Современные средства связи

Современные средства связи. В современном мире существуют различные средства связи, которые постоянно развиваются и совершенствуются.

Даже такой традиционный вид связи как почтовое сообщение доставка сообщений в письменном виде претерпел существенные изменения. Эта информация доставляется по железным дорогам и самолетами взамен старинных почтовых карет. С развитием науки и техники появляются новые виды связи. Так в XIX веке появился проволочный телеграф, по которому информация передавалась с помощью азбуки Морзе, а затем был изобретен телеграф, в котором точки и тире были заменены буквами.

Но этот вид связи требовал протяженных линий передач, прокладки кабелей под землей и водой, в которых информация передавалась посредством электрических сигналов. Необходимость в линиях передач осталась и при передаче информации посредством телефона. В конце XIX века появилась радиосвязь - беспроволочная передача электрических сигналов на большие расстояния с помощью радиоволн электромагнитных волн с частотой в диапазоне 105-1012 Гц. Но для развития этого вида связи необходимо было увеличить ее дальность, а для этого требовалось увеличить мощность передатчиков и чувствительность приемников, получающих слабый радиосигнал.

Эти проблемы постепенно решались с появлением новых изобретений - электронных ламп в 1913 году, а после второй мировой войны они стали заменяться полупроводниковыми интегральными схемами. Появились мощные передатчики и чувствительные приемники, их размеры уменьшались, а параметры улучшались. Но оставалась проблема - как заставить радиоволны обогнуть земной шар. И было использовано свойство электромагнитных волн частично отражаться на границе раздела двух сред от поверхности диэлектрика волны отражались слабо, а от проводящей поверхности - почти без потерь. В качестве такой отражающей поверхности стал использоваться слой ионосферы земли, верхний слой атмосферы состоящий из ионизированных газов. Этот слой прекрасно отражает радиоволны с длинной 10-100 метров.

Многократно и попеременно отражаясь от иона сферы и поверхности земли, короткие радиоволны огибают земной шар, передавая информацию в самые отдаленные части планеты.

После того как был изобретен телефон и найдены способы осуществления дальней радиосвязи естественно появилось желание объединить эти два достижения. Необходимо было решить проблему передачи электрических колебаний низкой частоты, создаваемой вибрацией мембраны телефонной трубки под влиянием человеческого голоса. И она была решена путем смешивания этих низкочастотных колебаний с высокочастотными электрическими колебаниями радиопередатчика.

Форма высокочастотных радиоволн изменялась в строгом соответствии с тем, какие звуки рождали низкочастотные электрические колебания. Звуковые колебания стали распространяться со скоростью радиоволн. В радиоприемнике смешанный радиосигнал разделялся и низкочастотные звуковые колебания воспроизводили переданные звуки. Существенными достижениями в развитии средств связи явились изобретения фототелеграфа и телевизионной связи.

С помощью этих средств связи передаются видеосигналы. Сейчас с помощью фототелеграфа на огромные расстояния происходит передача текста газет и различная информация. Количество телевизионных каналов, которые занимают область сверхвысоких радиочастот от 50 до 900 МГц, непрерывно растет. Каждый телевизионный канал имеет ширину около 6 МГц. В пределах рабочей частоты канала передается 3 сигнала звуковой, передаваемый по способу частотной модуляции видеосигнал, передаваемый по способу амплитудной модуляции сигнал синхронизации.

Естественно, для осуществления телевизионной связи необходимо уже два передатчика один для звуковых, другой для видеосигналов. Следующим шагом совершенствования телевизионных средств связи было изобретение цветного телевидения. Но современные требования, предъявляемые к средствам связи, все время требуют их дальнейшего усовершенствования, сейчас начинается внедрение цифровых систем передачи информации, изображения, звука, которые в будущем заменят ныне действующие аналоговое телевидение.

Телевизионные приемники нового поколения позволяют принимать передачи цифровые и аналоговые. Привычные экраны телевизоров и дисплеев заменяются жидкокристаллическими. Жидкокристаллические силиконовые дисплеи с использованием тонкопленочной технологии позволяют резко уменьшить потребление энергии за счет того, что не нужна подсветка экрана. Уже созданы фирмой Шарп телевизоры с новыми возможностями, имеющими доступ в Интернет и позволяющие пользоваться электронной почтой. Использование в средствах связи цифровых систем, жидких кристаллов, оптических волокон позволяет на рубеже веков решить сразу несколько крайне важных для человека проблем снижение потребления энергии, уменьшение или, наоборот, увеличение размеров аппаратуры, многофункциональность, ускорение обмена информацией.

