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

Подождите немного. Документ загружается.

131

Передатчик

Зоны

приема

Зона

Молчания

Рисунок 5.4 – Зона молчания

В декаметровом диапазоне возможно многоскачковое распростране-

ние, когда радиоволна последовательно отражается от ионосферы, от Земли,

от ионосферы и т.д. В этом случае, в принципе связь может быть осуществ-

лена с корреспондентом, находящимся в точке антипода (точка, противопо-

ложная месту размещения передатчика на земной сфере).

В современных системах декаметровой радиосвязи используется

од-

нополосная модуляция. Передающие устройства имеют, как правило, два те-

лефонных канала с полосами 3100Гц. Мощность передатчика выбирается

равной одному из следующих значений 1; 5; 10; 20-30 или 80-100 кВт.

Так как при однополосной модуляции осуществляется перенос сигна-

ла на требуемую фиксированную частоту, то при необходимости работы в

режимах АТ, ЧТ, ДЧТ или ОФТ достаточно

сформировать эти сигналы на

низкой частоте в полосе, не превосходящей полосу тракта ЧТ, а затем подать

их на вход однополосного передатчика. Такая универсальность однополосно-

го оборудования позволяет использовать одни и те же тракты передачи для

различных видов телефонной и телеграфной работы.

Радиопередающие устройства декаметрового диапазона, как правило,

имеют блочную конструкцию. Каждый

блок выполняет определенные функ-

ции. Некоторые блоки могут быть унифицированными и использоваться как

в передатчика так и в приемниках.

Типовая структура радиопередающего устройства показана на рис.

5.5.

В состав радиопередающего устройства входят следующие основные

блоки:

- предварительный преобразователь, который преобразует входной

сигнал в соответствии с видом модуляции. Это, по-существу, блок

формиро-

вания видов работы в котором формируются телефонные и телеграфные сиг-

налы на низкой частоте;

- промежуточный преобразователь (один или несколько), который

транспонирует сформированный в предварительном преобразователе сигнал

в диапазон промежуточных частот от 1 до 2 МГц;

- оконечный преобразователь, который преобразует сигнал промежу-

точной частоты с помощью генератора плавного диапазона, стабилизирован-

ного блоком

опорных частот в колебания рабочего диапазона передатчика;

132

- выходной усилитель мощности, с помощью которого осуществляет-

ся селективное усиление сформированного сигнала;

- блок опорных частот, формирующий ряд высокостабильных частот

для последовательного преобразования сигнала, а также для стабилизации

частоты генератора плавного диапазона, установленного в оконечном преоб-

разователе. Относительная нестабильность рабочей частоты передатчика за-

висит от его целевого назначения и составляет 10

-6

...10

-8

. Остаточная рас-

стройка частоты генератора плавного диапазона компенсируется в оконеч-

ном преобразователе.

Рисунок 5.5 - Типовая структура радиопередающего устройства

В современных передатчиках декаметрового диапазона все операции

по выбору того или иного вида или режима работы типа антенны рабочей

частоты могут осуществляться автоматически, как с передних панелей, так и

дистанционно.

Современные приемники декаметровой радиосвязи, подобно передат-

чикам декаметрового диапазона, имеют блочную конструкцию. При этом

блоки представляют собой унифицированные приборы образующие общий

тракт прохождения сигналов и частные тракты видов сигнала. Отдельные

блоки могут применяться как в приемных, так и в передающих устройствах.

Так, например, унифицированный блок опорных частот может применяться в

приемнике для формирования частот гетеродина, а в передатчике для форми-

рования частот возбудителя.

Радиоприемные устройства старого парка, как правило, не имеют

блочной конструкции. В них используется параметрическая, или чаще всего

кварцево-параметрическая стабилизация частот диапазонного гетеродина. В

таких приемниках слежение за качеством приема сигнала осуществляется

оператором. Несмотря на то, что эти приемники проще и стоимость их

меньше, они не находят применения в последних системах декаметровой ра-

диосвязи.

Это вызвано тем, что к

современным системам радиосвязи предъяв-

ляются жесткие требования по беспоисковому вхождению в связь и ведению

133

ее без подстройки, а также по обеспечению приема сигналов с такими вида-

ми модуляции как ОМ, ЧТ и ОФТ. Выполнить эти требования можно лишь

при использовании диапазонно-кварцевой стабилизации частоты.

