книги из ГПНТБ / Хромых, М. К. Проектирование радиорелейных линий связи

В этом случае время установления колебаний определиется по формуле

Рис. 80. Упрощенная принципиальная схема однокаскадного импульсного передатчика:

А — анод; К — катод; С — сетка; ЭС — элемент связи; В Г — вспомогательный генератор; В и М — емкостные поршни настройки («Волна» и «Мощность»),

144

81 показана схема транзисторного автогенератора с кварце­ вой стабилизацией, применяемая в аппаратуре ДМ-400/6. Автогенератор работает подобно мультивибратору с эмиттерной связью. Для стабилизации частоты колебаний в цепь обратной связи включен кварц. Выходной сигнал богат не­ четными гармониками, что облегчает работу последующих каскадов умножения частоты.

Расчет транзисторных автогенераторов с кварцевой ста­ билизацией производится по методике, описанной в литера­ туре [17, 34, 39].

Модуляторы передатчиков

Импульсная модуляция в передатчике может быть полу­ чена путем подачи канальных импульсов на управляющую сетку либо анод генераторного триода. При импульсной мо-

Кантенне

Рис. 82. Трансформаторная схема получения анодно-импульсной модуляции.

дуляции на анод заметно увеличивается импульсная мощ­ ность, отдаваемая лампой. По этой причине модуляция на анод более целесообразна, чем на сетку.

В импульсных передатчиках радиорелейных линий связи нашли применение модуляторы, работающие по принципу импульсных усилителей. Обычно применяются усилитель­ ные схемы трансформаторные (рис. 82) и бестрансформаторные (резисторные) (рис. 80).

Трансформаторные схемы отличаются эффективностью и удобством согласования полярностей импульсов, однако их применение ограничено значительными переходными по­

145

мехами, поэтому они применяются при небольшом числе каналов (N < 12).

Впередатчиках радиорелейных линий с относительно большим числом каналов (N > 24) применяются бестрансформаторные модуляторы.

Вмодуляторах используются специальные электронные лампы и газоразрядные приборы. При расчете импульсных модуляторов особое внимание уделяется уменьшению пере-

Рис. 83. Фазовый модулятор в передатчике радиорелейной аппа­ ратуры типа ДМ-400/6.

ходных помех, которые зависят от параметров схемы и формы канальных импульсов [25].

Если в качестве вторичной модуляции в передатчике при­ меняется ЧМ или ФМ, то автогенератор работает в непре­ рывном режиме. Модулирующее напряжение в этом случае подается либо на автогенератор, либо на одну из промежуточ­ ных ступеней передатчика. Модуляция может осуществ­ ляться либо на ПЧ с последующим переносом спектра, либо непосредственно на СВЧ. Применяемые при этом типы ЧМГ такие же, как на радиорелейных линиях с частотным уплотнением каналов [10, 27].Однако при временном уплот­ нении каналов требования к линейности модуляционной ха­ рактеристики менее жесткие.

На рис. 83 показана схема фазового модулятора на вара­ кторе, применяемая в аппаратуре ДМ-400/6.

146

б. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВЧ АППАРАТУРЫ ПРИЕМНОГО ТРАКТА

Исходные данные и блок-схемы радиоприемных устройств

Приемник РР станции служит для приема сигнала, посту­ пающего от предыдущей станции, усиления его, выделения видеоимпульсов и регенерации их. Такой приемник чаще всего строится по схеме супергетеродинного типа с одним преобразованием частоты. Перечислим основные требования, которые необходимо учитывать при проектировании приемной аппаратуры для современной РР линии связи с временным уплотнением.

1. Для обеспечения устойчивой связи чувствительность приемника должна быть достаточно высокой и достигать 10-12—10~13 Вт. Такая чувствительность обеспечивается благодаря уменьшению коэффициента шума входных цепей, смесителя и первого каскада УПЧ, применению малошумящего УСВЧ, а также за счет уменьшения потерь мощности сигналов в антенном фидере и хорошего согласования во всех узлах высокочастотного тракта.

2.Избирательность по зеркальному каналу должна быть порядка 50—60 дБ. Недостаточное подавление помехи, про­ шедшей через зеркальный канал, приводит к паразитной де­ виации фронта импульса, т. е. к шумам в канале связи при ФИМ. Помехи по зеркальному каналу тем меньше, чем вы­ ше избирательность преселектора и величина промежуточной частоты.

3.Особое внимание следует уделять вопросу уменьшения переходных помех вследствие затягивания импульсов в раз­ личных узлах приемника. Отношение сигнала к переходной помехе должно быть не менее 104—105.

