Радиоэлектронная вселенная (1957-1995). Развитие космических средств связи. Создание микросхемы, микропроцессора

1. . МУЛЬТИМЕДИЙНЫЙ КУРС ЛЕКЦИЙ по дисциплине «История радиотехники» для студентов, обучающихся по специальности 210601.65

«Радиоэлектронные системы и комплексы» и направления подготовки 210400.62
«Радиотехника»
Лекция 6. Радиоэлектронная вселенная (1957-1995).
Развитие космических средств связи. Создание
микросхемы, микропроцессора. Характеристика
современного этапа развития радиотехники и связи

2. План лекции 7

1. Радиоэлектронная вселенная (1957-1995). Развитие
космических средств связи.
2. Создание микросхемы, микропроцессора.
3. Характеристика современного этапа развития радиотехники и
связи
• Просмотр видеофильмов
• Контрольные вопросы

3.

1. Радиоэлектронная вселенная (1957-1995).
Развитие космических средств связи
Пожалуй, развитие космонавтики берёт своё
начало в фантастике: людям всегда хотелось
летать — не только в воздухе, но и по
бескрайним космическим просторам. Как только
люди убедились, что земная ось не способна
налететь на небесный купол и пробить его,
самые пытливые умы начали задаваться
вопросом — а что же там, выше? Именно в
литературе можно встретить немало
упоминаний всевозможных способов отрыва от
Земли: не только природные явления типа
урагана, но и вполне конкретные технические
средства — воздушные шары, сверхмощные
пушки, ковры-самолёты, ракеты и прочие
костюмы-суперджеты. Хотя первым более или
менее реалистичным описанием лётного
средства можно назвать миф об Икаре и
Дедале.

4.

Постепенно из полёта подражательного (то есть полёта, основанного на подражании
птицам) человечество перешло к полёту, основанному на математике, логике и законах
физики. Значительная работа авиаторов в лице братьев Райт, Альберта Сантос-Дюмона,
Гленна Хаммонда Кёртиса лишь укрепили веру человека в то, что полёт возможен, и
рано или поздно холодные мерцающие точки на небе станут ближе, и вот тогда…

5.

Первые упоминания о космонавтике как о науке начались в 30-х годах двадцатого века.
Сам термин «космонавтика» появился в названии научного труда Ари Абрамовича
Штернфельда «Введение в космонавтику». На родине, в Польше, его трудами научное
сообщество не заинтересовалось, зато интерес проявили в России, куда автор и
переехал впоследствии. Позже появились другие теоретические работы и даже первые
эксперименты. Как наука космонавтика сформировалась лишь в середине 20 века. И кто
бы что ни говорил, а дорогу в космос открыла наша Родина.
Основоположником космонавтики считается Константин Эдуардович Циолковский. Когдато он говорил: «Сначала неизбежно идут: мысль, фантазия, сказка, а за ними
шествует точный расчет». Позже, в1983 году, он высказал мысль о возможности
использования реактивного движения для создания межпланетных летательных
аппаратов. Но было бы неверно не упомянуть такого человека, как Николай Иванович
Кибальчич, который выдвинул саму идею возможности построения ракетного
летательного аппарата.

6.

В 1903 году Циолковский публикует научную работу «Исследование мировых пространств
реактивными приборами», где он приходит к выводу, что ракеты на жидком топливе могут
вывести человека в космос. Расчёты Циолковского показали, что полёты в космос — дело
ближайшего будущего.
Чуть позже к работам Циолковского добавились труды зарубежных ракетостроителей: в
начале 20-х годов немецкий учёный Герман Оберт также изложил принципы межпланетного
полёта. В середине 20-х американец Роберт Годдард начал разрабатывать и построил
успешный прототип жидкостного ракетного двигателя.

7.

Труды Циолковского, Оберта и Годдарда стали своеобразным фундаментом, на котором
выросло ракетостроение и, позднее, вся космонавтика. Основная научноисследовательская деятельность велась в трёх странах: в Германии, США и СССР. В
Советском Союзе исследовательские работы вели Группа изучения реактивного
движения (Москва) и Газодинамическая лаборатория (Ленинград). На их базе в 30-х годах
был создан Реактивный институт (РНИИ).
В Германии работали такие специалисты, как Йоханнес Винклер и Вернер фон Браун. Их
исследования в области реактивных двигателей дали мощный толчок ракетостроению
после второй мировой войны. Винклер долго не прожил, а фон Браун переехал в США и
долгое время был самым настоящим отцом космической программы Соединённых
Штатов.
В России же дело Циолковского продолжил другой великий русский учёный, Сергей
Павлович Королёв.

8.

Именно он создал группу изучения реактивного движения и именно в ней создали и
успешно запустили первые отечественные ракеты — ГИРД 9 и 10.

9.

10.

4 октября 1957 года человечество совершило первый успешный запуск космического
спутника. Впервые творение рук человеческих проникло за пределы земной атмосферы.
В этот день весь мир был поражён успехами советской науки и техники.

11.

12.

