Лекция 3.1 АСУиС ПБ 24-25

1.

Автоматизированные
системы управления
и связь

2.

Раздел 1.
Системы и средства электрической
связи.
Тема № 3.
Системы и сети
радиосвязи.

3. Лекция 3.1: Основные элементы радиосвязи

4.

Учебные вопросы:
1. Структура и основные элементы
радиосвязи.
2. Образование и распространение
радиоволн.
3. Антенно-фидерные устройства.

5.

основная
1. Зыков, В.И. и др. Автоматизированные системы управления и связь: учебник /
В.И. Зыков, В.В. Степанов, А.Б. Мосягин, А.Н. Петренко; под общ. ред. проф.
В.И. Зыкова. [Электронный ресурс] – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Академия ГПС МЧС
России, 2019. – 457 с., § 3.1-3.3
2. Бачихин, И.С. Автоматизированные системы управления и связь: мультимедийное
электронное издание [Электронный ресурс] / И.С. Бачихин, В.В. Волков,
Д.А. Лазаренко – Иваново: ИПСА ГПС МЧС России, 2022. – 22,1 МБ.– § 3.1–3.2.
дополнительная
1. Мальцев, А.В. Автоматизированные системы управления: учебное пособие /
Мальцев А.В., Колбашов М.А., Бачихин И.С. Изд. 2-е, перераб. и доп. [Электронный
ресурс] – Иваново: ООНИ ЭКО ИПСА ГПС МЧС России, 2019. – 96 с.
нормативная
1. Наставление по организации управления и оперативного (экстренного) реагирования при
ликвидации
чрезвычайных
ситуаций.
Утверждено
протоколом
заседания
Правительственной комиссии по предупреждению и ликвидации чрезвычайных
ситуаций и обеспечению пожарной безопасности от 10.03.2020 г. № 1.
2. Приказ МЧС России от 26.12.2018 № 633 «Об утверждении и введении в действие
Руководства по радиосвязи МЧС России».

6.

1. Антенно-фидерные устройства
2. Диапазоны радиоволн.
3. Супергетеродинные схемы
(сообщения)
радиоприемных устройств.
4. Радиокомплексы зарубежных спец. служб.
5. Транкинговая радиосвязь
6. Сотовая, спутниковая связь
7. Правила ведения радиопереговоров в
радиосети. Дисциплина радиосвязи

7.

• РАДИОСВЯЗЬ – это вид связи, в котором обмен
сообщениями между двумя и более абонентами
на расстоянии осуществляется посредством
радиосредств и радиоволн.
• В основе радиосвязи лежит преобразование
радиопередатчиком электрической энергии высокой
частоты
в
электромагнитные
колебания,
распространение их (радиоволн) в пространстве и
обратное
преобразование
радиоприемником
электромагнитных
колебаний
(радиоволн)
в
электрические колебания.
• Переносчиком сигнала являются электромагнитные
волны частотой ~3∙103 ÷ ~3∙1012 Гц (радиоволны).

8. Возможность практического применения электромагнитных волн для установления связи без проводов впервые продемонстрировал

русский
физик А.С. Попов 7 мая 1895 года.

9.

1. возможность ведения связи с
подвижными объектами
2. возможность организации связи
в труднодоступных местах или в
случае невозможности
(нецелесообразности)
организации проводной связи
(торфяной пожар, горная
местность, наводнение и т.д.)
3. возможность одновременной
передачи сообщений
неограниченному количеству
абонентов
4. высокая оперативность и
живучесть
1. наличие помех техногенного
характера
2. влияние климатических
условий и рельефа местности
3. невозможность или
затруднение (в ряде случаев)
организации радиосвязи в
силу физических законов
распространения радиоволн
(тоннели, подземные
сооружения и т.д.)

10. Радиосвязь в ФПС ГПС

• Радиосвязь
является основным практическим
способом осуществления мобильной связи на
значительные расстояния для реализации боевых
(служебных) задач оперативных подразделений
пожарной охраны.
• Для
решения
этих
задач
применяются
радиотехнические
системы,
использующие
различные способы и принципы обработки сигналов
(конвенциональные,
сотовые,
транкинговые,
пейджинговые, спутниковые системы радиосвязи).

