Сигналы и процессы в радиоэлектронике

СИГНАЛЫ И ПРОЦЕССЫ 
В РАДИОЭЛЕКТРОНИКЕ

Ю.Б. ГИМПИЛЕВИЧ

Рекомендовано
Учебно-методическим объединением
для бакалавров высших учебных заведений, 
обучающихся по направлениям и специальностям 
УГСН 11.00.00 «Электроника, радиотехника и системы связи»

Москва
ИНФРА-М
2024

УЧЕБНИК

УДК 621.396.1(075.8)
ББК 32.841я73
 
Г48

Р е ц е н з е н т ы:

В.А. Обуховец, доктор технических наук, профессор, профессор ка
федры антенн и радиопередающих устройств Южного федерального 
университета;

В.В. Старостенко, доктор технических наук, профессор, заведу
ющий кафедрой радиофизики и электроники Крымского федерального университета имени В.И. Вернадского

ISBN 978-5-16-017413-6 (print)
ISBN 978-5-16-109897-4 (online)
© Гимпилевич Ю.Б., 2024

Гимпилевич Ю.Б.

Г48 
 
Сигналы и процессы в радиоэлектронике : учебник / Ю.Б. Гимпиле
вич. — Москва : ИНФРА-М, 2024. — 245 с. — (Высшее образование). — 
DOI 10.12737/1852258.

ISBN 978-5-16-017413-6 (print)
ISBN 978-5-16-109897-4 (online)
В каждой главе учебника представлены соответствующие теоретиче
ские разделы дисциплины «Сигналы и процессы в радиоэлектронике», 
приведены примеры решения задач и контрольные вопросы.

Соответствует требованиям федеральных государственных образова
тельных стандартов высшего образования последнего поколения.

Для студентов и аспирантов высших учебных заведений радиоэлек
тронных и телекоммуникационных направлений и специальностей.

УДК 621.396.1(075.8)

ББК 32.841я73

Перечень условных сокращений 
и обозначений

АД — амплитудный детектор
АКФ — автокорреляционная функция
АМ — амплитудная модуляция
АЧХ — амплитудно-частотная характеристика
ВАХ — вольт-амперная характеристика
ВЧ — высокая частота
ИНЧ — идеальный низкочастотный сигнал
ИХ — импульсная характеристика
ККП — комплексный коэффициент передачи
ЛЗ — линия задержки
НЧ — низкая частота
НБП — нижняя боковая полоса
ВБП — верхняя боковая полоса
ВКФ — взаимная корреляционная функция
ПХ — переходная характеристика
ПЧ — промежуточная частота
РЭА — радиоэлектронная аппаратура
РЭС — радиоэлектронное средство
СКО — среднеквадратичное отклонение
ТАМ — тональная амплитудная модуляция
ТУМ — тональная угловая модуляция
УВЧ — усилитель высокой частоты
УМ — угловая модуляция
УН — усилитель напряжения
УНЧ — усилитель низкой частоты
УПЧ — усилитель промежуточной частоты
УЧ — умножитель частоты
ФВЧ — фильтр верхних частот
ФД — фазовый детектор
ФМ — фазовая модуляция
ФНЧ — фильтр нижних частот
ФЧХ — фазо-частотная характеристика
ЧД — частотный детектор
ЧМ — частотная модуляция
ЭМС — электромагнитная совместимость

Предисловие

Дисциплина «Сигналы и процессы в радиоэлектронике» играет 
важнейшую роль в системе подготовки специалистов в области радиоэлектроники и телекоммуникаций. В рамках этой дисциплины 
изучаются фундаментальные свойства сигналов, а также методы 
их обработки, преобразования и передачи по каналам связи.
Целью учебника является оказание помощи студентам в изучении теоретической части дисциплины, а также в получении ими 
практических навыков анализа характеристик сигналов и цепей 
в процессе выполнения расчетно-графических работ и лабораторного практикума.
Изучение дисциплины базируется на знаниях, которые студенты получили при изучении дисциплин «Высшая математика», 
«Физика», «Теория цепей».
Основу учебника составил лекционный курс, который разработан автором и используется в учебном процессе в Севастопольском государственном университете.
В учебнике рассмотрен следующий круг вопросов:
 