Прогресс космической отрасли был колоссален. Всего за несколько лет точность систем
управления ракет-носителей и космических аппаратов выросла настолько, что из
погрешности в 20-30 км при выводе на орбиту в 1958 году человек сделал шаг в посадку
аппарата на Луне в пятикилометровый радиус к середине 60-х.
Дальше — больше: в 1965 году стало возможным передать на Землю фотографии с
Марса (а это расстояние в более чем 200 000 000 километров), а уже в 1980 году — с
Сатурна (расстояние — 1 500 000 000 километров!). Говоря о Земле — сейчас
совокупность технологий позволяет получать актуальную, достоверную и детальную
информацию о природных ресурсах и состоянии окружающей среды
Вместе с освоением космоса шло развитие всех «попутных направлений» — космической
связи, телевещания, ретрансляции, навигации и так далее. Спутниковые системы связи
стали охватывать практически весь мир, делая возможной двустороннюю оперативную
связь с любыми абонентами. Сейчас спутниковый навигатор есть в любой машине (даже
в игрушечной), а ведь тогда существование подобного казалось чем-то невероятным.
Во второй половине 20 века началась эра пилотируемых полётов. В 1960-1970-х годах
советские космонавты продемонстрировали способность человека работать вне
космического корабля, а с 1980-1990-х гг люди стали жить и работать в условиях
невесомости чуть ли не годами. Понятное дело, что каждое такое путешествие
сопровождалось множеством всевозможных экспериментов — технических,
астрономических и так далее.

13. Ю́рий Алексе́евич Гага́рин

• Ю́рий Алексе́евич Гага́рин (9 марта 1934 — 27 марта 1968) — советский лётчик
космонавт, Герой Советского Союза, кавалер высших знаков отличия ряда государств, почётный
гражданин многих российских и зарубежных городов.
12 апреля 1961 года Юрий Гагарин стал первым человеком в мировой истории,
совершившим полёт в космическое пространство. Ракета-носитель «Восток» с кораблём «Восток»,
на борту которого находился Гагарин, была запущена с космодрома Байконур. После 108 минут
пребывания в космосе Гагарин успешно приземлился в Саратовской области, неподалёку от
города Энгельса. Начиная с 12 апреля 1962 года день полёта Гагарина в космос был объявлен
праздником — Днём космонавтики.
Первый космический полёт вызвал большой интерес во всём мире, а сам Юрий Гагарин
превратился в мировую знаменитость. По приглашениям зарубежных правительств и
общественных организаций он посетил около 30 стран. Много у первого космонавта было поездок
и внутри Советского Союза.
27 марта 1968 года Юрий Гагарин погиб в авиационной катастрофе вблизи
деревни Новосёлово Киржачского района Владимирской области, выполняя учебный полёт на
самолёте МиГ-15УТИ под руководством опытного инструктора В. С. Серёгина. Причины и
обстоятельства авиакатастрофы остаются не вполне выясненными и на сегодняшний день.

14.

15.

Огромный вклад в развитие передовых технологий внесли ученые
и инженеры, которые выполняли проектирование, создание и
использование сложных космических систем. Автоматические
космические аппараты, отправляемые в космос (в том числе к
другим планетам), по сути дела, являются роботами, которыми
управляют с Земли с помощью радиокоманд. Необходимость
создания надёжных систем для решения подобных задач привела
к более полному пониманию проблемы анализа и синтеза
сложных технических систем. Сейчас такие системы находят
применение как в космических исследованиях, так и во многих
других областях человеческой деятельности.

16.

На данный момент во всём мире существует (точнее, функционирует) более десятка
космодромов с уникальными наземными автоматизированными комплексами, а также
испытательными станциями и всевозможными сложными средствами подготовки к пуску
космических аппаратов и ракетоносителей. В России известными на весь мир являются
космодромы «Байконур» и «Плесецк», ну и, пожалуй, «Свободный», с которого
периодически осуществляются экспериментальные запуски.
Следует отметить, что достижения России в исследованиях
космоса были бы невозможны без использования
радиотелескопов.

17.

Радиотелескоп РАТАН-600
РАТАН 600 — это крупнейший в мире радиотелескоп. Он расположен на высоте 970
метром над уровнем моря. Первый пуск состоялся в 1974 году. Название
расшифровывается как «Радиоастрономический телескоп Академии наук», а 600 в
названии означает диаметр кольца.

18.

РАТАН-600 был создан на основе разработок Наума Львовича Кайдановского.
Телескоп состоит из 895 прямоугольных отражающих элементов размером
11,4 на 2 метра, расположенных по кругу с диаметром 576 метров. Круг
разделён на 4 сектора по сторонам света. Отражающие элементы каждого
сектора выставляются по параболе, образуя отражающую и фокусирующую
полосу антенны. В фокусе такой полосы располагается
специальный облучатель.
Технические характеристики РАТАН-600
Диаметр
главного
зеркала
Число
элементов
антенны
Размер
элемента
Геометрическая
площадь антенны
Эффективная
площадь всего
кольца
576 м
895
11,4 × 2 м
15000 м²
3500 м²

19.

Радиотелескоп РАТАН-600 предназначен для:
- обнаружения большого числа космических источников радиоизлучения,
- отождествления их с космическими объектами,
- изучения радиоизлучения звезд,
- исследования тел солнечной системы,
- исследования областей повышенного радиоизлучения на солнце с целью изучения их
строения и, в частности, структуры их магнитных полей,
- обнаружения сигналов искусственного происхождения (внеземные цивилизации) и др.
Радиотелескоп состоит:
- из двух основных отражателей: кругового и плоского,
- и пяти подвижных наблюдательных кабин, перемещающихся по рельсовым путям.