В системах декаметровой радиосвязи имеется еще одна конструктив-

ная особенность приемников. Так как в декаметровом диапазоне часто при-

меняются методы разнесенного

приема для борьбы с замираниями сигналов,

то в одной стойке монтируются сразу два идентичных приемника.

Общий тракт приемника обычно объединяет три унифицированных

блока: блок предназначенный для приема всех видов сигналов, блок опорных

частот и блок питания. Эти три блока образуют так называемый базовый

приемник. Он предназначен для частотного переноса принимаемого

сигнала

без нарушения его структуры из области высоких частот в область относи-

тельно низких частот в которой обработка сигнала, т.е. отделение его от по-

мех и преобразование в исходный электрический сигнал оказывается более

эффективным. Таким образом, общий тракт обеспечивает прием всех видов

сигналов на которые рассчитан приемник. Обобщенная структурная схема

общего тракта представлена на рис. 5.6.

ВЦ УВЧ ФСС ФССУПЧ1 УПЧ2СМ1 СМ2

Рисунок 5.6 - Обобщенная структурная схема общего тракта

Номинал первой ПЧ выбирается ниже частоты рабочего диапазона и

настолько, чтобы помехи, действующие на этой частоте, существенно ослаб-

лялись УВЧ в случае настройки его контуров на минимальную частоту диа-

пазона. При этом ослабление помех по соседнему каналу также должно быть

не меньше заданной величины. А так как эти помехи отстоят от

частоты при-

нимаемого сигнала на величину удвоенной ПЧ, то выбор ПЧ следует вести с

учетом высшей частоты рабочего диапазона, где избирательность УВЧ самая

низкая. Первая ПЧ, как правило, лежит между 1 и 1,5 МГц.

Для получения требуемой избирательности по соседнему каналу не-

обходимо прибегать ко второму преобразованию частоты.

Для повышения реальной избирательности

в тракт между первым и

вторым преобразователем частоты может включаться фильтр сосредоточен-

ной селекции (ФСС), который может быть кварцевым или электромеханиче-

ским.

Второе преобразование частоты улучшает условие основной фильтра-

ции сигнала в частном тракте приемника. Значение второй ПЧ выбирается

134

128 кГц, или в пределах от 100 до 200 кГц. После второго ПЧ также включа-

ется ФСС.

В войсковых приемниках часто используется декадная установка час-

тоты, применяется унифицированный блок опорных частот, а также в тракт

первой ПЧ входит кольцо компенсации остаточной расстройки частоты, при

этом первый гетеродин выполняет роль вспомогательного генератора, охва-

ченного

кольцом автоматического поиска настройки и слежения за требуе-

мой рабочей частотой.

Частные тракты декаметровых приемников выполняются в большин-

стве случаев в виде отдельных блоков, предназначенных для приема опреде-

ленного вида сигналов. Так, если приемное устройство предназначено для

приема сигналов ОМ, ЧТ и ОФТ, то создаются отдельные блоки для приема

этих сигналов

, которые подключаются к общему тракту приемника.

Обработка сигнала в частном тракте приемника сводится прежде все-

го к отделению его от помехи, лежащей за пределами полезного спектра, ос-

лаблению помехи, совпадающей с полезным спектром и преобразованию

сигнала второй ПЧ в исходный сигнал.

На рис. 5.7, 5.8 приведены общие схемы частных трактов приема сиг-

налов с различными видами модуляции.

пч

Рисунок 5.7 - Частный тракт приема сигналов с амплитудной модуляцией.

пч

Рисунок 5.8 - Частный тракт приема сигналов с частотной модуляцией

5.2.2 Замирания в декаметровом диапазоне

В декаметровом диапазоне прием всегда сопровождается непрерыв-

ным изменением уровня сигнала во времени, т.е. замираниями.

Основными причинами замираний являются:

а) интерференция нескольких волн, претерпевших различное число

отражений от ионосферы (рис. 5.9а);

б) интерференция рассеянных компонентов волн (рис. 5.9б) и другие.

