквенно-цифровой индикацией частот и названий принимаемых радиостанций.
Одно из новых направлений, позиции которого в радиоэлектронике быстро крепнут в последние годы, - использование приборов с зарядовой связью (ПЗС). Управление электрическими зарядами значительно расширяет функциональные возможности микроэлектроники в радиотехнических устройствах.
Важным достижением радиоэлектроники является создание фазированных антенных решеток (ФАР), которые благодаря интегрированию в едином устройстве множества миниатюрных антенных элементов, усилителей и фазовращателей, программно управляющих и решающих цифровых электронных устройств, существенно повысили пропускную способность, оперативность и надежность спутниковой связи. ФАР позволяет получить пространственную диаграмму излучения или приема с несколькими независимыми узкими лучами с возможностью очень быстрого (микросекунды) переключения направления лучей. Одна ФАР, по существу, заменяет несколько независимых антенн.
Наряду с существующими высокоэффективными глобальными системами радиосвязи, спутниковыми системами в метеослужбе, разведке ресурсов земли, навигации, геодезии и т. д., появились новые чисто радиотехнические комплексы в медицине, дающие значительный эффект при исследовании пациентов, повышении точности диагностики и в терапии тяжелых заболеваний.
Наибольшее социальное значение сохраняет радиосвязь, требования к которой непрерывно растут, обуславливая необходимость дальнейшего расширения используемых частотных диапазонов. Во всех системах радиосвязи - от космической до производственной - интенсивно разрабатываются новые сложные радиоэлектронные устройства с большими техническими возможностями.
Современные спутниковые радиосистемы большой емкости в сочетании с густой сетью волоконно-оптических линий и другими системами позволяют образовать в недалекой перспективе стационарную общероссийскую систему средств связи, в том числе перейти и к всеобщей персональной телефонной связи. Со временем каждый человек независимо от места нахождения сможет в любой момент времени переговорить по телефону. Естественно, что создание такой системы потребует решения проблемы поиска абонента, вызова и коммутации радиоэлектронными средствами.
В развитии радиотехники принимают активное участие и ученые Омского государственного технического уни-
версит'ета, где осуществляется подготовка радиоинженеров по нескольким специальностям, а именно: радиотех-ника-200700; проектирование и технология радиоэлектронной аппаратуры-200800; средства связи с подвижными объектами-201200.
За прошедшие годы со дня основания радиотехнического факультета (первый набор студентов был осуществлен в 1961 году) для предприятий г. Омска и ЗападноСибирского региона подготовлено более 5000 специалистов радиотехнического профиля. Многие из выпускников занимают ответственные руководящие должности На предприятиях (ведущие специалисты, начальники лабораторий, цехов, главные инженеры и их заместители).
Высокая оценка выпускников подтверждается многочисленными положительными отзывами, а также постоянными заказами на индивидуальную подготовку специалистов с оформлением трехсторонних договоров: вуз- студент- предприятие.
Качественной подготовке специалистов способствует высококвалифицированный преподавательский состав радиотехнического факультета, на 5-ти кафедрах которо-
го работают 8 докторов наук, профессоров.
Разработки ученых радиотехнического факультета нашли применение во многих отраслях народного хозяйства: космическая техника, диагностическая аппаратура, средства измерения и контроля.
В частности, на кафедре «Радиотехнические устройства и системы диагностики» (РТУ и СД) сложился творческий коллектив, занимающийся решением вопросов кварцевой стабилизации частоты. Результаты этих работ неоднократно докладывались на международных симпозиумах в России, США, Франции. Недавно с докладами по высокостабильным кварцевым генераторам выступали в Париже на международном симпозиуме сотрудники кафедры РТУ и СД Косых A.B., Лепетаев А.Н., Ионов Б.П.
Роль радио в научно-техническом прогрессе и в развитии культуры человеческого общества в целом не уменьшится и в новом столетии. Поэтому радиотехнический факультет ОмГТУ с уверенностью и оптимизмом смотрит в будущее и готов к расширению направлений специализации радиотехнического профиля.
