ответыГЭ. Понятие информационная система (ИС). Основные направления развития ис. Эффективность ис. Структура программного обеспечения ис. Структура приложений ис. Структура хранения информации в ис
 Скачать 4.22 Mb.
|
|
По форме представления передаваемой информации КС делятся на: аналоговые, цифровые. В зависимости от возможных направлений передачи информации различают: симплексные, полудуплексные, дуплексные. Каналы связи могут быть: коммутируемыми, некоммутируемыми. Коммутируемые каналы создаются из отдельных участков (сегментов) только на время передачи по ним информации; по окончании сеанса связи такой канал ликвидируется (разрывается). Некоммутируемые (выделенные) каналы организуются на длительное время и имеют постоянные характеристики по длине, пропускной способности, помехозащищенности. По пропускной способности их можно разделить на: низкоскоростные КС, скорость передачи информации в которых составляет от 50 до 200 бит/с; это телеграфные КС; среднескоростные КС, например аналоговые (телефонные) КС; скорость передачи в них от 56 000 бит/с; высокоскоростные (широкополосные) КС, обеспечивающие скорость передачи информации выше 56 000 бит/с Симплексная и дуплексная связь Для обмена информацией между двумя пунктами организуется двусторонняя радиосвязь, которая обеспечивается при помощи двух комплектов оборудования односторонней связи, действующих навстречу друг другу. В каждом конечном пункте двусторонней линии радиосвязи размещаются и приемное и передающее оборудования. В каждом конечном пункте двусторонней линии радиосвязи размещаются и приемное и передающее оборудования. Источник и получатель информации обычно совмещены, а также передатчик и приемник в некоторых случаях объединяются в единую приемо-передающую радиостанцию. В таком пункте вместо двух антенн может быть одна общая приемо-передающая антенна. Двусторонняя радиосвязь может организовываться по следующим вариантам: 1. Оба передатчика работают на одной и той же частоте, т.е. и приемники настроены на одну и ту же частоту. В этом случае радиолиния в оба направления одновременно работать не может. Работа производится поочередно в одном из направлений. Такая связь называется симплексной. 2. Передатчики работают на разных частотах, соответственно и приемники настроены на разные частоты. В этом случае радиолиния в оба направления может работать одновременно. Такая связь называется дуплексной. 3. Радиосвязь осуществляется с использованием двух частот: приемной и передающей, но, по сравнению с дуплексом, не одновременно, а поочередно. Сигнал принимается на одной частоте, а передается на другой. В один момент времени абонент может находиться либо в режиме «прием» либо «передача». Такая связь называется полудуплексной (двухчастотный симплекс). Полудуплекс используется в следующих случаях. Обычно первичной задачей любой системы связи является обеспечение требуемой (очень большой) дальности связи. Однако дальность ограничена из-за того, что планета представляет собой шар, кривизна поверхности которого не позволяет осуществлять связь за пределы горизонта. А это значит, что связь между портативными радиостанциями, на открытой равнинной местности, возможна на расстоянии около 5 км. Если надо больше (99.9% случаев), то применяют ретрансляторы. 24. Микроволновый диапазон. Достоинства и особенности распространения Высокая динамика развития средств телекоммуникаций тесно связана с применением технологий сантиметровых и миллиметровых длин волн, которым соответствуют частоты от 0,3 до 300 ГГц. Эти радиоволны формируют, так называемый, микроволновый диапазон. Название "микроволновый" не является общепринятым стандартом в отличие, например, от сверхвысотных (СВЧ), крайне высоких (КВЧ) частот и других названий диапазонов, официально признанных Международным союзом Электросвязи (МСЭ) (табл. В1). Поэтому в ряде публикаций нижние границы микроволнового диапазона произвольно опускают до 0,15... 0,2 ГГц.  С чем же связывается переход многих радиосистем к микроволновому диапазону? С увеличением частоты, а соответственно, уменьшением длины волны возрастает возможность концентрации электромагнитного излучения в узкий направленный луч. Если длина волны много меньше размеров объекта, то использование остронаправленных лучей обеспечивает снижение взаимных помех одновременно работающих радиосистем. Кроме этого, освоению более коротковолнового диапазона способствует высокая загруженность метрового и более длинноволновых диапазонов длин волн, где идет постоянное наращивание объемов передаваемой информации. К другой особенности микроволнового диапазона относится его большая информационная емкость. В системах телекоммуникаций это позволяет увеличить число передаваемых каналов телефонной связи, организовать многоканальную передачу широкополосных телевизионных сигналов с одновременным повышением качества связи. В космической связи особо важен механизм прохождения электромагнитного излучения через ионизированные слои атмосферы. Наиболее проницаемы эти слои именно для микроволнового излучения, особенно СВЧ-диапазона. Внедрение микроволновых технологий позволяет также уйти от ряда помех, присутствующих в более низкочастотном (ультравысокие – УВЧ, высокие – ВЧ и пр.) излучении. Дело в том, что с увеличением частоты генерации уменьшается спектральная плотность мощности всех видов помех. Поэтому в микроволновом диапазоне вполне реализуема ситуация, при которой возможен минимальный уровень принимаемых сигналов. В заключение обобщим особенности распространения микроволновых радиоволн в среде свободного пространства. В отличие от более длинных радиоволн и инфракрасных излучений, волны СВЧ- и КВЧ-диапазона почти беспрепятственно проходят через слои ионосферы, окружающие Землю, что позволяет осуществлять связь земных станций с искусственными спутниками Земли (ИСЗ) и космическими аппаратами. При распространении вблизи поверхности земли дифракция и рефракция волн СВЧ и КВЧ малы. Поэтому уровень помех от источников, находящихся за горизонтом, также мал, а для связи между объектами, расположенными вне прямой видимости, необходимы промежуточные ретрансляционные станции. В микроволновом диапазоне мал уровень атмосферных и промышленных помех, на условия распространения волн не влияет смена времени суток и сезонов года. Однако с увеличением частоты возрастает их затухание из-за дождя и резонансного поглощения в газах атмосферы. Особенно это проявляется в миллиметровом диапазоне, где, как правило, связь осуществляется в окнах прозрачности. Большее по сравнению с СВЧ-диапазоном поглощение миллиметровых волн в гидрометеорах приводит к снижению дальности связи, что требует повышения энергетического потенциала радиолинии для компенсации затухания. Таким образом, распространение микроволновых электромагнитных волн прямолинейно, не подвержено дифракционным, рефракционным и фазовым замираниям, присущим более низкочастотным диапазонам, но подвержено существенным ослаблениям в гидрометеорах, причем с ростом частоты эта зависимость увеличивается. 25. Характеристики линии передачи Линией передачи (англ. – transmission line) называют устройство, которое ограничивает пространство распространения электромагнитных волн и направляет поток электромагнитной энергии в заданном направлении от источника к нагрузке. С помощью линий передачи осуществляется передача мощности от генератора к нагрузке, трансформируются величины полных сопротивлений нагрузок, образуются резонансные системы – объемные резонаторы и колебательные контуры с распределенными параметрами. Отрезки линий передачи применяют для объединения отдельных микроволновых устройств в единую схему. Линию передачи называют регулярной (англ. – regular), если она прямолинейна и в продольном направлении не изменяются её поперечное сечение и электромагнитные свойства сред, которые её заполняют. Линию передачи характеризуют комплексной постоянной распространения (англ. – propagation constant) γ=α+jβ. Зависимость электромагнитной волны, бегущей вдоль линии передачи в направлении увеличения координаты z, описывают выражением exp( -γ z), если зависимость от времени имеет вид exp(jωt). Коэффициент затухания (англ. – attenuation constant) α [Нп/м] – величина, обратная расстоянию, которое должна пройти волна вдоль регулярной линии, чтобы её амплитуда уменьшилась в е раз. Такому затуханию соответствует 1 Нп (8,686 дБ). Постоянная распространения, фазовая постоянная или волновое число (англ. – phase constant, wavenumber) β [1/м] численно равна фазовому сдвигу, который приобретает волна при прохождении по регулярной линии расстояния единичной длины  Длина волны в линии (англ. – wavelength)  равняется расстоянию, которое должна пройти волна вдоль регулярной линии, чтобы её фаза изменилась на 360° (2π рад), Фазовая скорость (англ. – phase velocity)  – скорость перемещения фазового фронта волны (поверхности равных фаз) в направлении продольной оси z регулярной линии Линию передачи называют однородной (англ. – homogeneous), если поперечное сечение заполнено однородной средой. В противном случае линия неоднородная (англ. – inhomogeneous). Примером такой линии является линия, состоящая из нескольких продольных слоёв разных диэлектриков. Фазовая скорость для неоднородной регулярной линии передачи одинакова во всех слоях. Если в волне отсутствуют продольные компоненты как электрического, так и магнитного поля, т.е. векторы электрического и магнитного полей лежат в плоскости перпендикулярной направлению распространения, то такая волна называется поперечной электромагнитной или ТЕМ-волной (для краткости Тволной). Для линий передачи с ТЕМ-волной вводят понятие эффективной диэлектрической проницаемости (англ. – effective dielectric constant) εэф, которая численно равна отношению квадрата скорости света в вакууме к квадрату фазовой скорости в линии  Если линия заполнена продольно-слоистым диэлектриком, а в ней распространяется ТЕМ-волна, то  (µ r ≡ 1), где  – относительные диэлектрические проницаемости материалов слоёв с наименьшим и наибольшим значениями, соответственно.