Тоискин В.С., Петренко В.И., Бибарсов М.Р., Мишин Д.Ю. Системы радиосвязи

Подождите немного. Документ загружается.

Ставропольский военный институт связи Ракетных войск

Учебное пособие

Рекомендуется государственным образовательным

учреждением высшего профессионального образования –

Общевойсковой академией Вооруженных Сил Российской

Федерации в качестве учебного пособия для курсантов

Ставропольского военного института связи ракетных войск,

обучающихся по направлению подготовки

«Телекоммуникации».

Регистрационный номер рецензии 70 от 2 февраля 2009г.

ГУК МО РФ

Ставрополь 2010

УДК 621.396.23

Системы радиосвязи. Учебное пособие / В.С. Тоискин,

В.И. Петренко, М.Р. Бибарсов, Д.Ю. Мишин; Под ред. В.И. Петренко – Став-

рополь: СВИС РВ, 2010. – 217 с.: ил.

В учебном пособии рассмотрены теоретические основы радиосвязи,

основные характеристики и классификация, структурные схемы радиопри-

емных и радиопередающих устройств, антенно-фидерные устройства

воен-

ных систем радиосвязи, изложены принципы построения систем радиорелей-

ной, тропосферной, мириаметровой, декаметровой, ультракоротковолновой и

спутниковой связи.

СОДЕРЖАНИЕ

Перечень используемых сокращений .....................................................................................5

Введение ........................................................................................................................................7

I. Теоретические основы радиосвязи.......................................................................................9

1 Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн ...................................9

1.1 Принципы построения радиосистем передачи информации........................................9

1.1.1 Виды и рода военной связи ...................................................................................................................9

1.1.2 Способы организации радиосвязи ......................................................................................................10

1.1.3 Особенности систем радиосвязи и их классификация ......................................................................12

1.1.4 Основные характеристики и отличительные особенности систем радиосвязи ..............................13

1.1.5 Основные особенности военных систем радиосвязи ........................................................................17

1.1.6 Диапазоны радиочастот .......................................................................................................................17

1.2 Электрические колебания и электромагнитные волны...............................................19

1.3 Условия осуществления радиосвязи.............................................................................24

1.4 Основные характеристики и параметры антенн ..........................................................28

1.5 Антенно-фидерные устройства военных систем радиосвязи.....................................35

2 Радиоприемные устройства ..............................................................................................48

2.1 Основные функции, характеристики и классификация радиоприемных устройств48

2.1.1 Основные функции радиоприемных устройств.................................................................................48

2.1.2 Обобщенная структурная схема радиоприемного устройства.........................................................48

2.1.3 Основные характеристики радиоприемных устройств .....................................................................50

2.1.4 Классификация радиоприемных устройств .......................................................................................51

2.2 Помехи радиоприему......................................................................................................61

3 Радиопередающие устройства ..........................................................................................66

3.1 Формирование радиосигналов.......................................................................................66

3.1.1 Выбор переносчика сообщений ..........................................................................................................66

3.1.2 Спектр сигнала......................................................................................................................................67

3.1.3 Сигналы с амплитудной модуляцией .................................................................................................72

3.1.4 Сигналы с однополосной модуляцией................................................................................................75

3.1.5 Сигналы с частотной модуляцией.......................................................................................................76

3.1.6 Сигналы с фазовой модуляцией..........................................................................................................78

3.2 Основы построения радиопередающих устройств......................................................80

3.2.1 Общие положения ................................................................................................................................80

3.2.2 Основные характеристики передатчиков ...........................................................................................83

3.2.3 Классификация радиопередающих устройств ...................................................................................83

3.2.4 Структурная схема передатчика..........................................................................................................84

II Системы радиосвязи.............................................................................................................88

4 Системы радиорелейной и тропосферной связи...........................................................88

4.1 Общая характеристика систем радиорелейной связи .................................................88

4.1.1 Основные определения в области радиорелейной связи ..................................................................88

4.1.2 Достоинства радиорелейной связи......................................................................................................88

4.1.3 Принципы построения радиорелейной линии связи .........................................................................89

4.1.4 Частотные планы ..................................................................................................................................91

4.1.5 Классификация военных систем радиорелейной и тропосферной связи ........................................93

4.1.6 Особенности военной радиорелейной связи......................................................................................95