11. Радиосвязь в ФПС ГПС обеспечивает решение следующих основных задач:

1. Оперативное
управление силами гарнизона при
реагировании на ЧС;
2. Обмен сообщениями с подразделениями, находящимися в
пути следования на транспортных средствах;
3. Информационная
поддержка
подразделений,
работающих на месте ЧС, а также получение
информации о ходе работ;
4. Управление ПСФ, а также взаимодействие между
подразделениями служб взаимодействия на месте
ликвидации ЧС (пожара);
5. Дублирование (резервирование) проводных каналов
связи;
6. Мониторинг пожарной безопасности объектов.

12.

13.

Система радиосвязи
Радиоволны + Средства радиосвязи
Современные технологии мобильной связи

14.

Система радиосвязи совокупность радиотехнических средств и способа
взаимодействия между ними.
Радиотехнические средства – это совокупность устройств
формирования и обработки радиосигналов. К радиотехническим
средствам
относятся
радиопередатчики,
радиоприемники,
радиостанции,
радиотелефоны,
ретрансляторы,
антенное
оборудование и т.п.
Под способами радиосвязи понимают создание радиосетей,
имеющие определенные принципы построения и порядок обмена
информацией с их помощью (пейджинговая, сотовая, спутниковая
связь и т.д.).
Линией радиосвязи является область пространства, в
которой происходит распространение радиоволн определенной
длины (частоты) между передающей и приемной антеннами.

15.

Структурная схема радиосвязи
F

16.

Структурная схема радиосвязи
Симплексная
Дуплексная

17.

• Радиообмен – это передача по радиоканалам
информации (радиограмм, сигналов) и ведение
переговоров.
• По характеру обмена радиосвязь может быть:
Симплексная
радиосвязь
–
двухсторонняя
радиосвязь, при которой каждый абонент ведет
только передачу или только приём поочередно на
одной частоте;
Дуплексная радиосвязь - двухсторонняя радиосвязь,
при которой приём и передача ведутся
одновременно на разнесенных частотах приёма и
передачи.

18.

19.

20.

• Радиосвязь
пожарно-спасательного
гарнизона
включает
радиосети
и
радионаправления,
совокупность которых образует общую сеть
радиосвязи. Радиосеть организуется при работе с
общими радиоданными трех и более радиостанций.
Радионаправление организуется при работе с общими
радиоданными только двух радиостанций и является
частным случаем радиосети.
• Радиоданные - совокупность частот (основных и
резервных) и позывных, назначенных для ведения
радиосвязи.
• Радионаправление - способ организации радиосвязи
между двумя пунктами управления (командирами,
штабами, корреспондентами), работающими с общими
радиоданными.

21.

N=2
F2
ЦУКС,
ЦППС
ПСО

22.

• Радиосеть
способ
организации
радиосвязи между тремя и более
пунктами управления (командирами,
штабами,
корреспондентами),
работающими с общими радиоданными.
• Под общими радиоданными понимается:
частота, позывные, время выхода в эфир.
• В каждой радиосети (радионаправлении)
одна из радиостанций является главной.

23.

F1
РТП
N≥3
F1
F2
F2
НШ
КО
F2
ЦУКС, ЦППС

24.

Радиосети, организованные с использованием радиочастот
F1 – F8, предназначены:
•F1 (плюс F2 – резерв) – для обеспечения связи центрального диспетчерского
пункта (ЦДП) со стационарными пунктами связи подразделений (частей)
(ПСЧ);
•F3 – для обеспечения связи ЦДП с транспортными средствами,
находящимися в пути следования, а также с участниками ликвидации ЧС;
•F4 – для управления силами и средствами, обеспечения их взаимодействия и
обмена информацией на месте ликвидации ЧС (пожара);
•F5 – для обмена данными между ЦДП и ПСП, а также подразделениями,
задействованными на ликвидацию ЧС;
•F6 – для персонального вызова (оповещения) личного состава
подразделений и органов управления МЧС России;
•F7 – для обеспечения административно-управленческой деятельности ПСФ
МЧС России;
•F8 – для организации взаимодействия с подразделениями городских
экстренных и аварийных служб.

25.