Следующим шагом в совершенствовании средств связи было использование спутников для передачи радио и видеосигналов, когда переданный сигнал отражается не от ионосферы, а от искусственного спутника и принимается наземными спутниковыми антеннами.

С помощью таких спутников связи передается разнообразная информация от передач радио и телевидения до сверхсекретной информации военного характера. Недавно был запущен спутник связи для осуществления финансовых операций банками России, что многократно ускорит прохождение платежей на такой огромной территории как наша страна. Создаются целые сети спутниковой связи, которые позволят сделать предельно простым доступ российских региональных пользователей к мировым информационным потокам.

Абоненты сети в регионах получат по спутниковому каналу связи следующие услуги факс, телефон, Интернет, радио и телепрограммы. Современный мир, эфир которого заполнен множеством каналов связи, продолжает искать другие способы передача информации. Один из таких способов - передача сигнала с помощью света. В основе этого способа лежит то, что форму световых лучей можно изменить под действием электрических колебаний звуковой частоты.

Свет переносит сигнал быстрее радиоволн. Частота световых волн во много раз выше радиоволн - у радиоволн это сотни и тысячи колебаний в секунду, а у света миллионы и миллиарды. Свет может доставить значительно больше информации за одно и тоже время, чем радиоволны. В качестве световодов используется оптическое стекловолокно создается из тончайшей нити тяжелого стекла с большим показателем преломления, окруженной трубкой из стекла с низким показателем преломления.

Яркость света до и после пробега по такому стекловоду практически не изменяется, так как световой луч испытывая на границе с трубкой полное отражение, отражаясь от стенок беспрепятственно достигает цели. В настоящее время идет интенсивное внедрение линий телефонной и телеграфной связи с использованием волоконно-оптических кабелей. В 1997 году по линиям электропередач проложено уже 1,3 тыс. км таких кабелей. С развитием техники совершенствуется аппаратура средств связи. Например, на смену простой телефонной связи в организациях приходят цифровые телекоммуникационные системы обладающие огромными функциональными возможностями.

Каждый из компактных аппаратных блоков системы позволяет задействовать десятки внутренних абонентов и внешних линий. К системе может быть подключено оборудование любого типа телефоны, факсы, компьютеры, домофоны и т.д. С помощью этой системы можно запрограммировать объединение внутренних абонентов в группы, организовать входящие звонки в очередь к группе или отдельному абоненту, переадресовывать звонки.

Кроме того, каждой группе может быть назначен супервизор, который будет иметь информацию обо всех звонках, поступающих к данной группе, о наличие очереди и иметь возможность динамично управлять этими процессами, регулируя очередь, и время ожидания ответа. При этом станция собирает и выдает полную статистику о звонках, которые были сделаны за день. Автоматический секретарь системы сам ответит на любой незапланированный звонок, выдаст справочную информацию, поможет клиенту дозвонится до нужного ему абонента.

Система распознает голосовые команды достаточно произнести имя того, кто вам нужен, и система сама переключится на нужный номер. Но настоящей революцией в развитии средств связи можно считать появление всемирной системы общедоступных электронных сетей, которая носит обобщающее название Интернет. Компьютерный мир уже давно стал сетевым. Начало созданию глобальной компьютерной сети было положено еще в 60-х годах.

Появление Интернета, позволяющего людям из всех стран и всех континентов обмениваться огромными объемами информации, привело к своеобразному информационному перевороту. На смену традиционному средству связи почтовому сообщению приходит электронная почта. Письмо по электронной почте доставляется мгновенно и цена доставки не зависит от места назначения идет ли оно в соседний дом или на другой континент. Проверить электронный почтовый ящик можно из любого места, где есть телефонные линии и доступ в Интернет.

