Category Archives: Электроника и электротехника

Электрический зонд давно используется в качестве основного средства диагностики электрофизических характеристик плазменных образований. Изучение этих характеристик становится все более актуальным в связи с возрастающей необходимостью исследования плазменных образований, окружающих космический аппарат на траектории спуска, для решения проблемы обеспечения непрерывной радиосвязи со
спускаемыми космическими аппаратами, так как в этом случае нарушение радиосвязи вызывается наличием слоя плазмы, закрывающей
антенны, на которые работают бортовые радиосистемы.

1. ЗОНДЫ ПРОВОДИМОСТИ
1.1. Классический метод зондовой диагностики
В настоящее время разработаны или интенсивно разрабатываются
методы диагностики плазменной оболочки, окружающей гиперзвуковой
летательный аппарат (ГЛА) в полете. Часть из них представляет собой
модификацию методов, используемых для диагностики лабораторной
плазмы. Следует отметить, что ни один из современных методов диагностики не обеспечивает измерения всех необходимых параметров полетной плазмы в широком диапазоне изменений концентрации электронов и удельных тепловых потоков. Из всех существующих на сегодняшний день методов диагностики прибортовой плазмы аппаратурно реализованы и применяются практически только два радиометрический
и зондовый.

Метод электрических зондов, предложенный впервые Ленгмюром и
Мотт-Смитом в классической работе [1] более 50 лет назад, до сих пор
является одним из основных способов определения параметров низкотемпературной плазмы. Электрические зонды оказались полезными и
для диагностики прибортовой плазмы на спускаемых космических аппаратах [25]. Относительная простота техники зондовых измерений
делает этот метод более предпочтительным по сравнению с другими
известными методами диагностики (СВЧ-методы, оптические).
Метод электрических зондов сохраняет свое значение благодаря тому
важному принципиальному преимуществу практически перед всеми
другими видами диагностики, что он, несмотря на вносимые по сравнению с бесконтактными способами измерения возмущения, дает возможность определять локальные параметры плазмы.
Зондовый метод позволяет определять электронную температуру в
пределах от 0,1 до 1000 эВ и электронные концентрации в пределах от
106 до 1016 см3 [6].
В статьях [7, 8] описаны летные эксперименты, в которых диагностика прибортовой плазмы осуществляется с помощью электрических зондов (проект “RAM” и проект “Трейблайзер-II”). Отмечается, что при
существующей теории электрических зондов и их конструкциях (выступающие, не выступающие) применение их ограничено, начиная с высот
примерно 50 км и ниже, где условия в плазменном слое являются самыми тяжелыми. Однако совершенствование теории, а также

Последнее десятилетие века характеризуется огромными достижениями в области информатики: через глобальную сеть Internet и персональный компьютер информация, накопленная человечеством за тысячелетия, приходит в каждый дом. Необычайно актуальными стали исследования по обработке, преобразованию, передаче по различным каналам связи, эффективному хранению, отображению и восприятию изображений. Изображениями занимаются практически во всех областях
человеческой деятельности. И это понятно, так как именно с помощью
изображений человек получает преобладающее количество информации. В настоящем сборнике представлены результаты фундаментальных исследований человеческого зрения, вопросы теории и практики
автоматического обнаружения и оценивания параметров объектов по
совокупности признаков.
В связи с обострившимися в последнее время проблемами экологии
больших городов, значительное внимание уделяется различным аспектам создания автоматизированных телевизионных информационных систем для панорамного обзора водной поверхности с целью обнаружения и оценки параметров загрязнений. Применение современных высокочувствительных цветных ТВ-камер в сочетании с компьютерами и
разработанным специализированным программным продуктом, предназначенным для функционирования канала передачи и обработки изображения, позволит осуществить круглосуточный оперативный контроль
водной поверхности и на основании полученных данных принять своевременные и адекватные меры по ликвидации аварийных разливов
нефти и других поверхностно-активных веществ.
В сборнике также представлен ряд научных статей, объединенных
тематикой исследования окружающей среды видео- и радиотехническими методами. Использование телевизионных систем в этом случае
оправдано тем, что ТВ-изображения весьма информативны и позволяют оперативно принимать верные решения в сложных ситуациях. Широкое внедрение средств вычислительной техники предопределило содержание многих статей сборника, где наряду с техническими решениями приведены также алгоритмы программ, результаты обработки изображений и математического моделирования на ЭВМ.
Кроме того, в сборнике имеется ряд статей, посвященных традиционной радиотехнической и телевизионной тематике, в том числе оценке разрешающей способности, сжатию видеоинформации, телевидению
повышенной четкости, рир-проекции, качеству воспроизводимых изображений.
Предложенные работы отражают основные современные проблемы
в сфере исследований, связанных с обработкой изображений, и будут
полезны широкому кругу специалистов различных направлений и областей деятельности.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ФИЛЬТРАЦИИ
В ЗРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЕ ЧЕЛОВЕКА
ПРИ НАБЛЮДЕНИИ ЦВЕТНЫХ