а
Ю. М. ВЕШКУРЦЕВ
ОмГТУ
УДК 621.396.1
СЛУЧАЙНЫЕ ПРОЦЕССЫ: ПАРАМЕТРЫ, ХАРАКТЕРИСТИКИ
ВДАННОЙРАБОТЕ ИЗЛАГАЕТСЯ СОДЕРЖАНИЕ ГЛАВЫ КНИГИ АВТОРА "ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКАЯ ФУНКЦИЯ В РАДИОПРИБОРОСТРОЕНИИ". ОНА ПОСВЯЩЕНА ПОСТРОЕНИЮ ТЕОРИИ С ПОМОЩЬЮ ИЗВЕСТНОЙ ФУНКЦИИ, КОТОРАЯ В 1902 ГОДУ ПРЕДЛОЖЕНА А.М. ЛЯПУНОВЫМ ДЛЯ ДОКАЗА ТЕЛЬСТВА ТЕОРЕМЫ О ПРЕДЕЛЕ ВЕРОЯТНОСТИ И СПУСТЯ 50 ЛЕТ РЕКОМЕНДОВА НА ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ПРИКЛАДНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ. В НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ МОЖНО ГОВОРИТЬ О ВИРТУАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИОМЕТРАХ, ТО ЕСТЬ О ПРИБОРАХДПЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЗНАЧЕНИЙ ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОЙ ФУНКЦИИ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ. В РАДИОТЕХНИКЕ ТАКИЕ ПРИБОРЫ НЕОБХОДИМЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЕРОЯТНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИГНАЛОВ И ПОМЕХ.
1.1 СЛУЧАЙНЫЕ ПРОЦЕССЫ И СИГНАЛЫ
В радиотехнике широко используются сигналы, которые делят на детерминированные и недетерминированные, т.е. случайные сигналы. По общепринятому определению сигнал есть физический процесс, несущий информацию о состоянии объекта наблюдения. При отсутствии знаний о начальном состоянии объекта любое его хаотическое изменение под одновременным действием разнообразных факторов (температуры, давления, влажности, радиации и т.д.) является для нас неожиданным (случайным). И как результат этого, физический процесс получается тоже случайным. В частном случае, когда состояние объекта определено однозначно и изменяется по известному закону, физический процесс является детерминированным. Термины «процесс» и «сигнал» будем употреблять равноправно, хотя, как это следует из определения, сигнал служит для регистрации и передачи информации. На данном этапе исследований речь об изучении информации у нас не идет.
Для аналитического описания физического процесса создают разные математические модели. Модель сигнала представим формулой
u{t) = [/(/) • cosФ(/) = U(0 • Reем>), d-D
распространенной в статистической радиотехнике и достаточно полно описывающей конечный результат физического процесса управления параметрами гармонического колебания в радиотехнических целях, системах связи, плазме ионосферы Земли, радиотехнических системах траек-торных измерений ракет и космических объектов. Сигнал (1.1) содержит U(t) - огибающую (амплитуду), F(t) - мгновенную фазу, производную которой co(t) = / dt называют мгновенной частотой. Эта модель удобна обобщенностью представления огибающей и фазы, которая желательна для фундаментальных исследований, т.к. позволяет учесть широкий круг начальных условий. Обозначения U(t), F(t), o)(t) следует понимать как случайные функции времени. Тогда сам сигнал (1.1) будет также случайным.
При расчете огибающей и мгновенной фазы сигнала широко используется в литературе [1] понятие так называ-
(1.2)
емого аналитического сигнала
ч?{1) = и{1)ет,) =и{1) + ;у(0.
где У\Х) -сопряженный сигнал по отношению к исходному колебанию Тогда огибающая (амплитуда), мгновенная фаза и частота сигнала равны [1].
/7(0 = 4u2{t) + v2{t)
со(0 = [КО • U(t) - u(t) • v(0]/ и2 (t) (1.3)
ч v(0 u(t)
Ф(0 = arctg-= arccos- -
V 7 6 u{t) U{t)
■ v(0 = arcsin
U(t)
где точка сверху обозначает производную функции по времени. Сопряженный сигнал в формулах (1.2), (1.3) связан с сигналом и(1) преобразованием Гильберта
dx
, Ч 1 Г ф) л / ч 1 Г у(х)
в котором интегралы понимаются в смысле главного значения Коши, т.е.
u(t) = - lim
к
ст->0
x-t
Г4-СТ X t
Полезные свойства преобразования Гильберта перечислены в методических указаниях [1], из которых следует, что приведение функции у(/) в соответствие функции
¡ь.
I
1
0
R §
2
1
а
I 1