• свойства детерминированных и случайных сигналов;
 
• разложение детерминированных сигналов по ортого нальному 
базису;
 
• спектральный анализ детерминированных и случайных сигналов;
 
• корреляционный анализ детерминированных и случайных сигналов;
 
• основы теории дискретизации аналоговых сигналов;
 
• характеристики и свойства узкополосных процессов;
 
• основные виды модуляции радиосигналов;
 
• характеристики линейных цепей с постоянными параметрами;
 
• преобразование детерминированных и случайных сигналов 
в линейных радиоэлектронных цепях;
 
• прохождение радиосигналов с различными видами модуляции 
и манипуляции через избирательные цепи;
 
• теория устойчивости линейных радиоэлектронных цепей;
 
• характеристики собственных шумов радиоэлектронной аппаратуры.
В результате изучения дисциплины «Сигналы и процессы в радиоэлектронике» обучающийся будет:
знать
 
• основы спектрального и корреляционного анализа детерминированных и случайных сигналов;

• основные виды модуляции радиосигналов;
 
• основы теории дискретных сигналов;
 
• основные характеристики радиоэлектронных узлов и методы 
их измерения;
 
• причины и характер линейных искажений сигналов;
 
• природу шумов в радиоэлектронной аппаратуре;
уметь
 
• осуществлять спектральный и корреляционный анализ сигналов;
 
• анализировать прохождение сигналов через радиоэлектронные 
цепи и оценивать возникающие при этом искажения;
 
• использовать современное радиоизмерительное оборудование;
владеть
 
• практическим опытом измерения параметров сигналов и радиоэлектронных цепей с применением современного оборудования;
 
• методикой расчета частотных и временны х характеристик радиоэлектронных цепей.
Автор выражает признательность рецензентам учебника профессору Обуховцу В.А. и профессору Старостенко В.В. за полезные 
замечания, а также внимание, проявленное к работе.

Глава 1. 
ВВЕДЕНИЕ В РАДИОЭЛЕКТРОНИКУ

1.1. ОСНОВНАЯ ЗАДАЧА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Термин «радиоэлектроника» возник от латинского слова 
«radio», что в переводе означает «излучаю». Этот термин в полной 
мере определяет основную задачу радиоэлектроники, которую 
сформулируем следующим образом.
Основной задачей радиоэлектроники является передача информации с помощью излучаемых электромагнитных волн.
Основным признаком радиоэлектронных систем является 
наличие беспроводного канала передачи информации. Термин 
«wireless» (беспроводной) является синонимом термина «radio» 
и часто используется применительно к радиоэлектронным системам и устройствам.
Смежными для радиоэлектроники являются такие отрасли, 
как инфокоммуникации и электротехника. Следует помнить, что 
основные задачи, решаемые этими отраслями, отличаются от основной задачи радиоэлектроники.
Основной задачей инфокоммуникаций является передача информации по любым линиям связи, в том числе и беспроводным. Радиоэлектроника и инфокоммуникации являются родственными отраслями, поскольку в обоих случаях речь идет о передаче информации.
Основной задачей электротехники является передача электрической энергии, что существенно отличает эту отрасль от радиоэлектроники и инфокоммуникаций.

1.2. ОСНОВНЫЕ РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРОЦЕССЫ

Основные радиоэлектронные процессы рассмотрим на примере укрупненной структурной схемы радиоэлектронной системы 
(РЭС), которая состоит из двух частей: передающей и приемной 
(рис. 1.1). 
На рис. 1.1 показаны следующие блоки: 1 — преобразователь 
неэлектрического сигнала в электрический; 2 — усилитель сигнала 
первичного преобразователя; 3 — кодирующее устройство; 4 — генератор несущего колебания; 5 — модулятор высокочастотного колебания; 6 — усилитель мощности высокочастотного сигнала; 7 — 

усилитель напряжения высокой частоты (УВЧ); 8 — смеситель; 
9 — гетеродин; 10 — усилитель сигнала промежуточной частоты 
(УПЧ); 11 — детектор высокочастотного колебания; 12 — усилитель продетектированного сигнала; 13 — декодер; 14 — преобразователь электрического сигнала в неэлектрический.