По Интернету можно получать электронные версии газет. При круглосуточном функционировании Интернета получаемая информация - самая оперативная, опережающая радио и телевидение. Электронная почта дешевле обычной почты или факса 2-5 центов за килобайт информации - половина машинописной страницы. Сейчас на Западе начинается бум переговоров по Интернету, взамен телефонных. В Интернете, объединенные общими интересами, пользователи сети собираются в виртуальные группы и обсуждают последние новости или какие-либо проблемы.

Этот вид связи получил название - Электронная конференция. Через Интернет можно получить доступ к информации многих библиотек мира даже библиотеки Конгресса США . В настоящее время число пользователей достигает 40 миллионов. Обычный способ подключения к сети Интернет осуществляется через телефонные линии или мобильные телефонные аппараты, работающие через спутник связи беспроводная технология. Беспроводная технология для компьютерных сетей в России, где при огромной территории кабельные телефонные линии недостаточно многочисленны и разветвлены, является наиболее актуальной.

Дальнейшее развитие инфраструктур связи разовьет Интернет в полноценную телекоммуникационную сеть. 2.1.Радио. 7 мая 25 апреля по старому стилю 1895 г. произошло историческое событие, которое по достоинству было оценено лишь спустя несколько лет. На заседании физического отделения Русского физико-химического общества РФХО выступил преподаватель Минного офицерского класса Александр Степанович Попов с докладом Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям. Во время доклада А.С. Попов демонстрировал работу созданного им устройства, предназначенного для приёма и регистрации электромагнитных волн. Это был первый в мире радиоприемник.

Он чутко реагировал электрическим звонком на посылки электромагнитных колебаний, которые генерировались вибратором Герца. Вот что писала газета Кронштадский вестник от 30 апреля 12 мая 1895 г. по этому поводу Уважаемый преподаватель А. С. Попов комбинировал особый переносной прибор, отвечающий на электрические колебания обыкновенным электрическим звонком и чувствительный к герцевским волнам на открытом воздухе на расстоянии до 30 сажень.

Изобретение радио Поповым было закономерным итогом его целеустремлённых исследований электромагнитных колебаний. В 1894 г. в своих опытах А. С. Попов начал использовать в качестве индикатора электромагнитных излучений когерер французского учёного Э. Бранли стеклянная трубка, заполненная металлическими опилками, впервые применённый для этих целей английским исследователем О. Лоджем.

Александр Степанович упорно работал над повышением чувствительности когерера к лучам Герца и восстановлением его способности регистрировать на новые импульсы электромагнитного излучения после воздействия предыдущей электромагнитной посылки. В результате Попов пришел к оригинальной конструкции устройства для приёма электромагнитных колебаний, тем самым, сделав решающий шаг к созданию системы для передачи и приема сигналов на расстояние.

От опытов в стенах Минного класса Александр Степанович перешел к опытам на открытом воздухе. Здесь он реализовал новую идею для повышения чувствительности присоединил к приёмному устройству тонкую медную проволоку - антенну. Дальность сигнализации от генератора колебаний вибратора Герца до приёмного устройства достигла уже нескольких десятков метров. Успех был полный. Эти опыты по сигнализации на расстояние, т.е. в сущности, радиосвязь, проводились в начале 1895 г. К концу апреля Попов счел возможным обнародовать их на заседании физического отделения РФХО. Так 7 мая 1895 г. стало днём рождения радио - одного из величайших изобретений XIX века. 2.2.Изобретение радио А.С. Поповым В России одним из первых занялся изучением электромагнитных волнпреподаватель офицерских курсов в Кронштадте Александр Степанович Попов. Начав с воспроизведения опытов Герца, он затем использовал болеенадежный и чувствительный способ регистрации электромагнитных волн. В качестве детали, непосредственно чувствующей электромагнитные волны, А.С. Попов применил когерер от лат когеренция - сцепление. Этот прибор представляет собой стеклянную трубку с двумя электродами.

В трубке помещены мелкие металлические опилки.

Действие прибора основано на влиянии электрических разрядов на металлические порошки. В обычных условиях когерер обладает большим сопротивлением, так как опилки имеют плохой контакт друг с другом.