4.1.7 Структура военных радиорелейных линий........................................................................................96

4.1.8 Распределение уровня мощности радиосигнала на интервале радиорелейной линии...................98

4.1.9 Замирания сигналов на интервале радиорелейной линии ................................................................99

4.2 Радиорелейные линии с ЧРК-ЧМ................................................................................101

4.2.1 Использование уплотнения в радиорелейных линиях связи ..........................................................101

4.2.2 Обобщенная структура РРСт с ЧРК-ЧМ ..........................................................................................102

4.2.3 Достоинства и недостатки РРЛ с ЧРК-ЧМ.......................................................................................104

4.2.4 Характеристики группового ЧМ сигнала.........................................................................................105

4.2.5 Помехи в РРЛ с ЧРК-ЧМ ...................................................................................................................108

4.3 Принципы построения тропосферных станций.........................................................112

4.3.1 Основные эффекты тропосферной связи..........................................................................................112

4.3.2 Принципы построения тропосферных станций ...............................................................................117

4.4 Основные методы борьбы с замираниями сигналов .................................................118

4.4.1 Разнесенный прием ............................................................................................................................118

4.4.2 Способы формирования группового сигнала ..................................................................................119

5 Системы мириаметровой и декаметровой радиосвязи .............................................122

5.1 Ионосферное распространение декаметровых волн .................................................122

5.1.1 Влияние строения и состава атмосферы на распространение декаметровых волн ......................122

5.1.2 Выбор частот для декаметровой связи .............................................................................................126

5.1.3 Ионосферно-волновая служба связи.................................................................................................129

5.2 Принципы построения и особенности систем радиосвязи декаметрового и

мириаметрового диапазонов..............................................................................................130

5.2.1 Основы построения радиолиний декаметровой связи ....................................................................130

5.2.2 Замирания в декаметровом диапазоне..............................................................................................134

5.2.3 Методы повышения помехоустойчивости приема..........................................................................136

5.2.4 Особенности построения аппаратуры связи декаметрового диапазона ........................................138

5.2.5 Особенности радиосвязи в мириаметровом диапазоне...................................................................139

6. Системы ультракоротковолновой радиосвязи ..........................................................146

6.1 Принципы построения ультракоротковолновых радиостанций ..............................146

6.1.1 УКВ радиостанции с мощностью передатчика до 1 Вт ..................................................................148

6.1.2 УКВ радиостанции с мощностью передатчика от 1 до 10 Вт.........................................................153

6.1.3 УКВ радиостанции с мощностью передатчика от 10 до 100 Вт.....................................................155

6.1.4 УКВ радиостанций средней мощности ............................................................................................155

7 Системы спутниковой связи...........................................................................................157

7.1 Системы связи через искусственные спутники Земли..............................................157

7.1.1 Основные определения в области связи через искусственные спутники Земли ..........................157

7.1.2 Способы ретрансляции сигналов ......................................................................................................160

7.1.3 Достоинства и недостатки космической связи ................................................................................162

7.1.4 Законы Кеплера ..................................................................................................................................164

7.1.5 Параметры орбит ИСЗ........................................................................................................................167

7.1.6 Классификация орбит.........................................................................................................................170

7.2 Виды и особенности многостанционного доступа....................................................171

7.2.1 Общие сведения о МСД .....................................................................................................................171

7.2.2 МСД с частотным различением сигналов ........................................................................................174

7.2.3 Энергетические особенности МСД на основе частотного различения сигналов .........................179

7.2.4 Многостанционный доступ с временным различением сигналов .................................................190

7.3 Особенности построения аппаратуры земных станций и бортовых ретрансляторов

в системах спутниковой связи...........................................................................................197

7.3.1 Особенности аппаратуры земных станций ......................................................................................197

7.3.2 Принципы построения бортовых ретрансляторов...........................................................................201

7.3.3 Типовые структурные схемы бортовых ретрансляторов................................................................203

8 Перспективы развития систем радиосвязи .................................................................208

8.1 Совершенствование УКВ систем радиосвязи.....................................................................................208

8.2 Совершенствование средств радиорелейной связи............................................................................209

8.3 Совершенствование тропосферных радиорелейных систем связи ...................................................211

8.4 Совершенствование спутниковых систем связи.................................................................................212