Лабораторная работа № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Цель работы: измерение параметров пассивных и активных
элементов, экспериментальная проверка выполнения законов
Кирхгофа, проверка баланса мощности.
Разделы курса, охватываемые работой:
– законы Кирхгофа, Ома, джоуля–Ленца;
– расчет цепей по уравнениям Кирхгофа;
– расчет мощности, баланс мощности.
Литература: [1, с. 141–144, с. 177–184; 4, с. 57–61].

1. Методические указания
Работа выполняется на установке, содержащей источник
постоянной ЭдС, источник постоянного тока и резисторы. На
первом этапе производится измерение параметров источников и
резисторов. Расчетные схемы реальных источников ЭдС и тока
изображены на рис. 1, а, б. Параметры этих источников, т. е.
ЭдС E или ток J и внутреннее сопротивление REи RJ могут быть
определены из данных измерений в режимах холостого хода, короткого замыкания и режима нагрузки источника на произвольное сопротивление R.
В режиме холостого хода (рис. 2, а – внешняя цепь разомкнута) вольтметр покажет величину ЭдС источника напряжения

а)

+

–

E

RE

I

+

UE
–

б)

J

+

–

RJ

I

+

UJ

–

Рис. 1. Источники: а – ЭДС; б – тока

3

а)

Источник

V

б)

Источник

A

в)

Источник V

A

R

Рис. 2. Схемы опытов: а – холостого хода; б – короткого замыкания;
в – произвольной нагрузки источника

Ux.x??E

(1)

или напряжение, связанное с током J источника тока выражением

U
x.x

??R J
J.

(2)

В режиме короткого замыкания (рис. 2, б – внешняя цепь замкнута накоротко через амперметр) амперметр покажет величину тока источника тока

Iк.з?J

(3)

или ток, связанный с ЭдС E источника напряжения выражением

I

к.з

? E.
R

(4)

E
В режиме нагрузки на произвольное сопротивление R измеренные напряжение U и ток I (рис. 2, в) связаны выражением
для источника напряжения

и для источника тока

U E R IE

I JU.

(5)

???R

J

(6)

Чтобы определить параметры любого источника, достаточно
провести любые два опыта из трех. Параметры рассчитываются
по данным измерений из уравнений, соответствующих проведенным опытам. Например, найдя из опытов холостого хода и короткого замыкания Uх.х и Iк.з источника ЭдС из выражений (1)
и (4), получим
E U? х.х;RE?Uх.х.