20.

2. Создание микросхемы, микропроцессора
Джек Сент-Клэр Килби ( 8 ноября 1923 года — 20 июня 2005) —
американский учёный. Лауреат Нобелевской премии по физике
2000 года за изобретение интегральной схемы в 1958 году в период
работы в Texas Instruments(TI). Также он —изобретатель
карманного калькулятора и термопринтера (1967).

21.

Двухметровый уроженец Канзаса Джек Килби был тихим, замкнутым человеком; не
добрав на вступительных экзаменах по математике трех баллов, он не смог поступить в
Массачусетский технологический институт. В мае 1958 г., проработав 10 лет с
транзисторами в фирме, выпускавшей радио и телевизионные детали, где ему удалось
получить место после окончания Иллинойсского университета, Килби с радостью
ухватился за возможность перейти в фирму «Тексас инструментс».
Эта быстро растущая компания, ставшая 4 года назад одним из первых коммерческих
производителей кремниевых транзисторов, выполняла в то время военный заказ по
миниатюризации электронных схем. Разработанный тогда метод микромодулей
заключался в следующем: электронные элементы печатались на тончайших керамических
пластинках, которые затем спаивали в виде стопки, получая нужную схему.
Килби счел этот метод слишком замысловатым и стал искать ему замену. Решение
возникло в июле, когда сотрудники компании отправились в двухнедельный летний отпуск,
и Килби как новичок, еще не заслуживший на это права, остался в лаборатории
практически один. Килби понял: резисторы и конденсаторы можно не только делать из
того же полупроводникового материала, что и транзисторы, но и изготавливать все
компоненты одновременно, на одной и той же полупроводниковой пластине. Через
несколько месяцев он убедил в правильности своей идеи скептически настроенного
шефа, изготовив первый грубый опытный образец.

22.

Первая в мире интегральная схема (ИС, как их сокращенно называют) представляла
собой тонкую германиевую пластинку длиной в 1 см. Это устройство еще не отличалось
особым изяществом. Пять компонентов схемы были изолированы друг от друга
благодаря своей форме в виде букв U, L и т. п. Крошечные проволочки, соединяющие
компоненты схемы друг с другом и с источником питания, просто припаивались. Вся
конструкция скреплялась воском. Тем не менее, схема работала. Фирма сообщила о
рождении нового устройства в январе 1959 г. А чтобы продемонстрировать
потенциальные возможности новой технологии, компания построила для ВВС США
компьютер, состоявший из 587 ИС, объем которого составлял около 40 кубических см., т.
е. в 150 раз меньше, чем у аналогичной машины старого образца.
Однако у нового устройства были существенные недостатки. И вскоре Килби оказался в
таком же положении, как до него Джон Бардин и Уолтер Браттейн - изобретатели
транзистора с точечными контактами. Он получил патент и щедрые похвалы как пионер в
этой области, но его интегральные схемы быстро вытеснила другая модель, технология
изготовления которой оказалась проще.
Рабочий образец первой ИС (линейный
размер указан в дюймах)

23.

История создания микропроцессоров
Первые опыты по созданию микропроцессоров проводились еще в фирме
Shockley Semiconductor Laboratory, затем в Fairchild Semiconductor. Опыты по
созданию первых микропроцессоров в Shockley Semiconductor Laboratory выглядели
следующим образом: доктора наук в спецодежде, защитных очках и перчатках
нагревает в специальных печах для обжига кремниевые и германиевые пластины до
температуры 1,5-2 тысячи градусов по Фаренгейту, для последующего травления
пластин алюминием, фосфором, бором и мышьяком. Манипулируя пинцетами,
ученые старательно запихивали пластины под микроскоп и резали их на крошечные
кусочки, слайсы или чипы
В фирме Fairchild Semiconductor, созданной несколько позже, после развала
Shockley Semiconductor Laboratory от теории перешли к практике, т.е.
непосредственно к производству. Вот как выглядел передовой рубеж науки: ряды
рабочих столов, за которыми, сгорбившись над микроскопами, сидели женщины,
выполняя нуднейшую работу - резали алмазом кремниевые пластины на крошечные
треугольнички, старательно пытаясь подсоединить затем к ним тоненькие
проводочки.

24.

В 1959 году Нойс сделал первое детальное сообщение
об интегральных диффузионных или напыленных
резисторах, по поводу изоляции приборов друг от друга
с помощью смещенных в обратном направлении pnпереходов и по поводу соединения друг с другом
элементов через отверстия в окисле путем напыления
металла на поверхность. Еще через месяц Нойс
поделится идеями о размещении на одном кристалле
нескольких элементов. С этого момента замысел
интегральной
схемы
делается
реальностью.
Основанная на транзисторах, интегральная схема
сделала
возможным
создание
миниатюрного
компьютера.

25.

