10.4 Передатчики радиорелейных и тропосферных систем связи

В самом общем виде радиорелейную линию (РРЛ) связи можно определить как цепочку приемопередающих радиостанций. Приемник каждой станции принимает сигнал, посылаемый передатчиком предыдущей станции, и усиливает его. Усиленный сигнал поступает на передатчик данной станции и далее излучается в направлении следующей станции. Построенная таким образом цепочка станций обеспечивает высококачественную и надежную передачу различных сообщений на большие расстояния.

В зависимости от использованного вида распространения радиоволн РРЛ можно разделить на два класса: радиорелейные линии прямой видимости, в которых существует прямая видимость между антеннами соседних станций, и тропосферные радиорелейные линии, в которых нет прямой видимости между антеннами соседних станций.

Наиболее распространены РРЛ прямой видимости, которые работают в диапазонах дециметровых и сантиметровых волн. В этих диапазонах возможно построение широкополосных приемников и передатчиков. Поэтому РРЛ обеспечивают передачу широкополосных сигналов и в первую очередь сигналов многоканальной телефонии и телевидения. В диапазонах дециметровых и особенно сантиметровых волн применяются остронаправленные антенны, так как благодаря малой длине волны оказывается возможным построение таких антенн приемлемых габаритных размеров. Использование остронаправленных антенн, имеющих большой коэффициент усиления (1000 – 10000 и более по мощности), позволяет обходиться небольшими мощностями передатчиков (от долей ватт до 10 – 20 Вт) и, следовательно, иметь компактную и экономичную аппаратуру. Для линий этого класса выделены соответствующие полосы частот в диапазонах 2, 4, 6, 8, 11 и 14 ГГц и в более высокочастотных диапазонах.

Необходимость прямой видимости между антеннами соседних станций требует поднятия антенн над уровнем земли и, следовательно, строительства соответствующих антенных опор – башен или мачт. Высота подвеса антенн определяется расстоянием между соседними станциями, а также характером рельефа местности между ними. В зависимости от этих факторов высота опор может доходить до 100 м, а иногда и более. В ряде случаев, при благоприятном рельефе местности, антенны могут располагаться на небольшой высоте, например на крыше здания, в котором установлена аппаратура.

Расстояние между соседними станциями обычно находится в пределах 40 – 70 км. В отдельных случаях эти интервалы сокращаются до 20 – 30 км из-за необходимости подведения линии в конкретно заданный пункт, а также в случае особо неблагоприятного рельефа местности.

Стоимость башен или мачт, антенно-фидерных сооружений, технических зданий и систем электроснабжения значительно превышает стоимость приемопередатчиков. Поэтому для повышения экономической эффективности и пропускной способности радиорелейные системы, как правило, делают многоствольными, в которых на каждой станции работают на различных частотах несколько приемопередатчиков на общую антенно-фидерную систему, используя одну и ту же антенную опору, техническое здание и систему энергоснабжения.

На современных магистральных радиорелейных линиях можно организовать до 10 высокочастотных стволов для передачи сигналов многоканальной телефонии и телевидения.

Каждый ствол представляет самостоятельную радиолинию со своими приемными и передающими устройствами. Поэтому на каждой промежуточной радиорелейной станции может иметься до десяти приемных и передающих устройств, работающих в одном направлении.

а

б

Рис. 10.8. Структурные схемы:

а – передатчика радиорелейной связи прямой видимости;

б – передатчика тропосферной линии связи

В РРЛ при передаче аналоговых сигналов (телефонных, телевизионных) используется частотная модуляция, при передаче цифровых сигналов – многопозиционная фазовая манипуляция. На рис. 10.8,а показана структурная схема передатчика РРЛ прямой видимости с частотной модуляцией. Схема состоит из следующих функциональных узлов: кварцевого гетеродина 1, работающего на частоте (кварцевый гетеродин включает в себя кварцевый автогенератор и умножитель частоты); частотного модулятора 2, работающего на промежуточной частоте, которая выбирается из условия ; усилителя промежуточной частоты 3; преобразователя 4, на выходе которого выделяется сигнал с частотой ; полосового фильтра 6; ферритовых вентилей 5, 7, обеспечивающих согласование сопротивлений на входе и выходе фильтра; усилителя на ЛБВ 8; ферритового вентиля 9, обеспечивающего согласованную нагрузку для ЛБВ, а если на одну антенну работает несколько передатчиков, то он служит, кроме того, для развязки передатчиков.