8.5 Цифровые сети общего пользования ...................................................................................................214

8.6 Системы персонального вызова...........................................................................................................215

8.7 Системы бесшнуровой телефонной связи...........................................................................................215

Литература................................................................................................................................217

Перечень используемых сокращений

АБВ - антенна бегущей волны

АД - амплитудный детектор

АМ - амплитудная модуляция

АО - аппаратура объединения

АПД - аппаратура повышения достоверности

АПН - аппаратура программного наведения

АПЧ - автоматическая подстройка частоты

АР - аппаратура разделения

БРТР - бортовой ретранслятор

ВРК - временное разделение каналов

ВСС - Взаимоувязанная сеть связи Российской Федерации

ДН - диаграмма направленности

ДТР - дальнее тропосферное распространение

ДЧТ - двойная частотная телеграфия

ЗГ - задающий генератор

ЗС - земная станция

ИВСС - ионосферно-волновая служба связи

ИМ - импульсная модуляция

ИП - источник помех

ИС - источник сообщения

ИСЗ - искусственный спутник Земли

ИТХ - информационно-технические характеристики

КВ - короткие волны, коротковолновый

КИ - контроль излучения

КНД - коэффициент направленного действия

КПД - коэффициент полезного действия

КУ - коэффициент усиления

КЭХ - конструктивно-эксплуатационные характеристики

ЛБВ - лампа бегущей волны

МДВР - многостанционный доступ с временным различением сигналов

МДЧР - многостанционный доступ с частотным различением сигналов

МПЧ - максимально применимая частота

МСД - многостанционный доступ

МШУ - малошумящий усилитель

ОМ - однополосная модуляция

ОПУ - опорно-поворотное устройство

ОРРСт - оконечная радиорелейная станция

ОТТ - оперативно-тактические требования

ОТХ - оперативно-тактические характеристики

ПДРП - передающий радиопункт

ПДРЦ - передающий радиоцентр

ПРП - приемный радиопункт

ПРРСт - промежуточная радиорелейная станция

ПРЦ - приемный радиоцентр

ПС - получатель сообщений

РЛКС - радиолиния космической связи

РПрУ - радиоприемное устройство

РПУ - радиопередающее устройство

РРВ - распространение радиоволн

РРЛ - радиорелейная линия

РРСт - радиорелейная станция

РС - ретранслятор связи

РЭР - радиоэлектронная разведка

РЭС - радиоэлектронное средство

СВЧ - сверхвысокие частоты

СНЗИ - система наклонного зондирования ионосферы

СР - среда распространения

СРС - система радиосвязи

ССОП - сеть связи общего пользования

ТРЧ

- тракт радиочастоты

ТТТ - тактико-технические требования

ТТХ - тактико-технические характеристики

ТЧ - тональная частота

УВЧ - ультравысокая частота

УКВ - ультракороткие волны

УКДС - устройство компенсации доплеровского сдвига частоты

УНЧ - усилитель низкой частоты

УПЧ - усилитель промежуточной частоты

УРРСт - узловая радиорелейная станция

УРЧ - усилитель радиочастоты

УС - узел связи

ФМ - фазовая модуляция

ФОИВ - Федеральный орган исполнительной

власти Российской Федерации

ФСС - фильтр сосредоточенной селекции

ФТ - фазовая телеграфия

ЦРРЛ - цифровая радиорелейная линия

ЧМ - частотная модуляция

ЧРК - частотное разделение каналов

ЧТ - частотная телеграфия

ШАС - шифровальная аппаратура связи

ШПС - широкополосные сигналы

ЭДС - электродвижущая сила

ЭМВ - электромагнитная волна

ЭМП - электромагнитное поле

ЭМС - электромагнитная совместимость

Введение

Радиосвязь, по формальному определению, - всего лишь один из ви-

дов информационной связи в человеческом обществе, понимаемой в широ-

ком смысле как обмен сообщениями.

В XIX век Европа вступила, имея сеть линий семафорного оптическо-

го телеграфа. По скорости доставки депеш этот телеграф многократно пре-

восходил курьерскую почту. Однако семафорная оптическая связь позволяла

передавать

сообщения небольшого объема, обслуживание ее было трудоем-

ким, а надежность недостаточной; поэтому изобретение и широкое внедре-

ние в XIX в. способов и устройств передачи сообщений по проводам и кабе-

лям - телеграфа и телефона - стало подлинной революцией в средствах связи.

