Карманный справочник радиоинженера

Карманный справочник РАДИОИНЖЕНЕРА




















ОДЭКА

John Davies Joseph J. Carr




Radio & RF Engineer’s














Newnes

Джон Дэвис Джозеф Дж. Карр




Карманный справочник РАДИОИНЖЕНЕРА













ОАЭ KA

Москва, 2021

УДК 621.391(035)
ББК 32.84я2
Д94

        Дэвис Дж., Карр Дж. Дж.

Д94 Карманный справочник радиоинженера/Пер. с англ. — М.: ДМК Пресс, 2021. — 528 с.: ил. (Серия «Карманный справочник»).

        ISBN 978-5-97060-900-2

      Предлагаемый вниманию читателей справочник очень популярен в Великобритании. Его авторам удалось собрать и компактно объединить под одной обложкой огромное количество информации. Здесь кратко рассмотрены практически все аспекты теории и практики современной радиосвязи — от распространения электромагнитных волн до спецификаций радиотехнического оборудования. Описаны даже способы шифрования и передачи конфиденциальной информации. Не остались без внимания и вопросы формирования, обработки и передачи сигналов в таких современных видах связи, как мобильная радиосвязь, спутниковая и транкинговая связь, беспроводная телефония. Кроме последовательного систематического изложения вопросов радиосвязи книга содержит много разнообразной информации справочного характера. Кажется, что здесь есть все — от международного кода «Q» и азбуки Морзе до формул и таблиц для расчетов радиотехнических цепей и сведений о кодировке электронных компонентов.
      Поистине, это находка для радиоинженеров и студентов радиотехнических и смежных специальностей.

УДК 621.391(035)
ББК 32.84я2

   Книга «Карманный справочник радиоинженера» Джона Дэвиса и Джозефа Карра подготовлена и издана по договору с Elsevier Ltd, The Boulevard, Langford Lane, <idlington, OX5 1GB, England.
   Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения владельцев авторских прав.



ISBN 0-7506-46004 (англ.)

ISBN 978-5-97060-900-2 (рус.)

   © John Davies 1994
   © Reed Educational & Professional
Publishing Ltd (1999)
   © Макет, Издательский дом
       "Додэка-XXI"
                                   © Издание, ДМК Пресс, 2021

Оглавление

От авторов.............................................18

1. Распространение радиоволн...........................19
  1.1. Длина волны и частота...........................19
  1.2. Радиочастотный спектр ..........................20
  1.3. Изотропный излучатель...........................21
  1.4. Формирование радиоволн .........................21
  1.5. Свойства и механизмы распространения радиоволн .25
    1.5.1. Физические эффекты..........................25
          Поглощение ..................................25
          Рефракция и ее влияние на радиогоризонт......25
          Радиогоризонт в диапазонах ОВЧ/УВЧ ..........26
          Дифракция ...................................26
          Отражение ...................................27
          Многолучевое распространение ................27
          Шум .........................................28
          Доплеровский эффект..........................29
    1.5.2. Механизмы распространения радиоволн ........30
          Распространение околоземной волны ...........30
          Распространение ионосферной волны............32
          Распространение пространственной волны.......33
          Тропосферное рассеяние ......................34
    1.5.3. Другие виды распространения ................34
          Рассеяние ...................................35
          Простая рефракция............................36

Сверхрефракция.................................36
           Волноводное распространение ...................37
           Субрефракция...................................38
           Суточные изменения в распространении
           радиосигналов..................................38
           «Сумеречная линия» распространения.............38
     1.5.4. Виды распространения за счет рассеяния........39
           Авроральное распространение ...................39
           Односторонняя связь............................39
     1.5.5. Пути «большого круга».........................39
           Кратчайший путь между двумя точками на сфере .39 «Длинный путь» против «короткого» .............40

2.  Шкала децибел.........................................41
  2.1. Децибелы и логарифмическая шкала ..................41
  2.2. Децибелы со ссылкой на абсолютные величины ........42
  2.3. Представление двоичных чисел в децибелах ..........49

3.  Линии передачи .......................................51
  3.1. Общие замечания....................................51
  3.2. Согласование импеданса ............................51
  3.3. Линии базовой полосы...............................52
  3.4. Балансное мостовое соединение линии................54
  3.5. Радиочастотные линии...............................55
     3.5.1. Характеристический импеданс Z₀................55
     3.5.2. Вносимые потери...............................56
     3.5.3. Коэффициент стоячей волны
           по напряжению (КСВН)...........................59
     3.5.4. Фильтры линий передачи, четвертьволновые
           согласующие трансформаторы и согласующие цепи .60 Четвертьволновой согласующий трансформатор . . .60
           Радиочастотный трансформатор...................61
  3.6. Волноводы .........................................62
  3.7. Другие свойства передающих линий...................63
     3.7.1. Шумы передающих линий.........................63
     3.7.2. Фактор шума коаксиального кабеля передающей линии...................................64
     3.7.3. Типы коаксиальных кабелей ....................65
     3.7.4. Емкость коаксиального кабеля..................66
     3.7.5. Критическая частота (f) коаксиального кабеля .67
  3.8. Радиочастотные кабели производства Российской Федерации..................................67
     3.8.1. Радиочастотные кабели со сплошной
           ПЭ изоляцией..................................68
     3.8.2. Радиочастотные кабели со сплошной
           фторопластовой изоляцией ......................70
     3.8.3. Радиочастотные кабели с полувоздушной
           полиэтиленовой изоляцией ......................72