На оконечных и узловых станциях модулирующий сигнал, который представляет собой многоканальный групповой сигнал или телевизионный сигнал со звуковым сопровождением, подается на вход передатчика. На промежуточных станциях частотный модулятор не используется, а ЧМ-сигнал промежуточной частоты получается от приемника, который принимает сообщения соседней станции. Он поступает на вход 2 передатчика.

Обоснованием выбора описанной структурной схемы могут служить следующие соображения: 1) используется частотный модулятор, а не фазовый, поскольку при требуемых значениях девиации фазы фазовый модулятор трудно выполнить с необходимой линейностью модуляционной характеристики; 2) частотный модулятор работает на пониженной промежуточной частоте (применение этой схемы, как показано в разделе 8, облегчает стабилизацию средней частоты на выходе передатчика); 3) во всех маломощных каскадах вместо ламп используются транзисторы, а в мощном выходном каскаде – ЛБВ.

Все это позволяет получить высокую надежность передатчика, так как современные приборы упомянутых типов имеют большой срок службы.

В настоящее время также выпускаются передатчики, которые выполняются полностью на полупроводниковых приборах. Они строятся по той же схеме (рис. 10.8,а), но без усилителя на ЛБВ.

Открытие эффекта дальнего тропосферного распространения дециметровых и сантиметровых волн (за счет рассеяния в тропосфере) позволило существенно расширить инженерные возможности создания многоканальных РРЛ. Созданы тропосферные РРЛ пропускной способностью до 120 телефонных каналов с расстоянием между соседними станциями 300 – 400 км, а в отдельных случаях и 600 – 800 км. Для России с ее огромной территорией тропосферные РРЛ представляют особый интерес, поскольку позволяют обеспечить современными средствами связи отдаленные и труднодоступные районы Севера и Дальнего Востока. Для тропосферных РРЛ выделены полосы частот в диапазоне 1,0; 2,0 и 3,0 ГГц.

Дальнее тропосферное распространение радиоволн имеет следующие особенности. Во-первых, это очень сильное ослабление сигнала на участке распространения. Затухание сигнала достигает 210…250 дБ в худшие по условию распространения радиоволн зимние месяцы, т.е. превышает затухание на участке РРЛ прямой видимости на 80…120 дБ. Для обеспечения устойчивой связи в условиях большого общего затухания приходится создавать аппаратуру с энергетическими параметрами, значительно лучшими, чем параметры РРЛ прямой видимости. Мощность передатчика достигает 3…10 кВт, а в отдельных случаях – 100 кВт, размеры антенн могут превышать 1000 м², используются малошумящие входные усилители.

Во-вторых, при дальнем тропосферном распространении радиоволн сигнал подвержен флуктуациям (замираниям) вследствие интерференции в точке приема нескольких волн, переизлученных движущимися неоднородностями тропосферы. Для борьбы с замираниями используется техника разнесенного приема (пространственное или частотное разнесение), а также другие методы.

Структурная схема современного передатчика тропосферной РРЛ (рис. 10.8,б) отличается от схемы (рис. 10.8,а) только наличием мощного клистронного усилителя, ферритового вентиля и фильтра гармоник. Ферритовый вентиль (ФВ) необходим для согласования выхода клистрона с антенно-фидерным трактом, а фильтр гармоник (ФГ) защищает другие радиосредства от помех со стороны данного мощного передатчика.