7 
8 
10 
11 

9 

13 
12 

Антенна 
приемная 

Сообщение 
принимаемое 

Передающая часть 

1 
6 
5 
3 
2 

4 

Сообщение 

передаваемое 

Антенна 

передающая 

Приемная часть 

14 

Рис. 1.1

Рассмотрим последовательность операций (процессов), которые 

осуществляются над сигналами при передаче сообщения от источника к потребителю.

В передающей части РЭС осуществляют следующие операции. 
Преобразование неэлектрической величины в электрическую. 

Сообщение, которое подлежит передаче по каналу связи, как правило, носит неэлектрический характер. Поэтому необходимо преобразовать неэлектрическую величину в электрическую. Преобразование осуществляют с помощью первичных преобразователей 
(блок 1), которые также называют датчиками, или сенсорами. Например, первичным преобразователем звука является микрофон, 
оптического изображения — видеокамера, температуры — термопара и др. На выходе первичных преобразователей получают электрический сигнал, который несет информацию и адекватно связан 
с передаваемым сообщением.

Усиление сигналов первичных преобразователей. Сигналы, 

поступающие с первичных преобразователей, как правило, имеют 
малый уровень, что вызывает необходимость их усиления. Эти сиг

налы являются относительно низкочастотными и занимают, как 
правило, достаточно широкую полосу частот. Поэтому для усиления применяют широкополосные (апериодические) усилители 
напряжения или тока (блок 2) с полосой пропускания, соответствующей полосе частот, занимаемой сигналами, поступающими 
с первичных преобразователей.
Кодирование передаваемого сообщения. Эту операцию используют при необходимости обеспечить скрытность либо повысить помехоустойчивость передачи данных, а также при переходе 
к цифровым принципам передачи информации. Кодирование осуществляется с помощью устройств, называемых кодерами (блок 3).
Генерирование несущего колебания. Несущее колебание — 
высокочастотное колебание, параметры которого подвергают изменению по закону передаваемого сообщения. Это колебание исполняет роль переносчика сообщения, по это му его и называют несущим, поскольку оно способно нести сообщение.
В каждом радиопередающем устройстве имеется собственный 
генератор несущего колебания (блок 4). Как правило, в качестве несущего колебания используют отрезок гармонического колебания 
высокой частоты. При этом частоту этого колебания называют несущей частотой.
Модуляция высокочастотного колебания. Это процесс изменения одного или нескольких параметров высокочастотного колебания по закону передаваемого сообщения.
В результате модуляции синхронно с изменением передаваемого сообщения изменяется либо амплитуда (амплитудная модуляция — АМ), либо частота (частотная модуляция — ЧМ), либо 
начальная фаза (фазовая модуляция — ФМ) высокочастотного колебания. Модуляция осуществляется с помощью устройств, называемых модуляторами (блок 5).
Применение модуляции позволяет уменьшить размеры передающей и приемной антенн и осуществить частотное разделение 
каналов. Проанализируем эти факторы.
1) Известно, что для эффективного излучения электромагнитных колебаний в свободное пространство размер антенны L 
должен быть соизмерим с длиной волны. Рассмотрим случай радио телефонии (передача звуковых сообщений). Рассчитаем длину 
электромагнитной волны на частоте f =1000 Гц (средняя частота 
звукового телефонного канала) по формуле 
/
c
f
λ =
, где 
8
3 10
c =
⋅
 м — 
скорость света в свободном пространстве. В результате получаем 
λ = 300 км. Выберем размер антенны равным четверти длины 
волны, что дает 
4
L = λ
= 75 км. Антенна такого размера практи