4

I к.з

Сопротивление резисторов можно определить по данным измерений напряжения U и тока I в схеме (см. рис. 2, в) по формуле
закона Ома
R ??U.(7)
I
Величина R в линейных цепях от тока не зависит, поэтому
опыт можно проводить при произвольной величине напряжения.
На втором этапе производится сборка заданной разветвленной
схемы и измерение токов и напряжений на элементах цепи. Полученные экспериментальные данные должны удовлетворять законам Кирхгофа, которые формулируются следующим образом:
–

Большинство задач было подготовлено ныне покойным Г. Б. Белоцерковским – замечательным педагогом, проработавшим в Ленинградском техникуме авиаприборостроения 35 лет – с 1946 по 1981 годы. Вынужденный уйти из техникума под влиянием сложившейся там обстановки Г. Б. Белоцерковский скончался, оставив после себя 15 изданных
учебников и учебных пособий по различным разделам радиотехники
(его книги издавались в Китае, Испании, Польше, Болгарии), а также
незавершенную и потому неизданную рукопись –    задачник    по курсу
антенн. Эта рукопись, сохранившая свою актуальность и значимость,
после проведения доработки положена в основу настоящего пособия.
Нет никакого сомнения в том, что, готовя этот задачник к изданию
сейчас,    Г.    Б. Белоцерковский включил    бы в него    и новые    задачи по
сложным новейшим антеннам, методы расчета которых опираются на
современную компьютерную технику.
Именно этим задачам посвящены две новые главы (гл. 9 и 10), написанные профессором доктором технических наук В. Н. Красюком при
участии кандидата технических наук Л. А. Федоровой. Наряду с написанием нового материала была выполнена работа по уточнению текста
задач с учетом появившейся за эти годы новой научной и учебно-методической литературы, составлен перечень этой литературы и отредактирован иллюстративный материал.
Задачник будет полезен студентам, изучающим антенную технику, и
инженерно-техническим работникам.

1. КАЧЕСТВЕННЫЕ И КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ АНТЕНН

1.1. Общие сведения об антеннах и их технические показатели
1.1. Описать назначение передающего антенно-фидерного тракта, его
фидера и антенны, изображенных на рис. 1.1, а. Какие функции выполняет антенна, если она непосредственно подключена к радиопередатчику?
Развернутый ответ. Передающий антенно-фидерный тракт предназначен для преобразования модулированного тока высокой частоты в
свободные электромагнитные волны без искажений закона модуляции.
Если антенна непосредственно подключена к радиопередатчику 1, то
эта задача полностью решается антенной. Если же передатчик 1 соединяется с передающей антенной через фидер 2, то сначала фидер подводит ток высокой частоты к антенне 3 в виде направляемых (канализируемых) электромагнитных волн, а антенна их излучает, т. е. преобразует в свободные электромагнитные волны.
1.2. Сформулировать назначение приемной антенны 4 (рис. 1.1, б)
для двух случаев: антенна непосредственно подключена к радиоприемнику 6; антенна соединяется через фидер 5 с приемником.

а)

Передатчик
1

Фидер
2

3

б)
Рис. 1.1

4

Фидер
5

Приемник
6

1.3. Какого порядка относительные размеры слабонаправленных, умеренно направленных и остронаправленных антенн?
1.4. Дать классификацию антенн по принципу действия и

4. АНТЕННЫ УЛЬТРАКОРОТКИХ ВОЛН

4.1. Антенна типа «волновой канал»
4.1. Описать схему директорной антенны (типа “волновой канал”) и
принцип получения в ней однонаправ
ленного излучения. Почему в антенну “волновой канал” (рис. 4.1) вводят
несколько директоров  (Д1,Д2,Д3)    и
только один рефлектор (Р)
4.2.    Рассмотреть    антенну    типа

Y

0

X

A

Директоры
Д1Д2Д3

Z

“волновой канал” как линейную решетку бегущей волны с замедленной
фазовой скоростью и осевым излучением.    С помощью    ДН и векторных

d    d

Рис. 4.1

диаграмм показать, что рефлектор должен обладать реактивным сопротивлением индуктивного характера, а директор – емкостного.
4.3. Написать и обосновать формулы КНД и ширины ДН директорной антенны. Отметить ее достоинства, недостатки и области применения.
4.4. Антенна типа “волновой канал” состоит из активного вибратора, рефлектора и трех директоров и имеет общую длину lA = 6 м. Длина
волны  = 6 м. Определить КНД антенны D.
Решение. КНД антенны типа «волновой канал» с оптимальной длиной lAрассчитывается по формуле
l
D k7 6 7,A1

