10.5. Передатчики космических систем связи

Под космической спутниковой связью понимают связь с космическими кораблями, а также наземную связь, осуществляемую через ретранслятор, установленный на искусственном спутнике Земли (ИСЗ). В состав спутниковых систем связи входят передатчики наземных станций и бортовые.

В передатчиках наземных станций применяют совместное усиление нескольких стволов, работающих на разных частотах. Структурная схема такого передатчика отличается от схемы (рис. 10.8,б) тем, что перед подачей на мощный усилитель (клистрон) сигналы отдельных стволов складываются в суммирующем устройстве.

Бортовой передатчик в составе ретранслятора переносит сообщение с частоты приема на частоту передачи. Главным параметром бортового ретранслятора, определяющим ресурс и характеристики системы связи, является мощность передатчика, максимальное значение которой ограничено рядом факторов: максимальной мощностью источников питания, возможностью отвода рассеянного тепла, заданными габаритными размерами и массой. Мощности бортовых передатчиков могут достигать нескольких сотен ватт.

Рис. 10.9. Структурная схема бортового ретранслятора

Обычно передатчики бортовых ретрансляторов строятся по схеме типа рис. 10.9. Передатчик состоит из преобразователя частоты ПрЧ с гетеродином Г и мощного выходного усилителя У с необходимыми фильтрующими и согласующими цепями СЦ. Обычно передатчики усиливают сигналы в полосе одного ствола, реже – нескольких. Усилитель У потребляет больше всего энергии, занимает самый большой объем и имеет наибольшую массу. В зависимости от назначения, требуемой мощности, диапазона частот, допустимых массы и габаритов, КПД, срока службы и т.п. в выходном усилителе применяют различные СВЧ приборы: ЛБВ, клистроны, мощные транзисторы.

Наиболее широко для бортовой техники используют ЛБВ, что объясняется их преимуществами по сравнению с другими приборами: высокий коэффициент усиления, широкополосность, возможность работы в импульсном и непрерывном режимах в широком интервале выходных мощностей, высокий КПД, компактность, малая масса, долговечность (до 20000 ч) и надежность. В случае применения в выходном усилителе транзисторов применяется та или иная схема суммирования мощностей однотипных усилителей.

Характерной особенностью бортовых ретрансляторов является многообразие видов работ. Изменения режима ретрансляционного передатчика, которые необходимы при переходе с одного вида работ к другому, производятся по командам с Земли с помощью специальных телеметрических устройств.

10.6. Передатчики оптического диапазона длин волн.

Оптические линии связи

Оптическим называется диапазон длин волн мкм или диапазон частот ГГц. Видимые световые лучи занимают только маленькую часть этого диапазона мкм.

В передатчиках оптического диапазона, которые используются в системах связи, источником электромагнитных колебаний является оптический квантовый генератор (лазер). Угол расходимости лазерного луча обычно составляет 2…30 угловых минут. Лазерный передатчик, кроме лазера, должен иметь еще устройство управления лазерным лучом, модулятор и иногда систему линз, с помощью которой расходимость лазерного луча уменьшается до желаемой величины (в некоторых случаях до десятых долей секунды).

Системы связи оптического диапазона имеют характеристики, которые невозможно достигнуть в аналогичных устройствах радиодиапазона. Основное преимущество оптических систем – возможность использования широкой полосы частот, что в системах связи позволяет передавать большой объем информации с высокой скоростью. Другим преимуществом является острая направленность оптических антенн, при отсутствии у диаграммы направленности боковых лепестков. Благодаря этому в линиях космической связи при больших дальностях можно обходиться передатчиками небольшой мощности, имеющими малые размеры и массу, хотя и требуется высокая точность поведения и стабильность удержания луча лазера в заданном направлении.

Упомянутая космическая оптическая линия связи (ОЛС) – пример ОЛС, работающей открытым лучом. Аналогичные наземные ОЛС применяются ограниченно из-за большого поглощения волн в атмосфере, особенно в тумане, при выпадении осадков.

В наземной связи для канализации оптического излучения широко используются волоконные световоды. Современные одномодовые световоды имеют сверхнизкие потери (менее 0,2 дБ/км на мкм), чрезвычайно широкую полосу пропускаемых частот (свыше 100 ГГц). Оптические кабели, состоящие из нескольких волоконных световодов, имеют по сравнению с медными кабелями малые габаритные размеры и массу, обеспечивают экономию дефицитных цветных металлов. Важным достоинством волоконных кабелей является скрытность и помехоустойчивость передачи.

Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) на основе оптических кабелей, благодаря указанным достоинствам, находят все более широкое применение. В настоящее время ВОЛС во всем мире, наряду с радиорелейными и спутниковыми линиями, составляет основу магистральных линий связи. Указанная выше полоса пропускания одномодовых световодов позволяет передавать информацию по одному волокну со скоростью до нескольких десятков Гбит/с, а при использовании метода спектрального уплотнения (по одному волокну передаются оптические сигналы на нескольких длинах волн) – до сотен Гбит/с – единиц Тбит/с. В местных системах связи (масштаба города) ВОЛС используются в телефонных и локальных вычислительных сетях.

Рис. 10.10. Типовая схема волоконно-оптической линии связи:

М, ДМ – мультиплексор и демультиплексор; КУ, ДКУ – кодирующее и декодирующее

устройства; СВ – схема возбуждения лазера; ПЛ – полупроводниковый лазер;

СУ – согласующее устройство; ФД – фотодиод; Рег. – регенератор цифрового сигнала;

ИП – источник питания

Волоконные световоды позволяют передавать сигналы на расстояние до нескольких десятков километров. При большой протяженности линии связи используются ретрансляторы или волоконно-оптические усилители. Основные структурные элементы ВОЛС показаны на рис. 10.10. ВОЛС предназначены для многоканальной передачи информации в цифровой форме. Поэтому на ее входе включены мультиплексор и кодирующее устройство, а на выходе – декодирующее устройство и демультиплексор. В оптическом передатчике (и передатчике ретранслятора) производится амплитудная манипуляция интенсивности светового потока многоканальным цифровым сигналом. Для этой цели используются быстродействующие оптические затворы, которые входят в состав схемы возбуждения лазера. В качестве задающих генераторов в передатчиках ВОЛС обычно используются полупроводниковые лазеры.