Интерференция возникает в результате сложения

нескольких волн,

прошедших пути различной длины, т.е. с различной фазой. Причем длина пу-

ти (следовательно, и фаза) каждого луча изменяется в некоторых пределах

случайным образом. Для инженерного анализа влияния замираний использу-

ется математический аппарат теории вероятностей и математической стати-

стики.

135

Интерференция вызывает два типа искажений принятого сигнала: из-

менение формы и амплитуды сигнала, и изменение длительности принимае-

мых посылок (преобладания). Интерференция вызывает появление мультип-

ликативной помехи. Поясним это.

АБ

2 Б

а) б,)

Рисунок 5.9 – Схемы образования замираний на КВ

В результате замираний передаваемый гармонический сигнал пред-

ставляет на приемной стороне синусоидальное колебание, амплитуда и фаза

которого изменяются по случайному закону (рис.5.10).

Рисунок 5.10 - Гармонический сигнал на приемной стороне

Переданный гармонический сигнал можно записать в виде

U(t) = u cos (ωt + ϕ

принятый сигнал записывается в виде

s(t) = u(t)cos{(ωt + ϕ(t)} + n(t) = μ(t) u cos{ωt + ϕ(t)} +n(t).

Здесь μ(t)⋅u - есть огибающая сигнала, а функция μ(t) описывающая

случайное изменение огибающей и представляет собой мультипликативную

помеху (

n(t) - аддитивная помеха, ϕ(t) - случайная фаза сигнала).

Как и в любых других, в декаметровом радиоканале действуют внут-

ренние и внешние аддитивные шумы (помехи). Внутренние помехи в основ-

ном обусловлены внутренними шумами самого приемника и, как правило,

пренебрежимо малы по сравнению с внешними помехами. Внешние помехи

по их происхождению можно подразделить на естественные и искусствен-

ные. Основными видами естественных помех в декаметровом диапазоне яв-

ляются атмосферные помехи (грозовые разряды и т.д.), которые в зависимо-

сти от метео обстановки могут иметь как ярко выраженный импульсный, так

и флуктуационный характер. Как правило, атмосферные помехи имеют ква-

зиимпульсный характер, т.е. представляют собой смесь импульсных и флук-

туационных

помех.

136

Искусственные помехи могут создаваться многочисленными про-

мышленными установками, автотранспортом и т.д. (индустриальные поме-

хи), и излучениями посторонних радиостанций (непреднамеренные и специ-

ально организованные помехи).

Основной вид искусственных помех в декаметровом диапазоне - это

сосредоточенные, ширина спектра которых соизмерима или меньше ширины

спектра полезного сигнала. Эффективность декаметровой радиосвязи в зна-

чительной степени

определяется способностью противостоять воздействию

сосредоточенных помех и обеспечивается путем совершенствования прием-

ной аппаратуры, применением специальных сигналов, оптимальных методов

их обработки и соответствующей организацией связи.

Таким образом, эффективная система декаметровой радиосвязи долж-

на быть устойчивой к воздействию замираний сигналов, сосредоточенных и

квазиимпульсных помех.

5.2.3 Методы повышения помехоустойчивости приема

Ознакомимся с некоторыми методами

повышения помехоустойчиво-

сти приема в системах декаметровой радиосвязи.

Основным методом борьбы с мультипликативными помехами (зами-

раниями) является разнесенный прием. Этот метод состоит в формировании

нескольких копий принимаемого сигнала, по-разному пораженных мультип-

ликативными помехами, а затем в комбинировании (сложении этих копий). В

декаметровом диапазоне волн наиболее часто используется пространствен-

ное

разнесение антенн (рис. 5.11а) и частотное разнесение сигналов (рис.

5.113б).

Рисунок 5.11 – Способы разнесенного приема

При пространственном разнесении копии сигнала на одной и той же

частоте принимаются двумя антеннами, подключенными каждая к своему

приемнику. Антенны располагаются на некотором удалении друг от друга.

137

Этим достигается независимость изменения амплитуды принимаемого

сигнала в разных каналах приема. Сигналы с выходов приемников объеди-

няются (складываются в схеме объединения, обозначенной знаком

Σ).

При частотном разнесении два (или более) передатчика излучают

один и тот же сигнал на различных частотах. Копии сигнала после приема

двумя (или более) приемниками объединяются.