где k1 = 5–10, коэффициент, зависящий от числа вибраторов.
4.5. Рассчитать ДН в Е- и Н-плоскостях линейной системы излучателей, состоящей из двух параллельных симметричных вибраторов длиной 2l = /2, расположенных на расстоянии d = /4 друг от друга и питаемых токами одинаковой амплитуды, но со сдвигом по фазе  = /2 (система антенна-рефлектор).
Решение. ДН линейной системы излучателей по теореме перемножения определяется произведением функции направленности одного излучателя f1() на множитель решетки fn() из n излучателей. Используя
данные задачи, получим выражения для множителя решетки.

Поскольку ДН вибратора    в Н-плоскости определяется выражением
f1H() = 1, вибратор излучает во все стороны равномерно, то выражение
(4.1) соответствует функции направленности системы А-Р в H-плоскости.
Расчет функции    направленности    по    выражению (4.1)    приведен в
табл. 4.1.
Таблица 4.1

0

0

20    30    40    50    60    70    80    90

fn=2()
0
fn=2()

1    0,999 0,994 0,983 0,961 0,924 0,869 0,797 0,707
Окончание табл. 4.1
100    110    120    130    140    150    160    170    180
0,604 0,494 0,383 0,277 0,183 0,105 0,047 0,012    0

Расчет функции направленности вибратора по выражению (4.2) приведен в табл. 4.2.
Таблица 4.2

0

0

10    20    30    40    50    60    70    80    90

62

f1E()

1    0,98 0,92 0,82 0,69 0,56 0,42 0,28    0,13    0

0

0

20

30

40

50

60

70

Таблица 4.3
80    90

fл.с()    1    0,913    0,812    0,683    0,537    0,386    0,24    0,109    0
Окончание табл. 4.3
0100    110    120    130    140    150    160    170    180
fл.с()    –0,083 –0,136 –0,160 –0,155 –0,127 –0,086 –0,043 –0,012    0

Рефлектор

x
/4

Антенна

z

A

f1E()

/4

fn = 2()

Рис. 4.2

fл.с()=f1E()fn= 2()

Результаты перемножения приведенных в таблицах функций сведены в табл. 4.3 и являются искомой функцией направленности

8. АНТЕННЫЕ РЕШЕТКИ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ
СКАНИРОВНИЕМ ЛУЧА

8.1. Общие сведения о ФАР
8.1. Дать определение понятий: антенная решетка (АР) с электрическим сканированием  (ЭС), фазированная антенная решетка  (ФАР), АР с
частотным сканированием и АР с комбинированным сканированием.
8.2. Перечислить остальные признаки классификации и области применения АР.
8.3. Составить обобщенную структурную схему АР–ЭС и сформулировать функции входящих в нее делителей мощности (ДМ), устройства
управления (УУ) и ЭВМ.
8.4. Оценить возможности АР–ЭС на примере использования их в
многоцелевых РЛС. Отметить какие свойства АР–ЭС сообщают РЛС
большую дальность действия, высокие точность измерения и разрешающую способность по угловым координатам, возможность совершать
обзор пространства по жесткой или гибкой программе и т.п. Привести
примеры обзора по гибкой программе. Сравнить инерционность механического, электромеханического и электрического сканирования.
8.5. Рассмотреть принцип действия ФАР. Обосновать (математически и физически), почему луч ФАР всегда отклоняется в сторону отставания фазы, возбуждающей элементы решетки.
8.6. На рис. 8.1 показаны нормированные ДН идеального и реального одиночных излучателей, множителя решетки и всей АР с учетом ДН
одиночного излучателя. Указать, какими цифрами обозначены перечис
6

1

1    4
5

2
3

5

0

5

2

3

1
2

130

Рис. 8.1

ленные ДН, а также основной лепесток и дифракционные (побочные)
лепестки множителя решетки
8.7. Описать, как подбором относительного шага решетки d можно
повлиять на    дифракционные максимумы ДН ФАР.    Рассмотреть част
ные случаи:

d ;    d

d

0,75 ; 0,5 .