Эти достижения науки и техники положили начало настойчивым по-

искам способов электросвязи

без проводов. На рубеже XIX и XX столетий

они увенчались успехом - был создан и начал быстро развиваться радиотеле-

граф. Подготовившие его изобретение работы электрофизиков XVIII-XIX ве-

ков можно рассматривать как предысторию радио. В XX веке радио стало

одним из самых ярких достижений человеческого разума.

Радио - общий термин для всех сфер практического применения части

спектра электромагнитных

волн, называемой радиоволнами, или волнами

Герца; волн, распространяющихся через открытое пространство без искусст-

венных направляющих средств, таких, как провода или волноводы. Уточне-

ние части спектра необходимо по той причине, что свет также представляет

собой электромагнитные волны и, как уже отмечено выше, применяется для

беспроводной связи, но в этом случае речь

идет об оптической связи.

Немногим более века прошло со времени изобретения радио русским

ученым А.С. Поповым. За это время радиосвязь в своем развитии прошла ги-

гантский путь.

Важнейшее значение в развитии систем радиосвязи имеют работы

отечественных ученых В.А. Котельникова, А.А. Харкевича, В.И. Сифорова и

фундаментальные исследования, выполненные

в области распространения

радиоволн В.А. Фоком, Б.А. Введенским, А.Г. Аренбергом. Высокие темпы

развития систем радиосвязи были бы невозможны без достижений электро-

ники, фундамент которой был заложен в Нижегородской лаборатории.

Системы радиосвязи развиваются в направлении увеличения их про-

пускной способности и помехоустойчивости, расширяется перечень услуг,

предоставляемых пользователям, происходит

повсеместная цифровизация

систем радиосвязи. В последние десятилетия XX века появляется значитель-

ное количество новых радиотехнологий, которые обеспечат беспрецедентно

высокий уровень развития радиосвязи и вещания в XXI веке.

Радиосвязь осуществляется посредством распространения электро-

магнитных волн, которые были открыты в конце XIX столетия. Обобщая об-

ширный опытный материал, собранный естествоиспытателями, английский

физик Джеймс Максвелл создал в

60-х годах теорию электромагнитного по-

ля, установившую общую природу световых и радиоволн, а также открыл за-

коны их распространения. В 1886-1888 гг. Генрих Герц экспериментально

подтвердил основные выводы теории Максвелла. В 1890 г. француз Э. Бран-

ди создал экспериментальную установку для индикации электромагнитного

поля, усовершенствованную в 1894 г. английским физиком О. Лоджем.

Первое радиоприемное устройство электромагнитных волн для прак-

тических целей было изобретено А.С. Поповым в 1895 г. В марте

1896 г. им

было доказана возможность применения электромагнитных волн для переда-

чи сообщений. К аналогичному решению в июле-августе 1986 г. пришел

итальянский ученый Г. Маркони. В 1889 г. помощник А.С. Попова П.Н. Рыб-

кин обнаружил возможность радиоприема на слух. Первая практическая ли-

ния радиосвязи между г. Котка и островом Гогланд

была организована в

феврале 1900 г. при непосредственном участии А.С. Попова.

В 1906 г. Ли де Форест (США) изобрел ламповый триод, положивший

начало «активной» радиотехнике – усилению слабых сигналов. В 1913 г.

Мейснер (Германия) изобрел ламповый генератор электрических колебаний,

послуживший основой создания ламповых передатчиков непрерывного излу-

чения и внедрению гетеродинного метода радиоприема.

Развитие и

жизнь современного общества немыслима без широкого

использования разнообразных средств и систем передачи сообщений. Объем

информации непрерывно возрастает, увеличивается дальность связи, более

высокими становятся требования к надежности, качеству связи, эффективно-

сти использования оборудования. Все это приводит к непрерывному совер-

шенствованию всех систем, в том числе и систем радиосвязи.

Настоящее учебное пособие

предназначено для изучения теоретиче-

ских основ, принципов построения различных систем радиосвязи, а также ба-

зовых образцов техники радиосвязи.