4.  Антенны ...........................................73
  4.1. Характеристики антенн ..........................73
    4.1.1. Ширина полосы...............................73
    4.1.2. Ширина диаграммы направленности ............73
    4.1.3. Коэффициент направленности и передача в прямом        направлении.......................74
    4.1.4. Эффективная высота (длина) антенны .........74
    4.1.5. Эффективная излучаемая мощность.............74
    4.1.6. Сопротивление излучения и эффективность.....75
    4.1.7. Отношение прямого и обратного излучения.....75
    4.1.8. Импеданс ...................................75
    4.1.9. Поляризация.................................75
    4.1.10. Диаграмма направленности...................76
    4.1.11. Коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН)............................................76
    4.1.12. Принимающая апертура.......................76
  4.2. Типы антенн.....................................77
    4.2.1. Диполь .....................................77
    4.2.2. Четвертьволновой вертикальный излучатель ...78
    4.2.3. Длинноволновые, средневолновые и коротковолновые антенны ........................78
    4.2.4. Направленные решетки .......................79
           Антенная решетка поперечного излучения......79
           Антенная решетка осевого излучения..........80
           Ромбическая антенна.........................80
           Логопериодическая антенна ..................81
  4.3. Антенны ОВЧ   и УВЧ диапазонов .................82
    4.3.1. Антенны базовых станций.....................82
           Антенна с концевым возбуждением и несимметричная вибраторная антенна..........82
           Диполь с отражателем........................82
           Коллинеарные антенны .......................84
           Щелевая антенна.............................84
           Конусная антенна ...........................86
           Ярусность и профильность....................87
    4.3.2. Мобильные антенны ..........................87
           Низкопрофильные антенны.....................88
           Мотоциклетные антенны.......................88
           Портативные антенны.........................88
           Безопасность ...............................88
  4.4. Микроволновые антенны...........................90
    4.4.1. Однонаправленная спиральная антенна бокового излучения.........................................91
    4.4.2. Спиральные антенны осевого излучения .......92
    4.4.3. Малые рамочные антенны......................92
  4.5. Рамочные антенны................................93
    4.5.1. Описание малых рамочных антенн..............93
    4.5.2. Геометрия малых рамок.......................93

4.5.3. Диаграмма направленности малой рамочной антенны.............................................95
     4.5.4. Напряжение сигнала (V0), развиваемое рамкой .96
     4.5.5. Эффективная высота (Hₑff)....................96
     4.5.6. Индуктивность рамки .........................97

5.  Резонансные цепи.....................................99
  5.1. Последовательные и параллельные настраиваемые цепи....................................99
     5.1.1. Последовательный резонанс ...................99
     5.1.2. Параллельный резонанс.......................100
  5.2. Добротность (фактор качества) ...................101
  5.3. Связанные (полосовые) резонансные цепи...........101
     5.3.1. Методы связи................................101
     5.3.2. Характеристики связанных цепей..............103

6.  Генераторы .........................................105
  6.1. Предъявляемые требования.........................105
  6.2. Перестраиваемые генераторы ......................105
  6.3. Кварцевые кристаллические генераторы.............107
     6.3.1. Электрические схемы кврцевых генераторов....107
     6.3.2. Генераторы обертонов .......................108
  6.4. Частотные синтезаторы ...........................109
     6.4.1. Генераторы, управляемые напряжением.........109
     6.4.2. Системы фазовой автоматической подстройки
           частоты (ФАПЧ системы) ......................110
     6.4.3. Предварительное пересчетное устройство .....112
     6.4.4. Прямой цифровой синтез......................113
  6.5. Цезиевые и рубидиевые эталоны частот.............113