• Дальность радиосвязи зависит от двух основных групп
факторов: условий распространения радиоволн (рельеф
местности, электромагнитная обстановка, индустриальные
помехи и т.д.) и параметров радиосредств, применяемых для
организации радиосвязи.
• Ретранслятор принимает сигнал на частоте F1, усиливает его
и передает на частоту F2. Ретранслятор является
дуплексным устройством, то есть прием и передача
осуществляются одновременно.
• Ретрансляторы – один из структурных элементов
радиорелейной линии связи. Радиорелейная связь –
радиосвязь, осуществляемая при помощи цепочки приёмопередающих радиостанций, отстоящих друг от друга на
расстоянии прямой видимости их антенн. Каждая такая
станция принимает сигнал от соседней станции, усиливает
его и передаёт дальше – следующей станции.

26.

F1
F1
F2
F2
Ретранслятор
Ретранслятор
–
двойной
комплект
приемопередающей аппаратуры, дуплексное устройство
(прием и передача осуществляются одновременно).
Ретранслятор принимает сигнал на частоте F1, усиливает
его и передает на частоте F2.

27.

Частота передач всех абонентских станций,
работающих через ретранслятор, равна F1, частота
приема – F2.
Абонентские радиостанции работают при этом в
режиме двухчастотного симплекса (полудуплекса).

28.

изучение основ радиосвязи является
основой для дальнейшего освоения
систем радиосвязи, применяемых в
пожарной охране.

29.

30.

Радиоволны процесс распространения электромагнитных
колебаний в пространстве, создаваемых токами
высокой частоты диапазона 3∙10 3 - 3∙10 12 Гц
Открытый колебательный контур
принято называть
электромагнитным вибратором.

31.

Графическое представление радиоволны
E – электрическая составляющая; Изменяемые параметры:
H – магнитная составляющая.
Амплитуда, Частота, Фаза

32.

Наименование
радиоволн
Декамегаметровые
Диапазон частот,
f
Длина волн,
Гц
100000 -10000 км
Мегаметровые
30 - 300 Гц
10000 -1000 км
Гектокилометровые
300 - 3000 Гц
1000
-100 км
- 30
3
- 30
Мириаметровые
3
кГц
100
- 10 км
Километровые
30 - 300 кГц
10
- 1 км
Гектометровые
300 - 3000 кГц
1
Декаметровые
3
- 30 МГц
СДВ
ДВ
- 0,1 км
СВ
100 - 10 м
КВ
Метровые
30 - 300 МГц
10 - 1
Дециметровые
300 - 3000 МГц
1
Сантиметровые
3
ГГц
10 - 1 см
Миллиметровые
30 - 300 ГГц
10 - 1 мм
Децимиллиметровые
300 - 3000 ГГц
1
- 30
Условное
обозначение
диапазонов
м
- 0,1 м
- 0,1 мм
УКВ
Микроволны

33.

34.

= V / f ; т.к. V c, a с = 3 ∙ 108 м/с 3 ∙ 108 / f (м)

35.

Обозначение
Диапазон, МГц
МВД РФ
КВ
1-30
ДМВ
УКВ
136-174 400-512
МЧС РФ

36.

своевременный учет свойств
распространения радиоволн позволит
успешно осуществлять радиообмен при
выполнении пожарными подразделениями
оперативно-тактических (боевых) задач в
сложных условиях.

37.

38.

Антенно-фидерное устройство (АФУ) – совокупность антенны и кабеля,
соединяющего антенну с радиостанцией. То есть АФУ – соединенные вместе
ВЧ-элементы радиотехнической станции – антенны, линии передачи, узлы
коммутации и распределения электромагнитной энергии, селекции ее по
частоте и поляризации.

39.

Антенна
+ кабель (фидерная линия)
Диаграмма направленности – это
график, показывающий
зависимость напряженности
поля радиоволны от
направления излучения.

40.

• Антенны
— устройства, которые
преобразуют энергию высокочастотного
колебания
от
передатчика
в
электромагнитную волну, способную
распространяться в пространстве. Или в
случае приема, производит обратное
преобразование — электромагнитную
волну, в ВЧ колебания.
• Антенны могут быть:
• - направленного действия;
• - ненаправленного действия.