Прежде чем приступить к составлению блок-схемы при­ емника и расчету основных узлов, необходимо выбрать или рассчитать его основные параметры, к которым относятся полоса видеотракта AF, полоса УПЧ А/, промежуточная ча­ стота /пр, предельная РАпр и реальная Рдр чувствительности.

Для малоканальных систем связи оптимальная полоса пропускания по видеотракту до ограничителя определяется из условия минимальных шумов в канале.

В общем случае AFom зависит от формы импульса и ча­ стотной характеристики, а также от вида первичной модуля-

147

ции. В реальных условиях форма импульса близка к коло­ кольной. Тогда для приемника ФИМ сигналов

где АТ’опт и твх отсчитываются на уровне 0,5.

Такая полоса является оптимальной в том смысле, что при ней паразитное смещение фронта импульса под действи­ ем флуктуационных помех будет минимальным.

Расчеты показывают, что расширение полосы пропуска­ ния по ПЧ в 4—5 раз по сравнению с величиной А/опт = = 2АТ’опт практически не приводит к уменьшению чувстви­ тельности. Вместе с тем такое расширение полосы пропуска­ ния тракта УПЧ позволяет отказаться от АПЧ и увеличить

где А/пер и Д/п — абсолютная нестабильность частоты пере­ датчика и приемника соответственно.

А /= 2 [0,5 (| Д/пер I + I Д/п I) + AT'onj. —

= 2 [0,5 (2 + 1,6) + 1,7] = 6 МГц.

Определив необходимую полосу пропускания тракта УПЧ, можно рассчитать полосу пропускания каждого каска­ да.

Очевидно, полоса пропускания отдельного каскада долж­ на быть шире заданной полосы.

Если каскады УПЧ одноконтурные, то полоса каждого из них должна быть равна [49]

148

где q2 — коэффициент расширения полосы, значения кото­ рого выбираются в зависимости от числа каскадов усили­ теля. Ниже приведены [52] соответствующие рекомендации

вия ослабления помехи по зеркальному каналу и из сообра­ жения уменьшения смещения фронта импульса на выходе видеодетектора вследствие случайности фазы синусоидаль­ ного заполнения импульсов в тракте ПЧ.

Использование двухтактных видеодетекторов дает воз­ можность значительно уменьшить сдвиг фронта импульса, а следовательно, и мощность помехи Рп, что позволяет сни­ зить величину /пр. Следует также отметить, что увеличение промежуточной частоты облегчает отделение составляющей /пР на выходе видеодетектора и уменьшает рост шумов, вы­ званный шумами гетеродина. С другой стороны, уменьше­ ние /пр повышает устойчивость работы и сокращает число каскадов УПЧ, уменьшает влияние разброса параметров ламп на усиление и форму частотной характеристики. Обыч­ но значение промежуточной частоты выбирается в пределах

/пр = 20-4-35 МГц.

Предельная (или абсолютная) чувствительность Рдпред представляет собой мощность сигнала в антенне, равную суммарной мощности шумов антенны и тепловых шумов

Предельная чувствительность приемного устройства мо­ жет быть определена не только мощностью, но и соответ­ ствующей ей э. д. с. сигнала в антенне

где А/ — полоса пропускания такта УПЧ, МГц; RBX— входное сопротивление приемника, Ом.

Для того чтобы обеспечить устойчивую связь, на вход приемника должен поступать сигнал, мощность которого значительно больше той, которая соответствует предельной

149

чувствительности. В связи с этим вводится понятие реальной чувствительности, которая определяется мощностью

где у — необходимое превышение мощности сигнала над мощностью помех. Для радиорелейных линий у = 104 —

~105 [411.

Общий коэффициент усиления приемника

^ в х УПЧ

Номинальное напряжение на входе УПЧ UBXупч =■

= 1 /Р вх У П чК вх УПЧ'

Ориентировочно можно положить

Р ъ х УПЧ = 0 ,1 Р л р ,

где Рдр— мощность сигнала на входе приемника, соответ­ ствующая реальной чувствительности (54).

В предварительном расчете можно положить Кем = 0,4^ -i- 0,6 и Квх ”= 0,7 ~ 0,8.

Далее по формуле (55) можно ориентировочно рассчитать общий коэффициент усиления приемника.

На основании исходных данных и результатов предвари­ тельных расчетов составляют основную блок-схему приемни­ ка радиорелейной станции, которая должна дать четкое пред­ ставление о преобразованиях сигналов в различных узлах приемника.

На рис. 84,а изображен один из возможных вариантов приемного устройства сигналов ФИМ—AM.

