Ретрансляторы с демодуляцией сигналов

На Слайде 7 представлена обобщённая структурная схема части ретранслятора, включающая в себя блоки УБО, УФС и УС.

Устройство бортовой обработки содержит три основных блока: устройство разделения сигналов (УР), блок демодуляторов (БДм) и блок регенерации сигналов (Р).

Слайд 7

Фрагмент структурной схемы ретранслятора с демодуляцией сигналов

Устройство разделения сигналов осуществляет выделение сигналов земных станций (3С) при частотном или временном методах уплотнения. Разделение сигналов при частотном методе обеспечивается с помощью обычного блока частотного разделения (полосовых фильтров).

Для разделения сигналов ЗС в ретрансляторе с временным уплотнением используется опорный сигнал, согласующий временные шкалы борта и 3С.

Земная станция работает, как правило, в многоканальном режиме, поэтому необходимо также решать, задачу выделения сигналов каждого из каналов. При частотном способе формирования группового сигнала (ГС) в ЗС задача разделения его решается аналогично разделению сигналов самих ЗС с помощью второй ступени блока частотного разделения (БЧР2) Слайд 8. Второй этап разделения должен осуществляться с большой точностью, поэтому осуществляется обычно на более низкой промежуточной частоте.

Регенерация, т.е. восстановление исходной форм сигналов, позволяет устранить или хотя бы уменьшить искажения сигналов за счет помех на участке радиолинии «Земля – борт». В то же время использование регенератора усложняет ретранслятор. Поэтому целесообразность его применение определяется на основе предварительной оценки выигрыша в помехоустойчивости при заданной помеховой ситуации.

Устройство формирования выходного радиосигнала (Слайд 7) включает формирователь группового сигнала (ФГС) и модулятор (М). В Ртр с изменением вида модуляции должен обеспечивать тот или иной дополнительный эффект. Например, амплитудную однополосную модуляцию сигналов на входе целесообразно преобразовать в более помехоустойчивую частотную или фазовую. При этом обеспечивается постоянство амплитуды выходного сигнала, что позволяет обеспечить работу выходного каскада бортового передатчика с максимальной мощностью.

Слайд 8

Устройство разделения группового сигнала зс

Преобразование способа разделения сигналов 3С в рассматриваемом Ртр с демодуляцией осуществляется непосредственно формирователем группового сигнала в УФС.

Внесение в ретранслируемые сигналы дополнительной избыточности оправдано тогда, когда основное действие помех предполагается на нисходящем участке радиолинии. Естественно, введение избыточности возможно только при наличии резерва реальной пропускной способности ретранслятора.

Основными устройствами Ртр являются приёмные устройства, устройства обеспечения бортовой обработки сигналов, передающие устройства, блоки гетеродинов и антенные системы. Конкретная реализация устройств, обеспечивающих бортовую обработку сигналов, определяется видом самих сигналов и способом их обработки, методом многостанционного доступа, способом формирования выходных сигналов.

Приёмные устройства Ртр включают входные устройства с малошумящими усилителями (МШУ), смесители и тракты промежуточной частоты. Они должны обеспечивать надёжный приём сигналов с малым уровнем Минимальный уровень принимаемых сигналов, или чувствительность определяется их собственными флуктуационными (тепловыми) шумами: Р_вх min = P_ш вх = kT_pf, где k = 1,3810^–23 Вт(ГцК)^–1 – постоянная Больцмана; f, T_p – полоса пропускания и эффективная шумовая температура входного приёмного устройства Ртр.

Одним из способов эффективного уменьшения влияния шумов последующих усилительно–преобразовательных устройств является применение во входных цепях различных предварительных малошумящих усилителей (МШУ). При достаточно большом значении k_y МШУ N_пм или Т_пм определяется в основном только уровнем шума малошумящего усилителя. Поэтому МШУ должны обладать как большим коэффициентом усиления, так и малой шумовой температурой (Т_МШУ). В качестве МШУ используют различного типа предварительные усилители, основными из которых являются, так же как и для земных станций, усилители на туннельных диодах (УТД), параметрические усилители (ПУ) и транзисторные усилители (ТрУ).

Смесители в приёмниках Ртр используются совместно с гетеродином для преобразования частоты. Общие требования к входным смесителям в рабочей полосе частот следующие: минимальные коэффициент шума и потери преобразования; равномерность АЧХ и линейность ФЧХ; минимальный уровень мощности гетеродина: максимальная развязка трактов гетеродина и сигнала ВЧ; максимальное подавление нежелательных продуктов преобразования; надёжность; малые габариты и масса.

Блоки гетеродинов совместно со смесителями служат для преобразования частоты сигналов. В зависимости от типов Ртр могут использоваться либо два отдельных гетеродина, либо общий гетеродин с дополнительным генератором сдвига. В общем случае гетеродины характеризуются: диапазоном выходных частот; стабильностью; уровнем шума выходных колебаний и побочных составляющих; потребляемой мощностью; массой и габаритными размерами. В каждом конкретном случае наиболее важным оказывается один из этих параметров или определённая их совокупность.

Передающие устройства ретрансляторов усиливают сигналы в полосе одного ствола, но иногда их используют и для одновременного усиления нескольких сигналов. В большинстве ретрансляторов передающие устройства строят по традиционной схеме, состоящей из преобразователя частоты (смеситель и гетеродин) и мощного усилителя с необходимым набором фильтрующих и согласующих элементов.

Бортовые антенны предназначены для приёма и передачи сигналов по линиям спутниковой связи «Земля – борт» и обратно. Они имеют существенную специфику, связанную с ограничениями на габаритные размеры и массу, воздействием на антенны при запуске больших ускорений и вибрационных нагрузок, необходимостью сохранять работоспособность в условиях глубокого вакуума, теплового и радиоизлучения Солнца, ионизирующей радиации и т.п.

В качестве бортовых антенн СP первого поколения использовались малогабаритные параболические антенны, одиночные штыревые и спиральные антенны, решётки из спиральных элементов, рупорные антенны.

Например, на первых СР «Молния-1» раскладывающаяся параболическая антенна имеет коэффициент усиления 17 дБ.

С увеличением общих размеров и массы СР появилась возможность применять более направленные антенны, коэффициент усиления которых достигает 30...35 дБ и более. К таким антеннам относятся параболические (одно- и двухзеркальные), рупорно-параболические и антенные решётки с соответствующими размерами.

Одним из основных направлений совершенствования бортовых антенных систем, наряду с повышением их коэффициента усиления (примерно до 55 дБ), снижением уровня боковых лепестков, увеличением числа формируемых лучей с независимым управлением и электронным сканированием и т.д., является применение адаптивных фазированных антенных решеток (АФАР).