Пришедшая электромагнитная волна создает в когерере переменный ток высокой частоты. Между опилками проскакивают мельчайшие искорки, которые спекают опилки. В результате сопротивление когерера резко падает в опытах А.С. Попова со 10 до 1000 - 500 Ом, то есть в 100-200 раз. Снова вернуть прибору большое сопротивление можно, если встряхнуть его. Чтобы обеспечить автоматичность приема, необходимо для осуществления беспроволочной связи, А.С. Попов использовал звонковое устройство для встряхивания когерера после приема сигнала. Срабатывало реле, включался звонок, а когерер получал легкую встряску, сцепление между металлическими опилками ослабевало, и они были готовы принять следующий сигнал.

Схема радиоприемника А.С, Попова сделанная им самим Чтобы повысить чувствительность аппарата, А.С. Попов один из выводов когерера заземлил, а другой присоединил к высоко поднятому куску проволоки, создав первую приемную антенну для беспроволочной связи. Заземление превращает проводящую поверхность земли в часть открытого колебательного контура, что увеличивает дальность приема. Хотя современные радиоприемники очень мало напоминают приемник А .С. Попова, основные принципы их действия те же, что и в его приборе.

Современный приемник также имеет антенну, в которой приходящая волна вызывает очень слабые электромагнитные колебания. Как и в приемнике А. С. Попова, энергия этих колебаний не используется непосредственно для приема. Слабые сигналы лишь управляют источниками энергии, питающими последующие цепи. Сейчас такое управление осуществляется с помощью полупроводниковых приборов. 7мая 1895г. на заседании Русского физико-химического общества в Петербурге А. С .Попов продемонстрировал действие своего прибора, явившегося, по сути дела, первым в мире радиоприемником.

День 7 мая стал днем рождения радио. Ныне он ежегодно отмечается в нашей стране. А. С. Попов продолжал настойчиво совершенствовать приемную аппаратуру. Он ставил своей непосредственной задачей построить прибор для передачи сигналов на большие расстояния.

Вначале радиосвязь была установлена на расстоянии 250 м. Неустанно работая над своим изобретением, Попов вскоре добился дальности связи более 600 м. Затем на маневрах Черноморского флота в 1899г. Ученый установил радиосвязь на расстоянии свыше 20км, а в 1901г. Дальность радиосвязи была уже 150км. Важную роль в этом сыграла новая конструкция передатчика. Искровой промежуток был размещен в колебательном контуре, индуктивно связанном с передающей антенной и настроенном с ней в резонанс Существенно изменились и способы регистрации сигнала.

Параллельно звонку был включен телеграфный аппарат, позволивший вести автоматическую запись сигналов. В 1899г. была обнаружена возможность приема сигналов с помощью телефона. В начале 1900г. радиосвязь была успешно использована во время спасательных работ в Финляндском заливе. При участии А. С. Попова началось внедрение радиосвязи на флоте и в армии России.

Продолжая опыты и совершенствуя приборы, А. С. Попов медленно, но уверенно увеличивал дальность действия радиосвязи. Через 5 лет после постройки первого приемника начала действовать регулярная линия беспроволочной связи на расстоянии 40 км. благодаря радиограмме, переданной по этой линии зимой 1900г ледокол Ермак снял со льдины рыбаков, которых шторм унес в море. Радио, начавшее свою практическую историю спасением людей, стало новым прогрессивным видом связи XX в. За границей усовершенствование подобных приборов проводилось фирмой, организованной итальянским инженером Г. Маркони.

Опыты, поставленные в широком масштабе, позволили осуществить радиотелеграфную передачу через Атлантический океан. 2.3.Телевидение. Современное электронное телевидение зародилось в Санкт-Петербурге в проекте преподавателя Технологического института Бориса Львовича Розинга. В 1907 году он оформил патентные заявки в России, Германии и Англии на изобретение телевизионного устройства с электронно-лучевой трубкой прототипом кинескопа, а 9 мая 1911 года продемонстрировал изображение на экране кинескопа. профессор Розинг писал впоследствии В. К. Зворыкин, ассистировал Розингу, а в 1918 году эмигрировал в США, став знаменитым учёным в области телевидения и медицинской электроники открыл принципиально новый подход к телевидению, с помощью которого он надеялся преодолеть ограничения систем механической развёртки. Действительно, в 1928-1930 гг. в США и в ряде европейских стран началось ТВ вещание с помощь не электронных, а механических систем, позволяющих передавать лишь элементарные изображения с чёткостью 30-48 строк. Регулярные передачи из Москвы по стандарту 30 строк, 12,5 кадра велись на средних волнах с 1 октября 1931 г. Аппаратура разрабатывалась во Всесоюзном электротехническом институте П. В. Шмаковым и В. И. Архангельским.