Принимаемый сигнал поступает из антенны по коакси­ альному кабелю в преселектор, представляющий собой в дан-

150

ном случае полосовой фильтр СВЧ. Затем сигнал подводит­ ся к смесителю, на который поступает также напряжение от гетеродина. Напряжение промежуточной частоты с вы-

Cj =Ю^-10'"Вт

Гетеродин

Рис. 84. Блок-схемы приемников ФИМ — AM (а) и ДМ — ФМ (б)

сигналов.

хода смесителя подается на первый каскад УПЧ через вход­ ную цепь, которая служит для получения оптимальной связи, минимизирующей коэффициент шума. Основное уси­ ление сигнала осуществляется в УПЧ, усиление которого составляет 80—100 дБ.

161

Индикатор точной настройки представляет собой резо­ нансный усилитель, настроенный на /пр и имеющий узкую полосу пропускания. При точной настройке приемника, когда /Пр совпадает с серединой полосы УПЧ, стрелочный прибор, подключенный через детектирующий диод к выходу индикатора, дает максимальные показания. Усиленный сиг­ нал детектируется. Первым каскадом видеоусилителя явля­ ется линейный усилитель импульсов (УИ), затем следуют усилители — ограничители импульсов снизу и сверху. Нор­ мирование импульсов по длительности производится в кас­ каде формирования (ФД) с помощью контура ударного воз­ буждения. С выхода катодного повторителя (КП) импульс­ ный сигнал поступает на канальные демодуляторы аппарату­ ры уплотнения и систему выделения синхроимпульсов. В приемнике предусмотрена система автоматической регули­ ровки усиления (АРУ).

На рис. 84,6 приведена блок-схема приемника сигналов с модуляцией типа ДМ—ФМ, который применяется в аппара­ туре ДМ-400/6 [49].

Особенностью приемника является наличие однокаскад­ ного транзисторного УСВЧ с усилением 15дБ и полосой про­ пускания 5 МГц. Промодулированный по фазе сигнал проме­ жуточной частоты с выхода усилителя-ограничителя УО поступает на ЧД. На выходе детектора напряжение пропор­ ционально производной от мгновенного значения фазы. Для восстановления исходной формы импульсов применяется триггер Шмитта, включенный после усилителя постоянного тока УПТ. С выхода эмиттерного повторителя сигнал ДМ поступает на аппаратуру уплотнения.

Стабилизация частоты гетеродина приемника обеспечи­ вается применением кварцевого ЗГ с последующим умноже­ нием частоты.

Входные цепи и смеситель

Входные цепи приемника радиорелейной станции должны обеспечить необходимый коэффициент передачи напряжения полезного сигнала на вход смесителя; согласо­ вание волнового сопротивления фидера с входным сопротив­ лением смесителя для получения минимального коэффициен­ та шума; избирательность, характеризуемую ослаблением мешающих сигналов по зеркальному каналу и другим побоч­

152

ным каналам; возможность настройки на заданную частоту и перестройки в диапазоне частот.

Подавление помех от соседних станций будет эффектив­ ным в том случае, если входные цепи дают ослабление ме­ шающих сигналов более 100 дБ. Получить столь большое затухание весьма трудно, поэтому необходимо такое распре­ деление частот приема и передачи, при котором рабочие ча­ стоты передатчиков не попадают в побочные каналы приема. Это обстоятельство учитывается при разработке плана ре­ комендуемых рабочих частот, согласно которому работает аппаратура СВЧ стволов на радиолиниях. С учетом сказан­ ного ослабление по зеркальному каналу может быть по­ нижено до 30—40 дБ.

Радиорелейные линии с временным уплотнением работа­ ют, как правило, в диапазоне дециметровых волн, поэтому избирательные системы входных цепей могут выполняться в виде отрезков волноводов (РМ-28), коаксиальных резона­ торов (РМ-24А), полосковых линий (ДМ-400/6) и т. д.

Входная цепь может содержать один или несколько свя­ занных резонаторов. В качестве примера рассмотрим более подробно входные цепи, в которых используются коакси­ альные резонаторы.

На рис. 85,а,б показаны соответственно конструктивная и эквивалентная схемы преселектора, состоящего из двух связанных коаксиальных резонаторов. Определение коли­ чества резонаторов в преселекторе и расчет их параметров удобно производить по обобщенным частотным характери­ стикам [8, 43].

Обобщенные резонансные кривые эквивалентных коле­ бательных систем с критической связью представлены на рис. 86.

Расчет преселектора производится в следующем порядке. По графикам амплитудно-частотных характеристик опре­ деляется величина обобщенной расстройки х для заданной величины избирательности у по какому-либо побочному ка­ налу. Величина х зависит от выбранного числа резонаторов. Определяют необходимую добротность нагруженного

резонатора по формуле

(56)

Исходя из конструктивных соображений, выбирают внешний D и внутренний d диаметры резонаторов. Наиболь­

15^