Структура и архитектура микропроцессоров
Микропроцессор - програмно-управляемое устройство, предназначенное для
обработки цифровой информации и управления процессом этой обработки
выполненное в виде одной (или нескольких ) интегральных схем с высокой
степенью интеграции. Микропроцессоры имеют сложную логическую структуру и
содержат большое кол-во электронных элементов.
Архитектура микропроцессора – функциональные возможности аппаратурных
электронных средств микропроцессора, используемые для представления
данных, машинных операций, описания алгоритмов и процессов вычислений.
Архитектура объединяет аппаратурные, микропрограммные и программные
средства вычислительной техники и позволяет четко выделить то, что при
создании конкретной микропроцессорной системы и использовании возможностей
микропроцессорного комплекта БИС должно быть реализовано пользователем
программным способом и дополнительными аппаратурными средствами.

26.

Рассмотрим из каких частей состоит микропроцессор на примере цифрового
сигнального процессора семейства ADSP-21xx.
Микропроцессор построен на одной микросхеме (БИС). В его состав входят:
Центральное
устройство
управления
комплекс
средств
автоматического управления процессами передачи и обработки
информации;
Арифметико-логическое устройство - устройство, осуществляющее
обработку информации и выработку признаков управляющих сигналов.
Внутренняя память процессора :
Регистровая память
Постоянная память устройства управления

27.

Микропроцессор осуществляет обработку данных и функции управления системой. К
функциям управления системой относятся:
•инициирование операций ввода-вывода
•управление доступом к основной памяти ( работа с виртуальной памятью )
•обработка системных событий - прерываний
•организация многозадачных режимов работы
Логическая структура включает ряд функциональных средств:
•средства обработки информации
•локальная память
•средства управления системой и программами
•управление интерфейсом и каналами
Структурно эти средства разбиваются на центральное устройство управления, АЛУ,
внутреннюю память и управляющие устройства, связанные с конкретными
устройствами вычислительной машины.

28.

Типы микропроцессоров
Микропроцессоры бывают двух типов: универсальные и аналоговые
или цифровые.
Универсальные микропроцессоры предназначаются для применения
в вычислительных системах : персональных ЭВМ, рабочих станциях, а
в последнее время и в массово-параллельных супер-ЭВМ. Основной их
характеристикой является наличие развитых устройств для
эффективной реализации операций с плавающей точкой над 64
разрядными и более длинными операндами. Предназначаются в
основном для проведения научно-технических расчетов.

29.

Цифровые сигнальные процессоры рассчитаны на обработку в реальном
времени цифровых потоков, образованных путем оцифровывания аналоговых
сигналов. Это обусловливает их сравнительно малую разрядность и
преимущественно целочисленную обработку. Однако современные сигнальные
процессоры способны проводить вычисления с плавающей точкой над 32-40
разрядными операндами. Кроме того, появился класс медийных процессоров,
представляющих собой законченные системы для обработки аудио- и
видеоинформации.
Чем же отличается цифровой процессор от обычного микропроцессора? В
первую очередь - архитектурой и системой команд. В основу построения DSP
(Digital Signal Processor) положены следующие принципы:
•использование гарвардской архитектуры
•сокращение длительности командного цикла
•применение конвейеризации
•применение аппаратного умножителя
•включение в систему команд специальных команд цифровой обработки сигнала

30.

Гарвардская архитектура подразумевает хранение программ и данных в
двух раздельных запоминающих устройствах. Соответственно на кристалле
имеются раздельные шины адреса и данных ( в некоторых типах
процессоров - несколько шин данных и адреса ). Это позволяет совмещать
во времени выборку и исполнение команд.

31. 3. Характеристика современного этапа развития радиотехники и связи

Современный этап развития радиотехники и
связи характеризуется прогрессом в области
использования современных технологий
передачи информации, разработки систем
сотовой связи, внедрения информационных
систем и технологий во все сферы жизни
людей.

32. История создания волоконно-оптических линий связи

История развития волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) началась в 19651967 гг., когда появились опытные волноводные линии связи для передачи
широкополосной информации, а также криогенные сверхпроводящие кабельные
линии с малым затуханием. С 1970 г. активно развернулись работы по созданию
световодов и оптических кабелей, использующих видимое и инфракрасное
излучения оптического диапазона волн. Создание волоконного световода и
получение непрерывной генерации полупроводникового лазера сыграли решающую
роль в быстром развитии волоконно-оптической связи. К началу 80-х годов были
разработаны и испытаны волоконно-оптические системы связи. Основные сферы
применения таких систем — телефонная сеть, кабельное телевидение,
вычислительная техника, система контроля и управления технологическими
процессами и т. д.
Связь по оптоволокну
Оптическое волокно в настоящее время считается самой совершенной и
перспективной средой для передачи больших потоков информации на значительные
расстояния. Волокно изготавливается из кварца, в основе которого - двуокись
кремния - широко раcпространенный и недорогой материал. Системы связи на
основе такого волокна устойчивы к электромагнитным помехам, информация,
передаваемая с их помощью, защищена от прослушивания. Время жизни
оптоволокна превышает 25 лет

33. Как это выглядит?

