Класифікація радіотехнічних систем та їх структурна схема

Класифікація радіотехнічних систем (РТС) визначається в першу чергу їхнім призначенням:

- системи передачі інформації (радіотелеметрія, радіозв’язок, радіокерування і т.д.);

- системи добування інформації (радіометрія фізичних і біологічних об’єктів, радіоастрономія, радіолокація та ін.);

- системи радіопротидії.

Рисунок 1. Класифікація радіотехнічних систем за їхнім призначенням

За видом прийнятих сигналів РТС можна розділити на два великих класи: для прийому квазікогерентних сигналів і некогерентних, головним чином радіотеплових випромінювань – РС. До першого, більш великого класу, належать РТС передачі і руйнування інформації, активних радіолокаційних і радіонавігаційних систем. До другого класу відносяться РС, які знаходять застосування при дистанційному і контактному дослідженні складу і властивостей фізичних і біологічних об’єктів, радіотеплолокації, радіоастрономії, для виявлення об’єктів на фонових поверхнях та ін.

Радіометричні системи підрозділяються також за функціональним призначенням, за місцем установки (стаціонарні, бортові, переносні), за способом керування і комутації, за видом живлення. Розрізняють РС і за безліччю конструктивно-експлуатаційних і економічних показників: стабільністю, точністю і часом настроювання, ергономічністю, надійністю, ремонтопридатністю, енергетичною економічністю, масою і габаритами, вартістю, мобільністю та ін.

Намітився новий напрям у галузі вимірювання параметрів низькоінтенсивних НВЧ-сигналів – вивчення природи електромагнітних властивостей складних речовин шляхом вимірювання і дослідження потужності електромагнітних випромінювань (ЕМВ). Вимірювання параметрів низькоінтенсивних НВЧ-сигналів, що представляють як власні радіотеплові ЕМВ від фізичних або біологічних об’єктів, так і відбиті від них зовнішні зондувальні випромінювання низької інтенсивності, складає 50 – 60 % від загального об’єму вимірювальних параметрів в НВЧ-діапазоні.

У зв’язку з необхідністю вивчення підповерхневої (глибинної) температури стали активно розвиватися радіотеплові методи вимірювання ЕМВ від джерел термонеоднорідностей. Використання більш довгих хвиль (сантиметрового і дециметрового діапазонів) дозволило шляхом зміни частоти вимірювати радіотеплові випромінювання речовини з високим вмістом води від градієнтів температури з глибини до 8 – 10 сантиметрів.

Оцінка коефіцієнтів ослаблення, поглинання і відбиття, повного опору НВЧ-ланок, визначення коефіцієнтів стоячої хвилі, підсилення НВЧ-вузлів та інших параметрів тісно пов’язана з прямим вимірюванням енергетичних параметрів і непрямим визначенням відповідних коефіцієнтів та характеристик пристроїв.

Залежно від рівня потужності низькоінтенсивних сигналів, яка оцінюється, вимірювачі можна поділити на кілька груп (рисунок 2).

Рисунок 2. Класифікація РС за потужністю НВЧ-сигналів

Оскільки у приймально-перетворювальному тракті (ППТ) РС здійснюється виділення корисних сигналів із всієї сукупності сигналів і перешкод і підсилення перших до рівня, необхідного для нормальної роботи наступних каскадів РС, то варто розглянути його можливі варіанти побудови (рисунок 3) і оцінити переваги та недоліки. Так, у РС із прямим перетворенням сигналу (рисунок 3, а) вхідними ланками (ВЛ) резонансного або фільтрового типу здійснюється частотна вибірність, а потім здійснюється демодуляція (Д) сигналу і його наступне підсилення (ПЧМ) на частоті модуляції. Найпростішими пристроями цього типу історично першими були детекторні РС, головним недоліком яких була низька чутливість, у зв’язку з чим їхнє застосування було обмежено НВЧ-системами аналізу електромагнітної обстановки і т.д. Застосування більш складних демодуляторів, наприклад автокореляційного, може дозволити реалізувати прості і надійні РС сигналів відносної фазової телеграфії з високою завадостійкістю.

Різновидом РС із прямим перетворенням сигналу є пристрої з прямою гетерогенізацією НВЧ-сигналу на відеочастоту за допомогою змішувача (ЗМ) і гетеродина (G) (рисунок 3, б). У цьому випадку основне підсилення і вибірність здійснюються на проміжній частоті, при цьому підвищені вимоги пред’являються до динамічного діапазону перетворювача частоти, його коефіцієнта шуму і рівня інтермодуляційних завад. Одноканальні РС із незалежним гетеродином успішно можуть використовуватися в доплерівських радіолокаційних системах для вимірювання швидкості об’єкта спостереження. Квадратурні перетворювачі частоти дозволяють здійснювати демодуляцію сигналу з будь-якими видами модуляції при збереженні інформації про амплітуду і фазу вихідного радіосигналу.

У РС прямого підсилення (рисунок 3, в), для підвищення чутливості за рахунок зниження власних шумів, у вхідній ланці здійснюють попередню частотну вибірність і погоджують антену із входом малошумливого підсилювача (МШП), а наступний за ним підсилювач радіочастоти (ПРЧ) забезпечує основне підсилення тракту і частотну фільтрацію сигналу від перешкод. Настроювання на корисний сигнал проводиться синхронною перебудовою за частотою вхідної ланки, МШП і підсилювача радіочастоти. Незважаючи на використання ефективних МШП і складних частотно-вибірних ланок, такі РС через труднощі технічного характеру застосовують лише при порівняно невисоких вимогах до чутливості і вибірковості.

Рисунок 3 – Структурні схеми підсилювально-перетворювальних трактів

а) з прямим перетворенням сигналу; б) з прямим перетворенням сигналу гетеродинуванням; 

в) тракт прямого посилення; г) супергетеродин