41. Диаграмма направленности штыревой антенны

42. Диаграмма направленности штыревой антенны

43. Диаграмма направленности штыревой антенны

44.

Вертикальный несимметричный вибратор:
а — схема:
1 — провод (излучатель);
2 — клеммы, присоединяемые к
передатчику;
3 — направление в точку наблюдения;
4 — система заземления;
5 — поверхность земли;
б — диаграмма направленности в
вертикальной плоскости;
в — диаграмма направленности в
горизонтальной плоскости.
Первая практическая антенна в виде несимметричного вибратора была
предложена изобретателем радио А. С. Поповым в 1895 г.. Несимметричный
(относительно точки подвода энергии) вибратор представляет собой
длинный вертикальный провод, между нижним концом которого и
заземлением включается передатчик или приёмник (рис. а). Заземление
обычно выполняется в виде системы радиально расположенных проводов,
которые закапывают в землю на небольшую глубину. Эти провода
соединены общим проводом с одной из клемм передатчика или приёмника.

45. Антенно-фидерные устройства

Т-образная антенна длинных
волн:
1 — снижение (излучатель);
2 — горизонтальная часть;
3 — изоляторы;
4 — система заземления;
5 — клеммы, присоединяемые
к передатчику.

46. Антенно-фидерные устройства

Сложная антенна средних и длинных волн:
а — схема:
1 — активный вибратор, выполняемый в
виде антенны-мачты либо антенны - башни;
2 — пассивный вибратор, выполняемый в
виде антенны-мачты либо антенны-башни;
3
—
клеммы,
присоединяемые
к
передатчику;
4 — элемент настройки;
б
—
диаграмма
направленности
в
горизонтальной
плоскости.
Стрелкой
показано
направление
максимального
излучения.

47. Антенно-фидерные устройства

Рамочная антенна:
1 — рамка;
2 — симметричная линия, идущая к приёмнику.
Для приёма на длинных и средних волнах, помимо несимметричных
вибраторов, пользуются рамочной антенной и так называемыми магнитными
антеннами, а также сложной антенной, представляющей собой композицию из
рамочной антенны и вертикального симметричного вибратора. Эти
приёмные антенны обладают направленными свойствами в горизонтальной
плоскости и тем самым позволяют ослабить помехи радиоприёму, если
источник помех находится в направлениях минимума диаграммы
направленности.

48. Антенно-фидерные устройства

Симметричные вибраторы:
а — вертикальный;
б — горизонтальный:
1 — вибратор;
2 — симметричная линия питания;
3 — поверхность земли.
Антенны коротких волн. Выполнение коротковолновых антенн существенно зависит от
протяжённости линий связи. На линиях малой протяжённости (до нескольких десятков км)
связь осуществляется посредством волн, распространяющихся вдоль поверхности земли. На
таких линиях в качестве антенн часто применяют вертикальный несимметричный
вибратор, подобный вибратору средних и длинных волн, а также вертикальный
симметричный вибратор (рис. а). На линиях большой протяжённости (от 50—100 км и более)
связь осуществляется посредством радиоволн, однократно или многократно отражённых от
ионосферы. На таких линиях широко применяют антенн из горизонтальных симметричных
вибраторов (рис. б), обеспечивающих максимальное излучение под некоторым углом к
горизонтальной плоскости.

49. Антенно-фидерные устройства

Диполь Надененко:
1 — диполь;
2 — симметричная линия
питания;
3 — изоляторы;
4 — мачта с
секционированными
оттяжками;
5 — поверхность земли.
В дневное время, летом и в годы повышенной солнечной активности требуются более
короткие волны, чем ночью, зимой и в годы пониженной солнечной активности. Поэтому
применяют преимущественно диапазонные антенны, работающие в широком диапазоне
волн без каких-либо перестроек. Одной из простейших диапазонных антенн является
симметричный горизонтальный вибратор, известный под названием Надененко диполя. Эта
антенна имеет малое волновое сопротивление, вследствие чего её входное сопротивление в
широком диапазоне волн мало зависит от длины волны, что позволяет обеспечить хорошее
согласование с питающим фидером в более чем 2-кратном диапазоне волн без перестройки.