7.  Пьезоэлектрические приборы .........................115
  7.1. Пьезоэлектрический эффект........................115
     7.1.1. Строение кристалла кварца...................116
     7.1.2. Эквивалентная схема кварцевого кристалла....116
  7.2. Характеристики кварцевого кристалла .............117
     7.2.1. Резонансная частота.........................117
     7.2.2. Частотная стабильность......................118
           Температурный коэффициент....................118
           Старение ....................................119
     7.2.3. Емкость нагрузки и затягивание частоты .....119
     7.2.4. Активность, эквивалентное последовательное
           сопротивление и добротность .................120
     7.2.5. Паразитные резонансы........................120
     7.2.6. Оформление корпусов ........................121
  7.3. Технические требования к кварцевым резонаторам...122
  7.4. Фильтры .........................................123
     7.4.1. Характеристика полосы пропускания...........123
     7.4.2. Характеристика полосы заграждения ..........124

7.4.3. Характеристика временной области ..........124
    7.4.4. Внутреннее сопротивление источника и нагрузочный импеданс ..........................125
    7.4.5. Нелинейные эффекты.........................125

8.  Модуляция и требования к ширине полосы............127
  8.1. Ширина полосы сигнала .........................127
    8.1.1. Аналоговые сигналы ........................127
    8.1.2. Цифровые сигналы...........................127
    8.1.3. Пропускная способность канала (теорема Хартли—Шеннона).........................129
  8.2. Модуляция......................................129
  8.3. Аналоговая модуляция...........................130
    8.3.1. Амплитудная модуляция (АМ) ................130
           Двухполосная АМ............................130
           Распределение мощностей в АМ волне ........131
    8.3.2. Подавленная несущая с двойной боковой полосой (ДБП) ...........................................132
    8.3.3. Подавленная несущая с одной боковой полосой (ОБП) ...........................................133
    8.3.4. Частотная модуляция (ЧМ) ...................134
    8.3.5. Фазовая модуляция (ФМ)......................137
    8.3.6. Предыскажения и их коррекция ..............138
    8.3.7. Достоинства и недостатки амплитудной и частотной модуляций ...........................138
  8.4. Цифровая модуляция ............................138
    8.4.1. Обработка данных ..........................138
           Фильтрация ................................138
           Манчестерское кодирование .................139
           Кодирования Грея...........................139
    8.4.2. Манипуляция включение/выключение и амплитудная манипуляция .......................140
           Манипуляция включение/выключение...........140
           Бинарная амплитудная манипуляция (АМн) ....140
    8.4.3. Частотные манипуляции (ЧМн)................140
           Передача цифровой информации с помощью ЧМн .............................140
           Гауссовская минимальная фазовая манипуляция (ГМФМ).....................................141
    8.4.4. Быстрая частотная манипуляция (БЧМн) ......141
    8.4.5. Фазовая манипуляция........................142
  8.5. Передача сигнала с расширенным спектром........144

9.  Распределение частот .............................147
  9.1. Международное и региональное распределение частот .............................................147
  9.2. Национальное распределение ....................148
  9.3. Обозначение радиоизлучения ....................149

9.4. Обозначение ширины полосы и частоты...........150
  9.5. Общее распределение частот....................150
  9.6. Классификация радиостанций....................154
  9.7. Радиочастотные диапазоны .....................156

10.  Радиооборудование...............................157
  10.1. Передатчики .................................157
    10.1.1. Функции передатчиков.....................157
    10.1.2. Передатчики с амплитудной модуляцией ....157
    10.1.3. Передатчики с угловой модуляцией ........158
    10.1.4. Спецификации передатчиков................160
  10.2. Приемники ...................................161
      10.2.1. Функции приемника......................161
      10.2.2. Типы приемников .......................161
      10.2.3. Коэффициент шума.......................164
            Отношение сигнал/шум (С/Ш или СШ)........164
            Фактор шума, коэффициент шума и шумовая температура..............................164
            Шум в каскадных усилителях...............166
      10.2.4. Отношение сигнал/шум и ширина полосы ..167
      10.2.5. Спецификации приемников ...............168
  10.3. Программируемое оборудование.................169

11. Микроволновая связь .............................171
  11.1. Использование микроволнового диапазона.......171
  11.2. Распространение сигнала......................172
  11.3. Рефракция и коэффициент К....................173
  11.4. Зоны Френеля, отражение и замирание сигнала..174
  11.5. Критерии качества для аналоговых и цифровых линий....................................176
  11.6. Терминология ................................177
  11.7. Планирование линии ..........................177
  11.8. Пример расчета микроволновой линии...........177

12.  Конфиденциальная информация и шифрование........179
  12.1. Принципы шифрования .........................179
  12.2. Шифрование речи..............................180
  12.3. Шифрование данных ...........................181
       Сложение по модулю два........................183
       Синхронное шифрование.........................183
       Самосинхронное шифрование.....................183
  12.4. Многостанционный доступ в системах с кодовым разделением каналов или шумоподобные сигналы (ШПС)...............................................184
  12.5. Классификация секретности ...................184
      12.5.1. Безусловная секретность ...............184
      12.5.2. Сроки действия шифра...................185