Муравьев В.В., Липкович Э.Б. Спутниковые и радиорелейные системы передачи

Подождите немного. Документ загружается.

Типы трактов.Электромагнитнаяэнергияотпередающегоустройствакан

теннеиотантенныкприемномуустройствупередаетсячерезфидерныйтракт,со

держащийфидерыирядвспомогательныхэлементов.

Кфидерномутрактупредъявляетсяследующиеосновныетребования:переда

чаэнергиидолжнаосуществлятьсясмалымипотерями;передающийфидернедол

женизлучать,априемный–приниматьпосторонниеэлектромагнитныеколебания;

отражениявтракте,создающиепопутныепотоки,должныбытьминимальными;не

должныраспространятьсяволнывысшихтипов.

В радиорелейных и спутниковых системах передачи в качестве фидеров ис

пользуются круглые, эллиптические и прямоугольные волноводы и коаксиальный

кабель. Волноводы, как правило, применяются в диапазоне сантиметровыхи мил

лиметровыхволн,акоаксиальныйкабель–вдециметровомиметровом.

Круглые волноводы позволяютпередавать две волны, имеющие ортогональ

ныеполяризации.Основным типомволн вкругломволноводе являетсяволнаН

.

Волновод собирается из отрезков медных или биметаллических волноводных сек

цийдлиной4,5...5,0м,соединяемыхмеждусобойспомощьюфланцев.Длинакруг

логоволноводаможетдостигать120м.Вотечественнойпрактикенашлипримене

ниеволноводысдиаметром70мм,которыеиспользуютсявдиапазонах4,6и8ГГц.

Затуханиеэлектромагнитнойэнергиивкругломволноводезависитотегодиаметра

ирабочейчастоты.Например,затуханиевволноводедиаметром70ммвдиапазоне

4...8ГГцнепревышает0,02дБ/м.

Секциямедноговолноводаизготовляетсяизотрезкатрубыстолщинойстенки

4 мм. Эллиптичность поперечного сечения такого волновода составляет 0,15 мм,

достигаявотдельныхсекциях0,3...0,35мм,чтоухудшаетсогласованиемеждусек

циямииуменьшаетполяризационнуюразвязку.Лучшиерезультатыполучаютсяпри

использовании биметаллического волновода, секции которого делают из стальной

трубысостенкамитолщиной3,5ммснанесениемнавнутреннююповерхностьмед

ного слоя толщиной 0,3 мм. У биметаллического волновода эллиптичность попе

речногосечениянепревышает0,1мм.

Волноводыэллиптическогосеченияиспользуютсяглавнымобразомвдиапа

зонесантиметровыхволн.ВолнойосновноготипавволноводеявляетсяволнасН

.

Конструктивноэллиптическийволноводпредставляетсобойполуюгофрированную

трубу,изготовленнуюизмеднойотожженнойленты,накоторуюналоженызащит

ныеоболочки.Такиеволноводыполучилиназваниеэллиптическийгофрированный

волноводЭВГ.Онивыпускаютсядлядиапазонов2,4,6,8и11ГГциотличаются

друг от друга геометрическими размерами и затуханием. Например,волновод для

диапазона4 ГГц (ЭВГ2) имеетв поперечном сеченииэллипсс большой и малой

осями71,4и42,3ммсоответственноиобладаетзатуханием0,04дБ/м.Изготовляют

сяЭВГтребуемойдлиныбезпромежуточныхфланцевыхсоединений.Этоповыша

етихгерметичность,улучшаетсогласованиеиоблегчаеттранспортировкуимонтаж

(выпускаютсянамотанныминабарабан).НедостаткомЭВГявляютсяотносительно

большиезначениякоэффициентовотражения.

ВолноводыпрямоугольногосеченияширокоприменялисьдопоявленияЭВГ.

Втаких волноводахиспользуетсяосновнойтипволны Н

. Чтобыисключитьвоз

можностьвозникновениявысшеготипа волнразмеры поперечногосечения волно

вода(широкаястенкааиузкаяb)выбираютсяизусловий

£1.9aи b

2\

£

.На

пример,нашлиприменениеволноводыссечениями58X25и72X34мм

2

длядиа

пазона4ГГц;40x20и48X24мм

2

длядиапазонов6ГГц.Втропосферныхлинияхпе

редачиинекоторыхспутниковыхсистемах(«Молния1»),работающихвдиапазоне

800...1000МГц,используютсяволноводысечением135Х270мм

2

.Затуханиеввол

новодахзависитотихразмеровирабочейчастотыисоставляет0,025...0,06дБ/м.

