«Радиотехнические цепи и сигналы» (РТЦиС)-базовый курс в системе подготовки современного инженера в области радиотехники и радиоэлектроники. Его целью является изучение фундаментальных закономерностей, связанных с получением сигналов, их передачей по каналам связи, обработкой и преобразованием в радиотехнических цепях. Курс РТЦиС, опирающийся на такие дисциплины, как «Математика», «Физика», «Основы теории цепей», вводит студентов в круг новых понятий и терминов, глубокое понимание и усвоение которых необходимо для изучения последующих инженерных дисциплин: это тот язык, на котором говорят современные радиоинженеры. Излагаемые в курсе РТЦиС методы анализа сигналов и радиотехнических цепей используют математический аппарат, в основном известный студентам из предшествующих дисциплин. Важная задача курса РТЦиС - научить студентов выбирать математический аппарат, адекватный решаемой задаче, показать, как работает этот аппарат при решении конкретных научных и технических задач в области радиотехники. Не менее важно научить студентов видеть тесную связь математического описания с физической стороной рассматриваемого явления, уметь составлять математические модели изучаемых процессов.

Радиоэлектроника является отраслью знаний, чрезвычайно быстро развивающейся как в научном, так и в техническом плане. Появляются новые направления, использующие как новые научные идеи и методы, так и новые схемотехнические решения, новую техническую базу. Однако и некоторые «старые», традиционные методы и идеи не отмирают, остаются необходимыми в арсенале радиоинженера. Это обстоятельство заставляет жестко отбирать материал, излагаемый в курсе так, чтобы он отвечал современным требованиям и учитывал тенденции развития радиоэлектроники. Неизбежно за рамками курса остаются конкретные вопросы схемотехники, хотя принципиальные вопросы, необходимые для понимания схемотехнических задач, в курсе освещаются.

Каков же круг вопросов, которые в настоящее время наиболее важны для большинства приложений радиоэлектроники и в соответствии с новой программой УМУ-Т-7/171 должны составлять основное содержание курса РТЦиС?

Во-первых, это вопросы теории сигналов:

спектральный и корреляционный анализ информационных и управляющих сигналов;

особенности спектрального и корреляционного анализа узкополосных радиосигналов, введение понятий комплексного н аналитического сигналов;

основы теории дискретных и цифровых сигналов;

статистический анализ случайных сигналов и помех, изучаемый в едином комплексе с детерминированными сигналами.

Во-вторых, это теория преобразования перечисленных выше сигналов в линейных цепях - апериодических и частотно-избирательных.

В-третьих, это основные положения теории нелинейных и параметрических устройств и преобразования в них сигналов.

Важное значение приобрели вопросы теории цифровой обработки сигналов, оптимальной обработки сигналов на фоне помех и основные положения теории синтеза радиотехнических цепей - аналоговых и цифровых.

В свете перечисленных требований в книгу введены новые разделы и сделаны дополнения, учитывающие специфику современной элементной базы, новых методов представления сигналов и методов их обработки. Современный курс, посвященный радиоцепям и сигналам, невозможен без изложения основных понятий нового принципа обработки мультипликативных и «свернутых» сигналов (обобщенная линейная фильтрация), а также кепстраль-ного анализа. Для уяснения этих понятий требуется знакомство со всем предыдущим содержанием курса, что и обусловило помещение новой главы «Обобщенная линейная фильтрация. Кепстральный анализ» в конце книги.

Материал предыдущего издания переработан и в методическом плане с целью повышения его доходчивости. Материал повышенной сложности, рассчитанный на более подготовленных студентов, набран петитом.

В работе над книгой и при подготовке рукописи автор пользовался ценными советами и критическими замечаниями ряда сотрудников кафедры радиотехники МАИ, а также других вузов и научно-исследовательских институтов.

К рецензированию книги были привлечены кафедры Горьковского политехнического института «Теория цепей и сигналов» и «Радиотехнические системы». Большое число критических замечаний и ценных рекомендаций, сделанных коллективами этих кафедр, позволило существенно улучшить содержание учебника. При окончательном редактировании рукописи были учтены замечания и пожелания ряда членов научно-методической комиссии MB и ССО СССР по радиотехнике и радиоуправлению. Всем коллегам автор выражает свою искреннюю признательность.

Глава 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, СИГНАЛОВ И ЦЕПЕЙ

1.1. ПЕРЕДАЧА СИГНАЛОВ НА РАССТОЯНИЕ

И ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В РАДИОТЕХНИКЕ ЧАСТОТЫ

Основной задачей радиотехники является передача сообщения на расстояние. Расстояние разделяет отправителя и адресата, датчик команд и исполнительное устройство, исследуемый процесс и измерительный механизм, источник космического радиоизлучения и регистрирующий прибор радиотелескопа, различные блоки ЭВМ - словом, источник и потребитель-информации.

Расстояние, на которое передается сообщение, может быть очень незначительным (передача команд в ЭВМ от одного блока к другому) или огромным (межконтинентальная или космическая связь). Передача сообщений осуществляется с помощью проводных, кабельных, волноводных линий или в свободном пространстве. Естественно, что для передачи сигналов целесообразно использовать те физические процессы, которые имеют свойство перемещаться. К числу таких процессов относятся применяемые в радиотехнике электромагнитные колебания - радиоволны.

Любой физический процесс, используемый в качестве агента (посредника, переносчика) для передачи информации, должен обладать свойством принимать всю совокупность состояний, по которым можно было бы однозначно установить соответствующее состояние объекта или процесса, являющегося источником информации. Для этого радиоволны подвергают модуляции. Процесс модуляции заключается в том, что высокочастотное колебание, способное распространяться на большие расстояния, наделяется признаками, характеризующими полезное сообщение. Таким образом, это колебание используется как переносчик сообщения, подлежащего передаче.

Выбор длины волны излучаемого колебания весьма существен для обеспечения устойчивой и надежной связи. Выбор того или иного диапазона волн для каждой конкретной системы связи определяется следующими факторами:

особенностью распространения электромагнитных волн данного диапазона;

характером помех в данном диапазоне; характером сообщения (шириной спектра);

габаритными размерами антенной системы, необходимыми для осуществления направленного излучения.

Практически для использования пригодны те участки диапазона, в которых обеспечиваются благоприятные условия распространения радиоволн и в приемлемой степени удовлетворяются остальные перечисленные условия.

Для современной радиотехники характерны интенсивное изучение малоисследованных диапазонов волн и стремление к расширению диапазона используемых волн в сторону как весьма длинных, так и коротких, вплоть до световых. Последнее не должно казаться странным, так как радиоволны и световые волны имеют одинаковую природу (электромагнитные волны).

Подразделение радиоволн на диапазоны, вошедшее в практику, дано в табл. 1.1.