Величину W (Ом), которая определяется отношением амплитуд напряжения и тока в бегущей волне, называют волновым сопротивлением (англ. – characteristic impedance) линии передачи. Как правило, передача электромагнитной мощности по линии осуществляется волной одного типа. Чаще всего это волна основного типа, основная волна или мода (англ. – dominant mode), которая имеет наименьшую критическую частоту в данной линии передачи. Однако в некоторых случаях предпочтение отдается волнам высших типов с критическими частотами, превышающими частоту основной волны. Критической частоте или частоте отсечки (англ. – cutoff frequency) в регулярных полностью экранированных линиях передачи соответствует частота, на которой постоянная распространения β равняется нулю. В регулярных линиях с частичным экранированием, в которых возможно излучение, под критической понимают частоту, для которой равны постоянные распространения волны в линии и какой-либо волны в окружающем линию пространстве. При выборе линии передачи необходимо учитывать структуру полей в источнике и нагрузке, требования, касающиеся согласования сопротивлений источника и нагрузки, минимального затухания в линии (то есть КПД должен быть близким к единице), отсутствия электрического пробоя и тепловых деформаций, неискаженной формы спектра передаваемого сигнала. 26. Линии передачи коаксиальные, характеристики Регулярная коаксиальная линия (англ. – coaxial line) – это система двух коаксиальных проводящих металлических цилиндров, пространство между которыми заполнено твёрдым диэлектриком с относительной проницаемостью εr (рис.1.1). Наиболее распространены гибкие коаксиальные кабели, в которых внутренний проводник представляет собой одно- или многожильный провод, а внешний проводник имеет вид оплётки, изготовленной из тонкого провода. В качестве диэлектрика для коаксиальных кабелей обычно используют полиэтилен ( εr= 2.25) или фторопласт ( εr=2.08), имеющие высокие диэлектрические характеристики, то есть малые диэлектрические потери. При передаче больших уровней мощности используют воздушные жёсткие коаксиальные линии, в которых внутренний проводник поддерживают диэлектрические шайбы. Параметры коаксиальной линии могут быть определены по приведенным ниже формулам.   Погонная емкость  где a и b – радиусы внутреннего и внешнего проводников; εr – относительная диэлектрическая проницаемость заполнения; ε0 – электрическая постоянная вакуума. Погонная индуктивность  где µ0 – магнитная постоянная вакуума, относительная магнитная проницаемость обычно для диэлектриков µr = 1. Погонное сопротивление потерь  где ω – круговая частота; µm – относительная магнитная проницаемость, а σ – удельная объёмная проводимость металла стенок линии, которая измеряется в Ом/м. Данная формула имеет приближённый характер в связи с тем, что удельная проводимость существенно зависит от микроструктуры поверхности проводников. Погонная проводимость потерь  где tgδ – тангенс угла диэлектрических потерь. Волновое сопротивление Коаксиальные линии передачи имеют малые потери, потому волновое сопротивление можно получить по формуле для линии без потерь:  Коаксиальные кабели имеют стандартные волновые сопротивления 50, 75, 100, 150, 200 Ом. Погонные потери Для расчета омических потерь можно использовать приближенные формулы для линий с малыми потерями:  Первое слагаемое учитывает потери, обусловлены неидеальностью токонесущих поверхностей, второй – неидеальностью диэлектрика. Альтернативный источник: Внутренний проводник в коаксиальной линии необходим для существования в ней волны ТЕМ. Однако он же ограничивает возможности этой линии. Плотность тока внутреннего проводника, обратно пропорциональная его периметру, значительно больше, чем наружного, поэтому является основным источником потерь. Пробой также возникает около внутреннего проводника, так как напряженность поля здесь максимальна. Характеристическое сопротивление коаксиальной линии  где D и d – внешний и внутренний диаметры проводников линии. Коэффициент затухания в коаксиальной линии (дБ/м) в общем случае обусловлен потерями в проводниках и в диэлектрике:  где внешний диаметр D и длину волны λ0 следует брать в сантиметрах;  Отметим, что коэффициент затухания αд не зависит от размеров и формы поперечного сечения линии, определяется только параметрами диэлектрика и рабочей длиной волны, что справедливо для любых ЛП с ТЕМ-волной. Коэффициент затухания αм, напротив, зависит от размеров проводников, т. е. от соотношения D/d. Как уже отмечалось, в коаксиальной линии основной является ТЕМ волна (рис. 1.12, а). Если радиус оболочки коаксиала (D/2) сравним с длиной волны, то в линии могут распространяться также "волноводные" волны, т.е. волны круглого волновода, несколько деформированные внутренним проводником. Этот проводник увеличивает критические частоты волн по сравнению с полым волноводом того же радиуса. Низшей по частоте в круглом волноводе является волна типа Н11. Аналогичная волна в коаксиальной линии (рис. 1.12, б) также имеет наинизшую частоту из всех волн высшего порядка, но ее поле сложнее, и с приемлемой точностью критическая длина волны может быть вычислена по приближенной формуле λс =π(D/2+ d/2) . Среди волн типа Е минимальной частотой обладает волна Е01 (рис. 1.12, в) с критической длиной волны, определяемой D – d. В этом случае поле неизменно по полярному кругу, и стоячая полуволна образуется между проводниками на отрезке радиуса (D – d)/2. Для обычных соотношений размеров линий критическая частота волны Е01 примерно в два раза превышает критическую частоту волны Н11.  |