Коаксиальныефидерынасегодня–одниизнаиболеераспространенныхли

ний передачи. Области их применения чрезвычайно разнообразны: от домашнего

телевизионногокабеля(75Ом)домикроминиатюрныхсоединительныхлинийКВЧ

диапазона.

Коаксиальныйфидер представляет собой жесткуюконструкцию из металли

ческихтрубок,закрепленныходнавдругойспомощьюдиэлектрическихшайбили

металлическихизоляторов,либо,чащевсего,имеетвидгибкогокоаксиальногока

беля,которыйсостоитизодножильногоилимногожильноговнутреннегопроводни

ка,окруженногослоемэластичногодиэлектрика(полиэтилен,фторопластидр.),и

внешнегопроводникаввидеметаллическойоплетки.

Внутреннийпроводниквкоаксиальнойлиниинеобходимдлясуществованияв

нейволныТЕМ. Однакоон же ограничиваетвозможностиэтойлинии. Плотность

токаво внутреннемпроводнике,обратно пропорциональнаяегопериметру,значи

тельнобольше,чемвнаружном,поэтомутакой проводникявляетсяосновным ис

точником потерь.Пробой также возникает около внутреннегопроводника,таккак

напряженностьполяздесьмаксимальна.

Характеристическоесопротивлениекоаксиальнойлинии

d

D

r

c

Z ln60

=

гдеDиd соответственновнешнийивнутреннийдиаметрыпроводниковлинии.

Взависимостиотпримененияразличаютвнешниесоединительныеивнутрен

ние межблочныекоаксиальные кабели.К внешним относят кабели, предназначен

ныедляпрокладкивусловияхвлиянияатмосферныхимеханическихфакторов.За

щитойтакихкабелейслужитжесткийвнешнийпроводник,покрытыйзащитнойре

зиновой оболочкой или дополнительным металлическим каркасом. Внешний про

водникможетиметьвидметаллическойоплеткиилижесткойгофрированнойобо

лочки.

Межблочные малогабаритные кабели (рис. 3.12) обеспечивают межсоедине

ниявнутрикрупныхрадиотехническихмодулей,располагаемыхвгерметичныхили

брызгозащитныхкорпусах.Поэтомувысокиетребованияпредъявляютсякэлектри

ческим,анемеханическимхарактеристикамтакихкабелей.

Рис.3.12

Для сравнения на рис 3.133.15 показанычастотныезависимостипогонного

затуханияразличныхтиповфидерныхтрактов.

Волноводные элементы фидерных трактов. К волноводным элементам АФТ

относятся поляризационные селекторы, циркуляторы, корректор эллиптичности,

поглотительвысшихволн,герметизирующиевставки,согласующиепереходникиот

волноводаодногосечениякволноводудругогосечения,атакжесекциисоштуце

ром. Все эти элементы должны иметь хорошеесогласование с волноводом, иначе

могутвозникнутьбольшиеотражения.

Рис.3.13

Част от наязависимост ьпогонногозат уханиягофрированныхэллиптических

волноводовфирмыRadioFrequencySystems

Рис.3.14

Эксперимент альные зависимост и зат ухания в прямоугольных волноводах

ст андарт аIEA от част от ы

Рис.3.15

Част от ная зависимост ь погонного зат ухания в коаксиальных кабелях

серии LDфирмыKabelwerk EupenAGмарок7088,7098,7118,7128,7168и7228.

Поляризационный селектор ПС предназначен для разделения или объедине

нияволнсразнойполяризацией.КонструктивноПСпредставляетсобойволновод

ныйтройник, выполненныйиз отрезковволновода круглого ипрямоугольногосе

чения(рис3.16).