8.8. Вывести формулу единственности главного лепестка ДН.
8.9. Вывести формулы минимально допустимого числа изотропных
излучателей ФАР.
8.10. Описать нормированную ДН линейной равномерной эквидистантной ФАР, получаемую в случае слабонаправленных излучателей.
8.11. Рассчитать ДН в горизонтальной плоскости линейной системы
синфазных излучателей, состоящей из восьми полуволновых вибраторов (n = 8) на расстоянии /2 друг от друга (рис. 8.2, а).

а)

x
1
2
3
4

б)

285°

300° 315°

x

330°345°0°15°30°    45°    60°

75°

90°

5
6
7
8

y

270°
255°

240° 225°210°195°180°150°    120°
Рис. 8.2

105°

y

Решение. ДН рассчитывается по уравнению

cos    cos    si

co

fл.с        f1

2

i

2

.

sin     co

2

Антенна    не    излучает    в    направлениях,    соответствующих
2 p    

co

0

,

n4где p = 1, 2, 3, 4.
Отсюда
00 ; 41 36 ; 60 ; 75 34 .

131

Результаты расчета ДН приведены в табл. 8.1.

Таблица 8.1

, град

90

85

80

70

65

60

50

45

f1()

1,0    0,996    0,978    0,923    0,87    0,817    0,695    0,629

fn()

1,0

0,82    0,39    –0,225    –0,17

0

0,14    0,094

fл.с()

1,0

0,81    0,38    –0,205 –0,143    0

0,1    0,045

Нормированная ДН линейной системы

Введение …………………..    4
1. Построение сетей связи ……………..    6
1.1. Сети связи как системы массового обслуживания ….    6
1.2. Сетевые топологии систем связи ……….    8
1.3. Структура сетей мобильной связи ………..    11
1.4. Понятие о модели взаимодействия в системах связи …    13
1.5. Классификационные признаки систем мобильной связи …    14
1.6. Особенности радиоканалов мобильной связи ……    15
2. Транкинговые системы связи ……………    17
2.1. Принципы построения транкинговых систем связи ….    17
2.2. Структурное построение транкинговых радиосистем …    19
2.3. Общеевропейская транкинговая система стандарта TETRA .    22
2.4. Структурная схема мобильной станции цифровой технологии
ASTRO ………………….    25
3. Системы персонального радиовызова ………..    29
3.1. Особенности систем персонального радиовызова ……    29
3.2. Характеристики пейджинговых сетей связи ……..    31
3.3. Международный пейджинговый стандарт POCSAG ……    33
3.4. Структурная схема цифрового пейджера …….    35
4. Системы сотовой связи ……………    39
4.1. История развития систем сотовой связи ……..    39
4.2. Состав сетей сотовой связи …………    42
4.3. Структурная схема мобильной станции ………    44
4.4. Структурная схема базовой станции ………..    46
4.5. Структурная схема центра коммутации ……..    47
4.6. Формирование радиоканалов в стандартах GSM …….    49
4.7. Формирование цифровых кадров в стандарте GSM900 …    51
4.8. Кодирование речевых сообщений …………    53
4.9. Канальное кодирование в стандарте GSM …….    57
4.10. Защита и безопасность информации ………    60
4.11. Модуляция сигналов в системах сотовой связи ……    62
5. Бесшнуровые телефоны стандарта DECT ………    66
5.1. Архитектура систем DECT …………    66
5.2. Технические характеристики и принципы работы ……    68
5.3. Формат кадра DECT ……………    69
5.4. Установление связи в системе DECT ………..    73
6. Технология беспроводной передачи данных Bluetooth ……    74
6.1. Технические характеристики ………….    74
6.2. Структура пакетов Bluetooth ………….    76
6.3. Структурная схема устройства Bluetooth ……..    78
Заключение ………………….    80
Рекомендуемая литература ……………    81

ВВЕДЕНИЕ

В конце XX столетия практически произошла информационная
революция, приведшая к возникновению и повсеместному