Конструкция и внешний вид волоконнооптического кабеля зависят от условий
эксплуатации и пропускной способности линии
связи.
Волоконно-оптические кабели - один из
наиболее перспективных видов сетевой
кабельной продукции. Они с каждым днем
получают все более широкое распространение,
поскольку являются непревзойденными по
характеристикам передачи и позволяют
обеспечить высочайшую информационную
емкость канала связи.
Использование светового сигнала
обеспечивает абсолютную независимость от
электромагнитных помех природного
происхождения и возникающих в результате
функционирования самых разнообразных
технических устройств на производствах,
транспорте, в системах связи и в быту, а также
отсутствие электромагнитного излучения от
линии. Последнее гарантирует скрытность
информации и принципиальную
невозможность несанкционированного
бесконтактного доступа.

34. Оптический кабель

Оптоволокно широко применяется в сетях связи с высокой информационной
ёмкостью и необходимостью качественной передачи информации на большие
расстояния.
• Прежде всего оптоволокно за счёт своей широкополостности даёт возможность
передачи большого потока информации (несколько тысяч каналов), и при этом
оптический кабель имеет малые габаритные размеры и массу (в 10 раз меньше, чем
у электрических кабелей).
• Оптоволокно за счёт малых потерь организует большие длины трансляционных
участков (30…70 и 100 км), имеет высокую защищенность от внешних воздействий,
переходных помех и надёжную технику безопасности (отсутствие искрения и
короткого замыкания).
• Оптическая система передачи информации значительно превосходит систему
передачи информации посредством электрических сигналов. Широкая полоса
пропускания и малое затухание сигнала в оптических системах позволяют
передавать больший объем информации с меньшими потерями и ошибками, и
обеспечивают волоконно-оптическим кабелям значительные технические
преимущества по сравнению с кабелями, использующими медные проводники.
• Малое затухание сигнала играет особенно важную роль для междугородних сетей,
так как позволяет увеличить длину регенерационного участка до 100 км, а наличие
широкой полосы пропускания позволяет строить сети в соответствии с
современными требованиями к скорости передачи данных, которые постоянно
возрастают для сетей всех уровней.
• При использовании одномодового волоконного кабеля можно обеспечить
передачу со скоростью в несколько Гбит/сек на расстояние более 100 км без
регенерации.
•Современные средства передачи информации используются в современных
системах, одной из которых является система местоопределения кораблей и
самолетов, терпящих бедствие (КОСПАС-САРСАТ)

35.

Коспас-Сарсат — международная спутниковая поисково-спасательная
система, разработанная для оповещения о бедствии и
местоположении персональных радиобуев и радиобуев, установленных
на судах и самолётах в случае аварийных ситуаций.
Эмблема до 1992 года
Схема функционирования системы
Коспас-Сарсат

36.

Международная спутниковая система КОСПАС-SARSAT является одной из основных
частей ГМССБ и предназначена для обнаружения и определения местоположения судов,
самолетов, других объектов, потерпевших аварию. Система КОСПАС-SARSAT одобрена
Международной морской организацией (ИМО) и Международной организацией
гражданской авиации (ИКАО). Система образована в 1977 году на основе
международного сотрудничества СССР (КОСПАС) с одной стороны и США, Канады и
Франции (SARSAT) с другой. Функционирование КОСПАС-SARSAT началось с запуска 30
июня 1982 года советского спутника «Космос-1383» (другое название — КОСПАС-1).
Первый практический случай спасения людей с помощью системы произошел 10
сентября 1982 года еще на стадии отработки технических средств системы, когда
советский спутник «Космос-1383» ретранслировал сигнал бедствия с разбившегося в
горах Канады небольшого самолета. Аварийный сигнал через спутник был принят
канадской наземной станцией. В результате спасательной операции были спасены три
человека[1]. На начало 2002 года с помощью системы КОСПАС-SARSAT спасено более 10
000 человек. В одном только 1998 году произведено 385 спасательных операций, в
результате которых было спасено 1334 человека.
5 декабря 1997 года на заседании межведомственной комиссии Министерства по
чрезвычайным ситуациям (МЧС) России было принято решение рассматривать систему
КОСПАС-SARSAT как необходимый элемент организации поиска и спасания объектов,
попавших в кризисную ситуацию.

37.

38.

9 сентября 1991 года мэр Санкт-Петербурга Анатолий Собчак позвонил коллеге,
мэру американского города Сиэтл по аппарату Nokia Mobira MD59-NB2 весом в 3
килограмма и стоимостью чуть более 2000 долларов США.
С того момента началась история нашей сотовой связи, тогда еще очень
дорогой и недоступной широким массам, а сегодня ставшей привычной частью
нашей жизни, которой мы пользуемся, не задумываясь, ежедневно. Давайте же
сегодня вспомним наше мобильное прошлое!
Двадцать лет назад никто не ждал, что сотовая связь в России станет настолько
популярной. Долгое время мобильный телефон из-за высокой стоимости был
доступен только бизнесменам, силовым или криминальным структурам.

39.