50. Антенно-фидерные устройства

Синфазная антенна коротких волн:
а — схема:
1 — излучающий элемент в виде диполя Надененко;
2 — апериодический рефлектор;
3 — изоляторы;
4 — линия питания (снижения), идущая к передатчику;
б — диаграмма направленности в горизонтальной плоскости:
1 — основной лепесток;
2 — боковые лепестки;
3 — ширина диаграммы направленности на уровне 0,7 от максимального;
в — диаграмма направленности в вертикальной плоскости (при идеальной проводимости земли): 1 — основной лепесток;
2 — боковые лепестки: Е — напряжённость поля; Em — максимальная напряжённость поля.

51.

Коротковолновая антенна бегущей
волны:
1 — вибратор;
2 — изоляторы;
3 — линия питания;
4 — развязывающие резисторы;
5 — поглощающий резистор.
Стрелкой показано направление
максимального приёма.
На приёмных коротковолновых радиоцентрах, помимо антенн из
симметричных
вибраторов
применяется
бегущей
волны
антенна,
отличающаяся широким (до 6-кратного) диапазоном рабочих волн, низким
уровнем боковых лепестков в горизонтальной плоскости, что обеспечивает
повышенную помехозащищенность приёма. КНД антенны бегущей волны
лежит в пределах 40—250, а кпд — 0,05—0,5. Вследствие низкого кпд этой
антенны не применяется для передачи.

52.

Турникетная антенна.
Антенны метровых и дециметровых волн. На
метровых и дециметровых волнах для теле- и
радиопередач применяют многоэтажные (до 30
этажей) турникетные, панельные, щелевые антенны и
другие типы антенн с круговыми диаграммами
направленности в горизонтальной плоскости и
узкими в вертикальной плоскости. КНД этих антенн
пропорционален числу этажей и находится в пределах
от 6 до нескольких десятков. Для увеличения зоны
действия эти антенны устанавливают на башнях или
мачтах высотой 100—300 м и более. Самая высокая в
мире телевизионная башня, высотой 533 м, сооружена
в Москве. Приём телевизионных передач ведётся на
симметричный вибратор.

53.

Антенна типа «волновой канал»:
1 — кабель питания;
2 — рефлектор;
3 — директоры;
4 — активный вибратор.
Направление
максимального
излучения показано стрелкой.
Рупорная антенна:
1 — рупор;
2 — питающий радиоволновод.
Направление
максимального
излучения показано стрелкой.
Для создания синфазно (однофазно) возбуждённой поверхности широко
заимствуют технические приёмы из области оптики и электроакустики.
Простейшей поверхностной антенной является рупорная антенна в виде
металлического радиоволновода с плавно увеличивающимся сечением. У выхода
рупора при достаточно малом угле раствора плоская поверхность, проходящая
через его кромки, получается почти синфазно возбуждённой. Коэффициент
использования поверхности такой антенны равен 0,5—0,8, а КНД обычно лежит
в пределах 10—100.

54.

Линзовая антенна:
1 — фронт волны, падающей на линзу;
2 — облучатель;
3 — линза;
4 — фронт волны, прошедшей, через
линзу;
F — фокус линзы.
Стрелками показан ход лучей.
Применяемая на СВЧ линзовая антенна по принципу действия
идентична оптической линзе и состоит из собственно линзы и
облучателя, установленного в её фокусе F. Линза трансформирует
сферический или цилиндрический фронт волны облучателя в плоский.
Таким образом на выходе линзы получается плоская поверхность,
возбуждённая синфазным электромагнитным полем.

55.

Рупорно-параболическая антенна:
1 — параболическая поверхность;
2 — щека;
3 — рупор;
4 — питающий радиоволновод;
5 — раскрыв антенны.
Направление максимального
излучения показано стрелкой.
В радиорелейной связи широкое применение получила рупорнопараболическая антенна, являющаяся одним из вариантов зеркальной
антенна. с вынесенным облучателем. В этой антенна облучающий
рупор и параболическое зеркало составляют единое целое, что
практически устраняет утечку энергии за края зеркала.

56.