Учебное пособие включает два раздела. Первый раздел посвящен тео-

ретическим основам радиосвязи, включающий в себя материал по изучению

антенно-фидерных устройств и распространения радиоволн, радиоприемных

и радиопередающих устройств. Во втором разделе рассмотрены системы

ра-

диорелейной и тропосферной связи, принципы построения и особенности

систем радиосвязи декаметрового и мириаметрового диапазонов, системы

ультракоротковолновой (УКВ) связи и системы спутниковой связи.

Учебное пособие соответствует программе подготовки курсантов и

слушателей ввузов инженерных специальностей связи.

При написании пособия учтен многолетний опыт преподавания дис-

циплины «Системы радиосвязи» на кафедре Радиосвязи.

Главы 1, 2, 3

учебного пособия написаны Бибарсовым М.Р., главы

4, 6, 7 написаны Петренко В.И., глава 5 написана Тоискиным В.С., глава 8

написана Мишиным Д.Ю.

I. Теоретические основы радиосвязи

1 Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн

1.1 Принципы построения радиосистем передачи информации

1.1.1 Виды и рода военной связи

Всякий раз, когда возникает вопрос о передаче сообщения на расстоя-

ние, принципиальное значение имеет вид и характер передаваемых сообще-

ний. Дело в том, что для передачи сообщений различного вида и характера

необходимы соответствующие

системы связи. Например, для передачи теле-

визионных сообщений не могут быть использованы линии автоматических

телефонных станций.

Это привело к созданию различных видов связи.

Вид военной связи - классификационная группировка военной связи,

выделяющаяся по виду передаваемых сообщений.

Определены следующие массовые виды связи:

1 – телефонная - обеспечивает передачу речевых сообщений;

2 – телеграфная - обеспечивает передачу буквенно-

цифровых передач;

3 – факсимильная - обеспечивает передачу неподвижных изображе-

ний: текстов, таблиц, чертежей, рисунков и фотографий и т.д.;

4 – видеотелефонная - для передачи изображений и звука между або-

нентами;

5 – звуковое вещание - для передачи звуковых программ, предназна-

ченных для непосредственного приема населением;

6 – телевизионное вещание - для передачи изображения движущихся

или неподвижных объектов со звуковым

сопровождением;

7 – передача данных - обеспечивает связь человека с ЭВМ, а также

связь между ЭВМ;

8 – фельдъегерско-почтовая - для передачи документов без использо-

вания средств электросвязи;;

9 – сигнальная - для передач определенных сигналов (например, о воз-

душном нападении, применении оружия массового поражения и др.).

Принципы построения системы связи существенно зависят от среды

распространения электрических

вторичных сигналов. В соответствии с этим

системы связи классифицируются по родам связи.

Род связи - классификационная группировка военной связи, выделя-

ется по среде распространения сигналов, или применяемым средствам.

Определены следующие рода связи:

1 радиосвязь:

− прямой видимости;

− тропосферная;

− ионосферная;

− метеорная;

− космическая;

− радиорелейная;

2 проводная связь;

3 гидроакустическая;

4 связь подвижными средствами.

Радиосвязь − это электросвязь, осуществляемая посредством радио-

волн.

1.1.2 Способы организации радиосвязи

Известны и используются следующие способы организации радиосвя-

зи: радиосвязь в радионаправлении, радиосвязь в радиосети.

При организации связи в радионаправлении обмен информацией осу-

ществляется между двумя пунктами (рисунок 1.1).

РПУ

пер

а) симплексная радиолиния

в) радиосеть

пр

РПрУ

СС

РПУ

пер

б) дуплексная радиолиния

пр

РПрУ

Пункт АПункт Б

РПУ

пр

РПрУ

пер

РПУ А

пер

пр

РПрУ Б

пр

РПрУ В

пр

РПрУ Г

пр

РПрУ Д

Пункт А Пункт Б

Рисунок 1.1 – Способы организации радиосвязи

Если сигналы передаются только из пункта А в пункт Б, то радиона-

правление называется симплексным. Если возможен одновременный обмен

информацией между пунктами А и Б, то направление будет дуплексным.

В случае передачи сигналов из одного пункта А в несколько пунктов:

Б, В, Г, Д, то совокупность радиолиний А-Б, А-В

, А-Г, А-Д образует радио-

сеть.