Современные тенденции развития радиопередающей техники
Радиопередающие устройства (РПдУ) применяются в сферах
телекоммуникации, телевизионного и радиовещания, радиолокации,
радионавигации. Стремительное развитие микроэлектроники, аналоговой и
цифровой микросхемотехники, микропроцессорной и компьютерной техники
оказывает существенное влияние на развитие радиопередающей техники как с
точки зрения резкого увеличения функциональных возможностей, так и с точки
зрения улучшения ее эксплуатационных показателей. Это достигается за счет
использования новых принципов построения структурных схем передатчиков и
схемотехнической реализации отдельных их узлов, реализующих цифровые
способы формирования, обработки и преобразования колебаний и сигналов,
имеющих различные частоты и уровни мощности.
Радиопередатчики, в которых используются цифровые способы
формирования, обработки и преобразования колебаний и сигналов, будем
далее называть цифровыми радиопередающими устройствами (ЦРПдУ).
Рассмотрим современные требования к РПдУ, которые ставят проблемы, не
решаемые в принципе методами аналоговой схемотехники, что вызывает
необходимость применения цифровых технологий в РПдУ.
В области телекоммуникаций и вещания можно выделить следующие
основные непрерывно возрастающие требования к системам передачи
информации, элементами которых являются РПдУ:
- обеспечение помехоустойчивости в перегруженном радиоэфире;
- повышение пропускной способности каналов;
- экономичность использования частотного ресурса при многоканальной связи;
- улучшение качества сигналов и электромагнитной совместимости.

40.

Краткое описание
Состоит из шести низкоорбитальных спутников, расположенных на околополярной
орбите, пяти геостационарных спутников, локальной земной станции связи, центра
управления и координационно-спасательных центров. Абонентами системы являются
спутниковые аварийные радиобуи.
В разработке и вводе в эксплуатацию спасательной системы принимали участие СССР (в
дальнейшем Россия), США, Канада и Франция. Советская часть системы —
Коспас (Космическая Система Поиска Аварийных Судов), иностранная — Sarsat
(Search And Rescue Satellite-Aided Tracking).
Функционирование спутниковой части системы осуществляется на частоте 406,025 МГц,
взаимодействие с поисковыми самолетами на частоте 121,5 МГц. Оба передатчика
устанавливаются на автоматический радиобуй АРБ-406, и по сигналу на частоте 406 МГц
спутник системы с помощью эффекта Доплера может самостоятельно определить
координаты объекта. До появления системы и в первые годы ее функционирования в
качестве аварийных передатчиков использовались маломощные на частоте 121,5 МГц
для поиска с самолетов. Система могла принимать сигнал и от них, но в этом случае она
просто ретранслировала его на землю, где и определялись координаты объекта.

41.

Стремление удовлетворить этим требованиям приводит к появлению новых
стандартов связи и вещания. Среди уже известных GSM, DECT, SmarTrunk II, TETRA,
DRM и др.
Основным направлением развития систем связи является обеспечение
множественного доступа, при котором частотный ресурс совместно и одновременно
используется несколькими абонентами. К технологиям множественного доступа
относятся TDMA, FDMA, CDMA и их комбинации. При этом повышают требования и к
качеству связи, т.е. помехоустойчивости, объему передаваемой информации,
защищенности информации и идентификации пользователя и пр. Это приводит к
необходимости использования сложных видов модуляции, кодирования информации,
непрерывной и быстрой перестройки рабочей частоты, синхронизации циклов работы
передатчика, приемника и базовой станции, а также обеспечению высокой
стабильности частоты и высокой точности амплитудной и фазовой модуляции при
рабочих частотах, измеряемых гигагерцами. Что касается систем вещания, здесь
основным требованием является повышение качества сигнала на стороне абонента,
что опять же приводит к повышению объема передаваемой информации в связи с
переходом на цифровые стандарты вещания. Крайне важна также стабильность во
времени параметров таких радиопередатчиков - частоты, модуляции. Очевидно, что
аналоговая схемотехника с такими задачами справиться не в состоянии,
и формирование сигналов передатчиков необходимо осуществлять цифровыми
методами.

42.

Современную радиопередающую технику невозможно представить без встроенных
средств программного управления режимами работы каскадов, самодиагностики,
автокалибровки, авторегулирования и защиты от аварийных ситуаций, в том числе
автоматического резервирования. Такие функции в передатчиках осуществляют
специализированные микроконтроллеры, иногда совмещающие функции цифрового
формирования передаваемых сигналов. Часто используется дистанционное
управление режимами работы при помощи удаленного компьютера через специальный
цифровой интерфейс. Любой современный передатчик или трансивер обеспечивает
определенный уровень сервиса дляпользователя, включающий цифровое
управление передатчиком (например, с клавиатуры) и индикацию режимов работы в
графической и текстовой форме на экране дисплея. Очевидно, что здесь не обойтись
без микропроцессорных систем управления передатчиком, определяющих его
важнейшие параметры.
Производство передатчиков такого уровня сложности было бы экономически невыгодно
в случае их аналогового исполнения. Именно средства цифровой микросхемотехники,
позволяющие заменить целые блоки обычных передатчиков, дают возможность
существенно улучшить массогабаритные показатели передатчиков (вспомните
сотовые телефоны), достичь повторяемости параметров, высокой технологичности и
простоты в их изготовлении и настройке.
Очевидно, что появление и развитие цифровых радиопередающих устройств явилось
неизбежным и необходимым этапом истории радиотехники и телекоммуникаций,
позволив решить многие насущные задачи, недоступные аналоговой схемотехнике.

