Введение

В решениях XXVII съезда КПСС и в Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986—1990 годы и на период до 2000 года определен стратегический курс научно-технического прогресса. К числу важных областей наукн и техники, достижения которых непосредственно способствуют росту материального и культурного уровня общества, принадлежит радиотехника.

Радиотехника — научно-техническая область, задачами которой являются:

1) изучение принципов генерации, усиления, излучения и приема электромагнитных колебаний и волн, относящихся к радиодиапазону;

2) практическое использование этих колебаний и волн для целей передачи, хранения и преобразования информации.

На первоначальном этапе своего развития вслед за изобретением радио (А. С. Попов, 1895 г.) радиотехника решала преимущественно проблемы электросвязи, используя электромагнитные колебания с длинами волн в несколько сотеи или тысяч метров. В настоящее время круг применений радиотехники необычайно расширился. Радиосвязь, телевидение, радиоуправление, радиолокация, радионавигация, радиотехнические методы в биологии, медицине, геофизике — таков далеко не полный перечень отраслей радиотехники.

Науку, занимающуюся изучением физических осиов радиотехники, называют радиофизикой. Радиофизика — быстро развивающаяся ветвь прикладного естествознания, тесно связанная с такими фундаментальными областями, как квантовая механика, физика твердого тела и др.

Проникновение радиотехники в смежные областй (электронику, вычислительную технику) обусловило возникновение широкой научно-технической области, получившей собирательное название радиоэлектроники.

Радиотехника и радиоэлектроника получили всестороннее развитие в нашей стране. Большой общепризнанный вклад в фундаментальные основы радиотехники внесли советские ученые — академики Л. И. Мандельштам, Н. Д. Папалекси, В. А Фок, А. И. Берг, В. А. Котельников и многие другие.

Как известно читателю из курса «Введение в специальность», передача сообщения от источника к получателю с помощью радиотехнических методов осуществляется по радиоканалу. Основные элементы радиоканала — передатчик, приемник и физическая среда, в которой происходит распространение электромагнитных волн. Средой распространения может быть как свободное пространство, так и специальные технические устройства — волноводы, кабели и другие линии передачи.

Сигнал, поступающий от первичного источника сообщений, на передающей стороне радиоканала с помощью микрофона, передающей телевизионной камеры или других подобных устройств преобразуется в электрические колебания. Эти колебания не могут быть непосредственно использованы для возбуждения электромагнитных волн ввиду их относительной низкочастотности. Поэтому в радиотехнике применяют способы передачи сигналов, основанные на том, что низкочастотные колебания, содержащие исходное сообщение, с помощью специальных устройств управляют параметрами достаточно мощного несущего колебания, частота которого лежит в радиодиапазоие. Процесс подобного преобразования сигналов называют модуляцией несущего колебания.

Модулированный сигнал излучается антенной передатчика Возбужденные при этом электромагнитные волны вызывают появление в аитеиие приемника радиосигнала, уровень которого обычно весьма мал. После частотной фильтрации и усиления принятый сигнал должен быть подвергнут демодуляции (детектированию) — операции, обратной по отношению к модуляции. В результате на выходе приемника возникает колебание, являющееся копией переданного исходного сообщения.

Приведенное описание принципа функционирования простейшего радиоканала подчеркивает, что передача сообщений по радиоканалу сопровождается разнообразными преобразованиями сигналов. Эти преобразования осуществляются посредством соответствующих физических систем — радиотехнических цепей. Каждая радиотехническая цепь выполняет определенную операцию над сигналами, характер которой целиком зависит от внутренней структуры цепи. Так, принято различать усилители, фильтрующие частотно-избирательные системы, преобразователи формы электрических колебаний, модуляторы, детекторы и многие другие виды радиотехнических цепей, рассматриваемые в данном курсе.

В любом реальном радиоканале помимо полезного сигнала неизбежно присутствуют помехи, возникающие по многим причинам, — из-за хаотического теплового движения электронов в элементах цепей, несовершенства контактов в аппаратуре, влияния соседних радиоканалов с близким несущими частотами, наличия в пространстве шумового космического радиоизлучения и т. д. Способность радиотехнических средств передачи информации противодействовать вредному влиянию помех и обеспечивать высокую верность передачи называют помехоустойчивостью. В современной радиотехнике задача создания помехоустойчивых систем является одной из пентральных. Отдельная отрасль, получившая название статистической радиотехники и базирующаяся на вероятностных методах, занимается теорией и практикой построения таких систем. Одним из наиболее действенных путей достижения высокой помехоустойчивости является использование совершенных видов модуляции сигналов и, в частности, помехоустойчивого кодирования сообщений.

Итак, в курсе «Радиотехнические цепи и сигналы» изучаются следующие основные вопросы:

1) свойства разнообразных полезных сигналов и помех, а также принципы их математического описания;

2) свойства физических систем, выполняющих роль радиотехнических цепей;

3) методы анализа преобразований сигналов в радиотехнических цепях, способы построения основных видов цепей;

4) приемы синтеза радиотехнических цепей с заданными свойствами.

В наши дни радиотехника является бурно развивающейся научно-прикладной областью. Говоря о ближайших перспективах ее развития, следует подчеркнуть тенденцию перехода ко все более высокочастотным диапазонам электромагнитных колебаний и волн. Так, колебания сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона, ранее применявшиеся в основном в радиолокации, стали широко использоваться в телевизионных, связных и телеметрических радиоканалах. Достигнуты большие успехи в создании лазерных линий связи с несущими частотами, лежащими в. световом и инфракрасном диапазонах.

Быстрыми темпами развивается элементная база радиотехники и радиоэлектроники. Если традиционные радиотехнические цепи представляли собой почти исключительно комбинации линейных и нелинейных электрических цепей, то сейчас интенсивно исследуются и внедряются в практику функциональные устройства и системы, производящие обработку сигналов за счет специфических волновых и колебательных явлений в твердых телах — полупроводниках, диэлектриках и магнитных материалах. Огромную роль в современной радиотехнике играют изделия микроэлектронной технологии. Доступные, недорогие, надежные и быстродействующие интегральные микросхемы решающим образом изменили облик многих областей радиотехники. Микроэлектроника обусловила широкий переход к принципиально новым цифровым способам обработки и преобразования радиотехнических сигналов.

Есть все основания ожрдать, что отрасли радиотехники будут и впредь расширяться и развиваться на базе прогресса во многих смежных областях науки и техники.