В начале 30-х годов на зарубежных выставках, а затем и в магазинах стали появляться телевизоры на кинескопах.

Однако чёткость изображения оставалась низкой, так как на передающей стороне по-прежнему использовались механические развёртывающие устройства.

В повестке дня важная задача - создание системы, аккумулирующую световую энергию от передаваемого изображения. Первым практически решил эту задачу В. К. Зворыкин, работавший в Американской радио корпорации RCA . Ему удалось создать, кроме кинескопа, передающую трубку с накоплением зарядов, которую он навал иконоскопом по-гречески наблюдать изображение. Доклад о разработке им с группой сотрудников полностью электронной ТВ системы, с чёткостью около 300 строк, Зворыкин сделал 26 июня 1933 года на конференции общества радиоинженеров США. А через полтора месяца после этого он прочёл свой сенсационный доклад перед учёными и инженерами Ленинграда и Москвы.

В выступлении профессора Г. В. Брауде было отмечено, что у нас А. П. Константинов сделал передающую трубу с накоплением зарядов, похожую по принципу действия на трубку Зворыкина. А. П. Константинов посчитал нужным уточнить В моём устройстве в основном применён тот же самый принцип, но неизмеримо изящнее и практичнее сделано это у д-ра Зворыкина 2.4.Искусственные спутники Земли. 4 октября 1957 года в СССР был запущен первый в мире искусственный спутник Земли. Ракета-носитель доставила спутник на заданную орбиту, наивысшая точка которой находится на высоте около 1000 км. Этот спутник имел форму шара диаметром 58 см и весил 83,6 кг. На нем были установлены 4 антенны и 2 радиопередатчика с источниками питания. Искусственные спутники Земли могут быть использованы в качестве ретрансляционной станции, для телевидения, значительно расширяющей дальность действия телепередач радионавигационного маяка. 150px Движение искусственного спутника Земли по геостационарной орбитеИскусственный спутник Земли ИСЗ - беспилотный космический аппарат, вращающийся вокруг Земли по геоцентрической орбите.

Для движения по орбите вокруг Земли аппарат должен иметь скорость равную, или немного большую первой космической скорости.

Полёты ИСЗ выполняются на высотах от 150 ? 160 километров до нескольких сотен тысяч километров.

Нижнюю границу высоты полёта ИСЗ обуславливает необходимость избежания процесса быстрого торможения в атмосфере. Период обращения спутника по орбите в зависимости от средней высоты полёта может составлять от полутора часов до нескольких суток. Особое значение имеют спутники на геостационарной орбите, период обращения которых строго равен суткам и поэтому для наземного наблюдателя они неподвижно висят на небосклоне, что позволяет избавиться от поворотных устройств в антеннах.

Искусственные спутники Земли широко используются для научных исследований и прикладных задач см. военные спутники, исследовательские спутники, метеорологические спутники, навигационные спутники, спутники связи, а также в образовании в России запущен ИСЗ созданный преподавателями, аспирантами и студентами МГУ, планируется запуск спутника МГТУ им. Баумана и хобби - радиолюбительские спутники.

Особый тип спутников составляют предназначенные для долговременного пребывания людей на орбите орбитальные станции. Первый в мире искусственный спутник Земли запущен в СССР 4 октября 1957 года Спутник-1 . Первый американский ИСЗ - 1 февраля 1958 года Эксплорер-1 . Первый британский ИСЗ - 26 апреля 1962 года был запущен американской ракетой-носителем. Первый канадский ИСЗ - 29 сентября 1962 года был запущен американской ракетой-носителем. Первый французский спутник - 26 ноября 1965 года был запущен французской ракетой Диамант-А с африканского полигона. Первый австралийский спутник - 29 ноября 1967 года был запущен американской ракетой-носителем . 2.5.