В отрезке круглого волновода установлена продольная металлическая  пла

стина 1, у конца которой для улучшения согласования с плечом С расположен

стержень3.Прямоугольныйволноводвоссоединяетсясволноводомкруглогосече

ниячерезщельидиафрагму,образованнуюизпластинтреугольнойформы2.Для

улучшениясогласованияПСпредусмотрентакжеподстроечныйвинт4.

Рассмотрим принцип работы селектора. Допустим, что к концу В круглого

волновода подводится энергия из антенны. Если при этом вектор электрического

поля Е

2

перпендикулярен пластине 1, то энергия от антенны беспрепятственно

пройдетклевомуконцукруглоговолноводаА.Еслижепоступитволна,векторна

пряряженностиполякоторой Е1будетпараллеленпластине1,тоонаотразитсяот

этой пластины и через щель с диафрагмой 2 попадет в прямоугольный волновод.

Чтобы выделитьволну с напряженностью поля E

, следует повернутьселектор на

90°.Такимобразом,дляразделенияволнсортогональнойполяризациейнужныдва

селектора,включенныхтак,чтобыуголмеждупродольнымиосямиотрезковпрямо

угольных волноводовбылравен90о. Переходное затуханиемеждуплечами АиС

селекторасоставляет35...40дБ;потериэнергиимеждуплечамиВ иСнепревышают

0,1дБ.

Рис.3.16

Корректор эллиптичности КЭ служит для выравнивания фазовых скоростей

ортогональных составляющих электромагнитного поля в круглом волноводе. Раз

ность в фазовых скоростях получается изза наличия эллиптичности в волноводе.

Приэтомпоявляетсядополнительныйфазовыйсдвигмеждусоставляющимиина

рушается их ортогональность. В результате ухудшается развязка между трактами

передачииприема.Корректорпредставляетсобойотрезокэллиптическоговолново

да с плавным переходом к круглому сечению по концам. ВращаяКЭ вокруг про

дольнойоси, изменяютрасположениеэллипсакорректора по отношению кэллип

тической неоднородности круглого волновода добиваясь требуемой степени ком

пенсации.

Герметизирующие волноводные вставки ГВ устанавливаются в месте соединения

волноводасаппаратурой,атакжевверхнейчастиАФТ,когдаантеннанеявляется

герметичной.Применяютсягерметизирующиевставкикруглого(диаметром70мм)

ипрямоугольногосечений.Ввставкахкруглогосеченияиспользуютсяколпачкииз

диэлектрика или пенопластовый вкладыш, которые плотно прижимаются к внут

ренней поверхности волноводарезиновыми уплотнительными кольцами. Гермети

зирующая вставка прямоугольного сечения представляет собой отрезок прямо

угольного волновода с дополнительнойшайбой,междукоторыми устанавливается

прокладкаиздиэлектрика.НаГВимеетсяштуцер,черезкоторый подаетсяосу

шенныйвоздух.

ПоглотительвысшихтиповволнПВВпредназначендляпоглощенияпаразит

ныхволнспродольнойсоставляющейэлектрическогополя:волныЕ01(вдиапазо

нахчастот4,6и8ГГц)иволныЕ11(вдиапазонах6и8ГГц).Основнымэлементом

ПВВявляютсяодиниличетырестеклянныхстержней,вповерхностномслоекото

рых содержатся окислы металлов, обладающие свойствами полупроводника.

Стержни закрепляются внутри волновода. Поглотители обеспечивают ослабление

высшихволнпримернона25дБ,создаваямалыепотеридляосновныхволн(небо

лее0,1дБ).

Рис.3.17

Ферритовый циркулятор ФЦ представляет собой волноводный (или коакси

альный) тройник,внутри которогопомещенферритовыйвкладыш,находящийсяв

постоянноммагнитномполе.Эскизволноводногоциркулятораисхемыегоисполь

зованияпоказанынарис.(3.17)ТакойциркуляторполучилназваниеУциркулятора.

Основнымсвойствомциркулятораявляетсято,чтосигнал,поступившийвплечоI,

выходитизплечаII;сигнал,поступившийвплечоII,выходитизплечаIII,асигнал,

поступивший вплечоIII,выходитизплечаI.Этосвойствопозволяетиспользо

вать ФЦдлясовмещениявобщемволноводепрямоугольногосечения (коакси

альномкабеле)трактовпередачииприема,атакжедляпоглощенияотраженного

сигнала.Каквидноизрис.3.17б,сигнал,поступившийизпередатчикаПдвплечоI,

черезФЦпопадаетвантенныйфидер,соединенныйсплечом И.Принятыйантен

ныйсигнализфидерапоступаетвплечоIIидалеевплечоIII,ккоторомуподклю

ченприемникПм.