Двухзеркальная антенна:
1 — основное параболическое зеркало;
2 — облучатель;
3 — питающий радиоволновод;
4 — вспомогательное эллиптическое
зеркало;
5 — вспомогательное гиперболическое
зеркало;
F — фокус антенны.
Стрелками показан ход лучей.
В радиорелейной связи, космической радиосвязи, радиоастрономии получили
широкое распространение двухзеркальные антенны, состоящие из основного
параболического зеркала, вспомогательного малого зеркала и облучателя.
Электромагнитная энергия подводится к облучателю, устанавливаемому у вершины
параболоида, и излучается на малое зеркало, после отражения от которого
направляется на основное зеркало. Применение вспомогательного зеркала облегчает
получение оптимального распределения электромагнитного поля.

57.

Волноводная щелевая антенна:
1 — щелевые вибраторы;
2 — радиоволновод.
Стрелкой показано направление
движения электромагнитной энергии
в радиоволноводе.
Одна из характерных антенн СВЧ диапазона — щелевая антенна в виде
замкнутого полого металлического короба с прорезанными в нём щелями.
Внутрь короба вводится электромагнитная энергия, излучаемая через щели
(щелевые вибраторы) во внешнее пространство. Большое распространение
получила синфазная антенная решётка из таких вибраторов. Часто она
выполняется в виде радиоволновода прямоугольного или круглого сечения, в
одной из стенок которого прорезаются щели длиной 1/2l, размещаемые таким
образом, что они возбуждаются синфазно. КНД таких антенн приближённо
равен утроенному числу щелей. Щелевые вибраторы не выступают над
металлической поверхностью. Поэтому они широко используются в тех случаях,
когда это свойство является важным, например на летательных аппаратах.

58.

Антенна поверхностной волны
(импедансная антенна):
1 — ребристая замедляющая
структура;
2 — рупорное возбуждающее
устройство;
3 — питающий радиоволновод.
Стрелкой показано направление
максимального излучения.
Логопериодическая вибраторная
антенна:
1 — вибраторы;
2 — линия питания.
Стрелкой показано направление
максимального излучения.

59.

Важную роль в работе антенных устройств играет линия
передач (фидер), которая передаёт энергию от генератора к
антенне (в передающем режиме) или от антенны к
приёмнику (в режиме приёма).
Фидер – это проводная линия, предназначенная для
передачи высокочастотных электрических колебаний от
передатчика к антенне и от антенны к приемнику.
Непосредственно подключить антенну можно лишь к
портативной станции.
Аппаратура радиосвязи разрабатывается с выходным
сопротивлением 50 Ом.

60.

квалифицированный
выбор
и
умелое
применение
антеннофидерных
устройств
является
необходимой
составляющей
успешного
использования
комплексов радиосвязи.

61.

Радиосвязь имеет свои достоинства и недостатки. Современные
радиосистемы позволяют обеспечить соответствующую оперативность и
достоверность связи. Правильное построение системы радиосвязи в гарнизоне,
ее интеграция с проводными системами позволяет успешно решать задачи
обеспечения пожарной безопасности. В настоящее время постепенное замещение
аналоговых систем радиосвязи цифровыми делает их более функциональными и
помехоустойчивыми.
Распространение радиоволн в основном происходит в атмосфере и у
поверхности Земли, причем электрические и магнитные характеристики среды
сильно искажают идеальную картину излучения и распространения радиоволн.
Зная общую картину распространения радиоволн, можно нейтрализовать
большую часть негативных влияний, вызванных физическими свойствами
радиоволн.
В большинстве случаев независимо от используемых методик расчета
соответствующих характеристик радиолиний возможна автоматизация этого
процесса. В практической деятельности государственных служб автоматизация
расчета радиоканалов позволяет составить карту зоны покрытия ведомственной
системы радиосвязи, что давно делается операторами сотовой связи. Наличие
подобной информации позволяет при необходимости (например, в зоне
неустойчивой радиосвязи) предпринять соответствующие меры.

62.

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Общее устройство и параметры антенн.
Диапазоны радиоволн. Применение.
Радиорелейная связь.
Антенно-фидерные устройства.
Режимы работы радиостанции.
Правила установления радиосвязи и ведения
радиообмена.
Использование
средств
связи
при
ликвидации ЧС (пожаров).
[1], § 3.1-3.3; [2], cтр. 14-18;
[3], cтр. 49-75; [4].

63.

Лекция завершена
Благодарю
за внимание