Поясним это простым примером, за счет чего повышается помехо-

устойчивость. Допустим, двух человек посылают в одно и тоже место с неко-

торым сообщением. Каждый человек

в этом случае является материальным

носителем сообщения (аналогия сигнала). Эти два человека в указанное ме-

сто могут ехать одновременно одним и тем же транспортом (маршрутом). В

пути могут быть задержки. Следовательно, сообщение будет доставлено в

установленный срок с некоторой долей вероятности. Если же эти два челове-

ка поедут в пункт назначения

различным транспортом (маршрутами), то ин-

туитивно понятно, что вероятность того, что один из них прибудет в преде-

лах указанного срока, будет больше (в случае независимости маршрутов

движения). Эта простая аналогия позволяет понять сущность разнесенного

приема.

Каким же образом складывать (объединять) копии сигнала, принятые

по различным каналам? Известны и используются следующие

методы объе-

динения:

автовыбор;

линейное сложение;

оптимальное сложение.

Автовыбор состоит в том, что в любой момент времени к выходу схе-

мы объединения (к частному тракту приема) подключается тот приемник, где

амплитуда сигнала небольшая.

При линейном сложении обеспечивается равенство усиления различ-

ных приемников, фазирование высокочастотных сигналов. Различные копии

сигналов с равными фазами

суммируются.

В случае оптимального сложения осуществляется также фазирование

сигналов, но коэффициент усиления приемников не одинаков. Автоматиче-

ски устанавливается больший коэффициент усиления того приемника, на

входе которого сигнал имеет большую амплитуду (точнее имеет место боль-

шее отношение мощности сигнала к мощности шума). Затем копии сигнала

складываются.

К методам повышения помехоустойчивости при

воздействии адди-

тивных помех относятся следующие.

Рациональный выбор рабочей частоты, на которой мощность помех

минимальна.

Использование адаптации (автоматической смены рабочих частот) к

изменяющейся помеховой обстановке.

Обеспечение высокой избирательности приемника.

Увеличение мощности передатчиков.

Применение остронаправленных антенн.

138

6. Использование помехоустойчивых методов модуляции и др.

В системах декаметровой радиосвязи могут использоваться как дис-

кретные, так и аналоговые сигналы. Для более рационального использования

декаметрового диапазона, имеющего относительно небольшую частотную

емкость, следует применять сигналы и виды модуляции, требующие наи-

меньших затрат полосы частот.

При использовании таких сигналов основными видами работ в радио

телеграфном режиме являются:

амплитудная телеграфия (А1);

частотная телеграфия (F1) с разносами частот 125, 200, 250, 400, 500,

1000 Гц;

двойная частотная телеграфия (F6);

относительно фазовая телеграфия (F9).

В радиотелефонном режиме при профессиональной связи использу-

ются следующие основные виды передачи аналоговых (телефонных) сигна-

лов;

двухполосная амплитудная телефония с полной несущей (А3);

частотная телефония (F3);

однополосная телефония с полной (А3Н), ослабленной

(А3А) и по-

давленной (А3J) несущей;

телефония в двух независимых боковых полосах (А3В) с ослабленной

и полностью подавленной несущей (в этом случае возможна двухканальная

работа).

5.2.4 Особенности построения аппаратуры связи декаметрового

диапазона

Принципы построения передающих и приемных устройств декамет-

рового диапазона, в общем, не отличаются от общих принципов, изложенных

в предыдущих разделах. В радиоприемных устройствах возможна реализация

разнесенных методов приема. Радиопередающие и радиоприемные устройст-

ва современных радиолиний отмечаются большой степенью автоматизации.

В настоящее время все большее распространение получают частотно-

адаптивные радиолинии. Рассмотрим антенные устройства декаметрового

диапазона. Эти антенны должны изучать радиоволны, как правило, под неко-

торым углом к поверхности

земли для обеспечения больших дальностей свя-

зи за счет ионосферного отражения радиоволн. Вследствие непрерывного

изменения состояния ионосферы изменяются углы прихода (наклона) волн.

Диаграммы направленности антенн в вертикальной плоскости должны

иметь максимум под такими углами к горизонту и такую ширину, чтобы

обеспечить наиболее интенсивное излучение (прием) радиоволн под наибо-

лее вероятными углами

прихода. На протяженных линиях связи следует

применять антенны, обладающие достаточно узкими в вертикальной плоско-

сти (примерно до 8...10

по половинной мощности) и прижатыми к земле

диаграммами направленности.