Нарис.3.17вданасхемаиспользованияФЦдляпоглощениясигнала,отраже

ногоотвходаприемника.СигнализантенныпоступаетвплечоIIидалеечерезпле

чоIIIнавходприемника.Возникшаяотраженнаяволнаотвходаприемникавозвра

щаетсявплечоIIIичерезплечоIпопадаетвпоглощающуюнагрузкуПН.Отражен

ныеотПмволнывантеннуневозвращаются.

Взависимостиот рабочего диапазона частот и конструкции развязкамежду

плечамициркуляторасоставляет25...30дБ,апотери,вносимыевтрактпередачи,не

превышают0,1...0,2дБ.

Устройства разделения и объединения стволов РОС обеспечивают возмож

ностьиспользованияоднойантенныипитающегоееАФТодновременнодляпере

дачииприемасигналовнесколькихстволов.Вмногоствольныхсистемахпередачи

разделительныефильтры выполняются по последовательнымсхемам.Объясняется

этотем,чтоприпараллельномвключениифильтроввозникаютбольшиетрудности

поихсогласованию.

Всистемахпередачисантиметровогодиапазонанашлиприменениетритипаразде

лительныхустройств:сполосовымифильтрами,срежекторнымифильтрамиивсо

четании полосовых фильтров и циркуляторов. Из них наиболее простыми и пер

спективными являютсяРОС с полосовыми фильтрами и ферритовыми циркулято

рами.Онинашлиширокоеприменениевсовременнойаппаратуре.

Нарис.3.18приведенаструктурнаясхемаРОСсиспользованиемциркулято

ровЦиполосовыхфильтровПФ,центральнаячастотакоторыхвыбираетсявзави

симостиотчастотыствола.Нарисункепоказанообъединениесигналовпередатчи

ковиразделениесигналовприемниковдлячетырехствольнойсистемы.

Рис.3.18

Остановимсянаработе устройстваобъединениясигналовпередатчиков.При

передачесигналсчастотойf’

4

отпередатчикаПд

4

черезполосовойфильтрпоступа

етнавходциркулятораЦ’

,гдеобеспечиваетсяегопередачаизплеча1вплечо2и

затем в плечо 3 циркулятора Ц’

. Поскольку в плечо 1 циркулятора Ц’3 включен

фильтр,настроенныйначастотуf’

3

пришедшиеколебаниясчастотой f’

4

отразятся

отнегоипоступятвплечо2данногоциркулятора.Сигналсчастотойf’

3

отпередат

чикаПд

3

черезполосныйфильтрпоступаетнавход1циркулятораЦ’

3

ипроходитв

направленииплеча2.Такимобразом навход3циркулятораЦ’

2

поступятсигналы

двухпередатчиковсчастотамиf’

4

и f’

.Повышеописаннойсхемеонипопадаютна,

выход2этогоциркулятора,гдекним добавитсясигналсчастотойf’

2

передатчика

Пд

.АналогичнаякартинабудетиметьместоивциркулятореЦ’

1

навыходекоторо

го образуется суммарный сигнал, состоящий из сигналов четырех передатчиков с

частотамиf’

...f’

.ЧерезполяризационныйселекторПСэтотсуммарныйсигналпо

ступаетвантеннуиизлучается.НагрузкаПН

1

служитдляпоглощенияволны,воз

никшейиззанедостаточнойсогласованностимеждусоседнимициркуляторами,на

примерЦ'

4

иЦ'

3

Отраженныйсигналпроходитвнаправленииотплеча2кплечу3

Ц'4ипопадаетвПН

.

Принятыеантеннойсигналысчастотамиf

...f

4

черезПСпоступаютвплечоцирку

лятораЦ

1

Посколькуполосныйфильтрвегоплече 2настроен на частотупервого

ствола,тосигналсчастотойf

i

поступитвприемникПм

1

аостальныеотразятсяиче