43. Предлагаем посмотреть видеофильмы по теме лекции которые вам наиболее интересны

Гагарин-8
Русский космос-13
Коспас-Сарсат-2
Радиолокация-26
Как работает мобильная связь-6
Спутниковая система "Гонец"-6

44. Контрольные вопросы

1. Назовите фамилию первого человека, побывавшего в
космосе и дату этого события.
2. В каком году был запущен первый искусственный
спутник Земли?
3. Для чего необходимо развивать космические средства
связи?
4. Что такое ВОЛС?
5. Для чего используется КОСПАС-САРСАТ?
6. Назовите фамилию человека, создавшего микросхему.
7. Что такое микропроцессор?
8. Назовите современные тенденции развития
радиотехники.

45. Радиоэлектронная вселенная (1957-1995 гг.)

1957
1958
1959
1960
Радиоэлектронная
вселенная (19571995 гг.)
- 4 октября впервые проведены исследования распространения
радиоволн
через
космос
с
использованием
декаметровых
радиопередатчиков, установленных на борту первого в мире
искусственного спутника Земли (СССР)
- Построена первая линия радиосвязи с использованием тропосферного
рассеяния радиоволн, соединившая Испанию и Италию
- Изобретен полевой транзистор (С.Тешнер, Франция)
- Создан туннельный диод (Л.Эсаки, Япония)
- Осуществлены опыты радиосвязи через экспериментальный связной
ИСЗ
«Атлас-Скор»
на
эллиптической
орбите
с
активными
ретрансляторами на борту (США)
- 7 октября фототелевизионная система, установленная на борту
межпланетного космического аппарата «Луна-3», сфотографировала, а
затем передала на Землю изображения невидимой стороны Луны
(СССР)
- Создана интегральная микросхема (Д.Килби и независимо Р.Нойс, США)
- Разработана система цветного телевидения СЕКАМ (А. де Франс,
Франция)
- Осуществлены
эксперименты
по
пассивной
ретрансляции
радиосигналов с использованием связного ИСЗ «Эхо-1» (США)
- Радиоастрономической обсерваторией в Грин-Бенке под руководством
Ф.Дрейка (США) осуществлен проект «Озма» по программе поисков
радиосигналов от внеземных цивилизаций. Сигналы искусственного
происхождения приняты не были

46.

1960
1961
1962
1964
- Изобретен твердотельный лазер – квантовый генератор оптического
диапазона (Т.Мейман, США)
- Разработана система звукового стереофонического радиовещания с
полярной модуляцией (Л.М.Кононович, СССР)
- Разработана система звукового стереофонического радиовещания с
пилот-сигналом (Л.Кан, США)
- Осуществлена двусторонняя радиосвязь и передача телевизионного
изображения первого летчика-космонавта Ю.А.Гагарина из космоса на
Землю во время полета космического корабля «Восток-1» (СССР)
- Начало любительских радиосвязей через связной ИСЗ «Оскар-1» (США)
с активными ретрансляторами на борту, работающими в любительских
диапазонах волн
- Борис Николаевич Тарусов открыл с помощью фотоумножителя
сверхслабое свечение живой клетки
- Осуществлены двусторонняя радиосвязь между космическими
кораблями «Восток-3» (летчик-космонавт А.Г.Николаев) и «Восток-4»
(летчик-космонавт П.Р.Попович) и телевизионный репортаж из космоса,
транслировавшийся по вещательному стандарту непосредственно в
телевизионную сеть СССР и «Интервидения»
- Создан полупроводниковый лазер (Р.Холл, М.Нейтек и независимо
И.Холоньяк, США)
- Разработана система цветного телевидения ПАЛ (В.Брух, ФРГ)
- Выведен на геостационарную орбиту связной ИСЗ «Синком-3» с
активным ретранслятором на борту (США)

47.

1965
1966
- Выведен на высокоэллиптическую орбиту первый советский связной
ИСЗ «Молния-1», предназначенный для ретрансляции телевидения и
телефонно-телеграфных сообщений, проведена прямая ТВ-передача из
Владивостока в Москву
- Вступила в эксплуатацию первая международная система спутниковой
связи «Интелсат»
- В кратере вулкана Аресибо (США) построен радиотелескоп диаметром
305 м
- Обнаружено реликтовое радиоизлучение Вселенной (А.Пензаис и
Р.Вильсон, США)
- Завершен полет космического корабля «Восход-2», во время которого
космонавт А.А.Леонов впервые выходил в открытый космос.
Благодаря космовидению за экспериментом наблюдали миллионы
телезрителей
- Подписано соглашение между СССР и Францией о сотрудничестве в
области цветного телевидения на основе советско-французской
системы СЕКАМ
- Сотрудники фирмы «Филипс» (Голландия) разработали плюмбикон –
передающую ТВ-трубку для цветного телевидения
- Из космоса на Землю переданы телевизионные изображения панорамы
лунной поверхности с борта межпланетного космического аппарата
«Луна-9», совершившего мягкую посадку на Луну (СССР)
- Впервые предложено использовать стекловолоконные световоды в
качестве линий связи (К.Као, Г.Хокхам, США, и независимо М.Борнер,
ФРГ)

48.