чески нереализуема. Поэтому для уменьшения размера антенны 
необходимо существенно уменьшить длину волны, т.е. перейти 
на существенно более высокую (несущую) частоту. Так, на частоте 
10 МГц размер антенны составит всего 7,5 м. Такую антенну практически легко реализовать. При этом необходимо в высокочастотное колебание в неявном виде «заложить» передаваемое сообщение, что и осуществляется с помощью модуляции.
2) Частотное разделение каналов достигается тем, что передатчик каждой из радио станций работает на своей несущей частоте. Это позволяет разнести полосы частот, которые занимают 
различные радио станции, без перекрытия этих полос.
Усиление мощности высокочастотного колебания. Для обеспечения требуемой дальности действия радио электронной системы 
передающая антенна должна излучать электромагнитные волны необходимой мощности. Поэтому после модуляции высокочастотный 
сигнал усиливают с помощью усилителя мощности (блок 6).
Излучение и прием высокочастотных колебаний. Создание 
свободно распространяющихся электромагнитных волн в окружающем передатчик пространстве и прием этих волн приемником 
осуществляется с помощью передающих и приемных антенн либо 
антенных систем (см. рис. 1.1).
В приемной части РЭС осуществляют следующие операции.
Избирательность. Это свойство приемной части системы осуществлять выбор нужного сигнала и подавление всех ненужных 
сигналов из всей совокупности сигналов, воздействующих на антенну приемника. Способ осуществления избирательности зависит 
от принципа разделения каналов передачи данных. Наиболее широко используют в настоящее время следующие принципы разделения каналов: частотный, кодовый, временной.
При использовании принципа частотного разделения каналов 
передатчики формируют сигналы с различными несущими колебаниями, а в приемниках осуществляется частотная избирательность. 
Эта операция реализуется с помощью узкополосных полосно-пропускающих фильтров (LC-колебательные контуры, твердотельные 
фильтры и т.п.). Эти фильтры располагают во входной цепи приемника, а также в усилителях высокой (блок 7) и промежуточной 
(блок 10) частот. При реализации этого принципа обеспечивается 
множественный доступ к общему ресурсу на основе частотного разделения каналов (Frequency Division Multiple Access), или сокращенно FDMA.
При использовании принципа кодового разделения каналов 
передатчики могут работать на одной и той же несущей частоте. 

В каждом передатчике используется уникальный код для формирования передаваемого сообщения, а в приемнике осуществляют кодовую избирательность с использованием этого кода. Эта операция 
реализуется с помощью специальных декодирующих устройств, 
обеспечивающих прием только того сигнала, который предназначен 
для данного абонента. При реализации такого принципа обеспечивается множественный доступ к общему ресурсу на основе кодового разделения каналов (Code Division Multiple Access), или сокращенно CDMA.
При использовании принципа временно го разделения каналов передатчики могут работать на одной и той же несущей частоте. Таким 
образом осуществляется последовательное излучение этих сигналов 
с соблюдением жесткого временно го графика выхода в эфир. Зная 
этот график, в приемнике обеспечивается временна я избирательность, поскольку сигналы от различных станций разделены во времени и не накладываются друг на друга. При реализации этого 
принципа обеспечивается множественный доступ к общему ресурсу 
на основе временно го разделения каналов (Time Division Multiple 
Access), или сокращенно TDMA.
Усиление напряжения высокочастотных сигналов. Сигналы, 
наводимые в антенне, как правило, имеют очень малый уровень 
(единицы микровольт и менее), по это му необходимо их усиление 
по напряжению. Это достигается применением усилителя сигнала 
высокой частоты — УВЧ (блок 7) и усилителя сигнала промежуточной частоты — УПЧ (блок 10). УВЧ, также называемый усилителем радио частоты (УРЧ), настраивают на несущую частоту 
принимаемого сигнала, а УПЧ — на так называемую промежуточную частоту.
Преобразование частоты. Это операция, в результате которой 
в приемнике формируется радио сигнал с другой несущей частотой, 
отличной от несущей частоты принимаемого сигнала и называемой 
промежуточной (ПЧ). При этом вид и параметры модуляции не изменяются. Для получения колебания ПЧ в таких приемниках применяют преобразователь частоты, состоящий из смесителя (блок 8), 
генератора гармонических колебаний, называемого гетеродином 
(блок 9), и полосно-пропускающего фильтра промежуточной 
частоты, который расположен в усилителе промежуточной частоты 
(УПЧ) (блок 10). На первый вход смесителя с выхода УВЧ подают 
принимаемый сигнал с частотой сf , а на второй вход — сигнал гетеродина с частотой гf . На выходе смесителя формируется множество 
колебаний, в том числе и колебание промежуточной частоты, которая равна разности частот сигнала и гетеродина: пр
с
г
f
f
f
=
−
. Это