139

Конструкции некоторых типов декаметровых антенн приведены на

рис.5.12. Размеры антенн соизмеримы с длиной волны.

Вопросы расчета, анализа и построения конкретных антенн изучаются

в специальных дисциплинах.

плечи

Фидер

а) Т-образная б ) V-образная

в) диапазонный симметричный вибратор

) ромбическая антенна д) ромб горизонтальный двойной

е) антенна бегущей волны (АБВ) с собирательной линией

на сопротивлениях

Рисунок 5.12 – Конструкции антенн декаметрового диапазона волн

5.2.5 Особенности радиосвязи в мириаметровом диапазоне

К мириаметровому диапазону волн в соответствии с международным

регламентом радиосвязи относится диапазон частот от 3 до 30 кГц

(

λ=100...10 км). Наименование этого диапазона частот - очень низкие часто-

ты (ОНЧ) или (СДВ).

Они распространяются в сферическом волноводе, образованном по-

верхностью Земли и нижними ионосферными слоями (слоем

D расположен-

ным на высоте 60-80 км, и существующим в дневное время; и слоем

Е-(100-

130км) в ночное время). Слой

E существует круглосуточно. Так как высота

140

волноводного канала соизмерима с длиной волны процесс распространения

можно без особых погрешностей считать волноводным. Благодаря такой ес-

тественной канализации электромагнитной энергии сигналы в СДВ распро-

страняются с малым затуханием на значительные расстояния. Заметим, что

уже на расстоянии 300 км от источника излучения помимо земной волны по-

является пространственная волна, причем вариации СДВ

поля, обусловлен-

ные неидеальностью проводящих стенок волновода относительно невелики.

Существенное влияние на распространение СДВ оказывает магнитное поле

Земли, в котором ионосфера становится анизотропной средой, т.е. средой

свойства которой зависят от направления распространения волны.

Следует отметить, что СДВ (и ДВ) характеризуются достаточно высо-

ким постоянством условий распространения, т.к. отражение

идет от устойчи-

вых образований (слои

D и Е) в атмосфере, т.е. связь на СДВ не сопровожда-

ется резкими изменениями уровня сигнала.

Особенности РРВ мириаметрового диапазона зависят от соотношения

длины волны и размеров волновода. Так на частотах менее 3 кГц, когда дли-

на волны гораздо больше размеров волновода, волновой процесс в нем фак-

тически отсутствует. Можно лишь говорить о

процессе установления элек-

тромагнитных колебаний в сферической полости. С ростом частоты в волно-

воде может возбуждаться целый спектр волн.

При использовании диапазона СДВ необходимо иметь в виду ряд осо-

бенностей.

Первая состоит в том, что для эффективного излучения энергии необ-

ходимо, чтобы геометрические размеры антенны были соизмеримы с длиной

волны.

При λ=(100-10) км очевидная трудность в создании таких антенн.

Вторая особенность, является следствием первой, т.к. реально исполь-

зуемые антенны имеют меньшие размеры, для обеспечения требуемой даль-

ности связи необходимо использовать передатчики с мощностями в несколь-

ко сот и более кВт.

Третья особенность состоит в малой частотной емкости СДВ диапазо-

на. Это

так называемые ограничения на число одновременно работающих

станций, поэтому необходимо применение узкополосных (ЧТ) низкоскорост-

ных видов работы. (В основном АТ и ЧТ при скоростях 100 Бод).

Четвертая особенность диапазона СДВ - невысокий уровень помех,

слабые замирания, т.е. относительное постоянство уровня сигнала т. приема.

Пятая особенность - устойчивость радиосвязи в любое время суток,

года

, независимо от состояния атмосферы и солнечной активности. Длина

волны соизмерима с размерами ионизированных (возмущенных) областей

вследствие чего происходит их огибание, как и любых других препятствий.

Шестая особенность СДВ волн это возможность их достаточно глубо-

кого проникновения в толщу земли подо льды и воду, следствием чего явля-

ется возможность использования СДВ

для подземной связи и связи с подвод-

ными лодками.