1967
1969
1970
1972
1974
- Начала действовать первая национальная система спутникового
телевизионного вещания «Орбита» (СССР)
- Завершено сооружение в Москве уникальной радиотелевизионной
башни из предварительно напряженного железобетона высотой 533 м
(автор проекта Н.В.Никитин, СССР)
- Проведено телевизионное управление с Земли процессом стыковки на
орбите ИСЗ «Космос-186» и «Космос-188» (СССР)
- Открыт
пульсар
–
космический
источник
пульсирующего
радиоизлучения (А.Хьюш, С.Белл, Д.Пилкинтон, Великобритания)
- 20 июля переданы с поверхности Луны на Землю радио- и
телевизионные репортажи астронавтами Н.Армстронгом и Э.Олдрином
(США), высадившимся со спускаемого аппарата космического корабля
«Апполон-11»
- Создан микропроцессор (М.Хофф, США)
- Осуществлено телевизионное управление с Земли автоматическим
самоходным аппаратом «Луноход-1», доставленным на Луну
космическим аппаратом «Луна-17» (СССР)
- Создана матрица фоточувствительных элементов на приборах с
зарядовой связью – безвакуумный аналог передающей ТВ-трубки
(У.Бойл и Д.Смит, США)
- Фирма «Корнинг Глас» (США) освоила производство сверхтонких
силиконовых волокон, способных служить световодами
- Проложена вблизи Бирмингема первая волоконно-оптическая линия
связи (США)
- Сооружен крупнейший радиотелескоп с многоэлементной антенной
решеткой площадью 150000 м2 (СССР)

49.

1975
1976
1977
1978
1979
1980
1982
1983
1984
1985
- АМС «Венера-9» и «Венера-10» доставили на орбиту Венеры первые
искусственные спутники этой планеты. Спускаемые аппараты обеих
станций были снабжены панорамными ТВ-камерами, которые около
часа передавали изображения поверхности Венеры
- Введена в действие первая спутниковая система непосредственного
телевизионного вещания «Экран» (СССР)
- Построен крупнейший радиотелескоп РАТАН-600 с кольцевым
антенным рефлектором диаметром 600 м (СССР)
- Создана служба «Телетекст» (Великобритания)
- Начали работать на околоземной орбите первые советские
радиолюбительские спутники связи «Радио-1» и «Радио-2»
- Введена в эксплуатацию служба «Телефакс» (ФРГ)
- Завершено
создание
крупнейшего
в
мире
Олимпийского
телерадиокомплекса в Москве (под рук. И.А.Росселевича)
- Началась эксплуатация международной системы спутниковой связи
ИНМАРСАТ, обеспечивающей глобальную морскую, сухопутную и
воздушную подвижную радиосвязь
- Межпланетные космические аппараты «Венера-15» и «Венера-16»
начали радиолокационную съемку поверхности Венеры и передачу
информации на Землю (руководитель работ В.А.Котельников, СССР)
- Начала действовать первая сеть видеоконференцсвязи (ФРГ)
- Вступила в эксплуатацию международная спутниковая система
КОСПАС-САРСАТ, обеспечивающая местоопределение морских судов и
самолетов, потерпевших аварию

50.

1986
- Переданы из космоса на Землю телевизионные изображения ядра
кометы Галлея с пролетной траектории космических аппаратов «Вега1» и «Вега-2» (СССР)
- Вступила в эксплуатацию спутниковая
радиовызова (Великобритания)
1988
система
поискового
- Введена в эксплуатацию первая трансокеанская волоконнооптическая линия связи, соединившая США, Великобританию и
Францию
- Введена в действие волоконно-оптическая линия связи ЛенинградСосновый Бор протяженностью 120 км (СССР)
1989
- Начала работать спутниковая система «Москва-Глобальная» (СССР),
обеспечивающая прием советских телевизионных программ на
территории практически всех стран мира
- Выведена на околоземную орбиту космическая
«Гранит» с рентгеновскими телескопами (СССР)
обсерватория
1991
- Введены в Москве и Санкт-Петербурге в эксплуатацию первые в
России сотовые сети радиосвязи
1992
- Принята программа развития системы спутниковой связи и вещания
«Россия»,
предусматривающая
создание
трех
подсистем:
фиксированной
спутниковой
службы,
подвижной
связи
и
непосредственного телевизионного вещания

51.

1993
- Вступила в эксплуатацию цифровая подводная волоконнооптическая линия связи Дания-Россия (г.Кингисепп), положившая
начало участию России в создании глобального кольца цифровой
связи
1994
- Запущен и вступил в эксплуатацию ИСЗ «Галс» для системы
непосредственного телевизионного вещания (Россия)
- Разработана
система
цифрового
(Международный проект «Эврика-147»)
звукового
радиовещания
1995
- Продолжается
сооружение
транссибирской
цифровой
радиорелейной линии связи Москва-Хабаровск, которая замкнет
кольцо глобальной цифровой линии связи, проходящей через
Америку, Европу, Азию, Австралию, и океаны Атлантический, Тихий,
Индийский
2005
- По оценке специалистов количество телевизоров в мире превысит
1,5 млрд.шт. Начнется перевод телецентров на цифровое ТВ-вещание
высокой четкости (при удвоении числа строк и формате кадра 16:9)