
книги из ГПНТБ / Рожков, Л. И. Средства радиосвязи учеб. пособие
.pdfI ЛАВА |
СТАНЦИИ ТРОПОСФЕРНОЙ И УКВ |
РАДИОСВЯЗИ |
§ I. Особенности УКВ и тропосферной радиосвязи. ТТД радиостанции Р-121 (122)
Основные представления о характере распространения радиоволн в тропосфере
Ультракоротковолновый диапазон (УКВ) занимает об ласть частот от 30 до 30000 МГц, что соответствует длинам волн от 10 м до 1 см. Диапазон УКВ условно подразделяется на три поддиапазона (табл. 4.1).
|
|
|
Таблица 4.1 |
Поддиапачоны |
лина волны |
Частота, |
|
Д |
|
МГц |
|
|
|
|
|
Метровый |
10 - I |
м |
30 — 300 |
Дециметровый |
100— 10 см |
300 — 3000 |
|
Сантиметровый |
10 — I |
см |
3000 — 30 000 |
Радиоволны этого диапазона проходят ионизированные слои атмосферы и рассеиваются в мировом пространстве. Од нако незначительная часть электромагнитной энергии рассеи вается за счет неоднородностей тропосферы, что создает воз можности для тропосферной радиосвязи.
Тропосферой называют нижнюю часть атмосферы, распо ложенную непосредственно над поверхностью земли и прости рающуюся до высоты Н= 15 км.
Важнейшим свойством тропосферы является убывание тем пературы с высотой. Средний градиент температуры тропосфе ры составляет 6 град/км. Причиной постепенного убывания температуры воздуха с высотой является то, что тропосфера почти прозрачна для солнечных лучей и, пропуская эти лучи,
практически не нагревается. Основной поток солнечной энер гии поглощается землей, которая прогревает тропосферу сни зу вверх.
Основными параметрами тропосферы являются давление, температура и влажность, которые изменяются с высотой и во времени.
С точки зрения распространения радиоволн тропосферу следует рассматривать как диэлектрическую среду, коэффи циент преломления которой, а следовательно, и скорость рас пространения волн меняются с высотой.
Влияние тропосферы на условия распространения волн тесно связано с явлением рефракции, суть которого состоит в том, что вследствие неоднородностей тропосферы радиоволны распространяются в ней не по прямолинейным траекториям, а в некоторой степени искривляются. Этому явлению особенно подвержены волны УКВ. На рис. 4.1 показано распростране
ние УКВ прямым и отраженным от поверхности лучами для идеального случая (сплошная линия) и для реального распро странения (пунктирная линия). УКВ — это волны короче 10 м, которые используются в основном для связи в пределах пря мой видимости. Дальность радиосвязи в этом случае без учета рефракции определяют по формуле
D = |
3,57 (V K + |
1/X.) - V 2 ЯЛК/Ч ( 1/Л ,) [км] , |
где |
|
- радиус земного шара; |
/?3= 6,37 тыс. км |
||
h\\\fi2 — |
высоты подъема передающей и приемной антенн, м. |
С учетом рефракции
D = 4,12 (К/7[ f J/X ) [км] .
В ряде случаев волны УКВ приобретают способность рас пространяться на расстояния, значительно превосходящие дальность прямой видимости, за счет особо благоприятных ус ловий, создающихся в тропосфере.
Распространению УКВ на большие расстояния способству ют три процесса, происходящие в тропосфере:
111
— рассеяние УКВ в местных неоднородностях тропосферы; -т- частичные отражения волн от слоистых неоднороднос
тей;
— когерентное рассеяние радиоволн.
Радиоволны, распространяющиеся на большие расстояния вследствие процессов рассеяния или отражения, происходя щих в тропосфере, называются тропосферными радиоволнами,
а радиосвязь на этих волнах тропосферной радиосвязью. Дадим краткую характеристику указанным процессам, про
исходящим в тропосфере.
1. Рассеяния в местных неоднородностях возникают вслед ствие неравномерного нагревания поверхности земли, приво дящего к появлению областей с несколько повышенным значе нием показателя преломления. Излучаемые передатчиком ра диоволны рассеиваются в отдельных таких областях.
Рассеянное излучение направлено, главным образом, впе ред (рис. 4.2).
Рассмотренные области существуют в любое время года, с) ток, что дает возможность использовать рассеянные радио волны для дальней радиосвязи.
2. Частичные отражения от слоистых неоднородностей в тропосфере образуются под действием воздушных течений на высоте нескольких километров. Толщина слоев течений состав ляет от десятка метров до нескольких километров и, следова тельно, имеет разные показатели преломления (рис. 4.3).
Вследствие весьма незначительного изменения показателя преломления основной поток радиоизлучения проходит сквозь неоднородность, и лишь небольшая доля энергии, отражаясь от слоя, достигает пункта приема,
неоднородностей
Л|'ЧХ
3. Когерентное рассеяние радиоволн представляет собой процесс рассеяния радиоволн на всем пути распространения
луча (рис. 4.4, а).
Из трех рассмотренных процессов рассеяния радиоволн в тропосфере ни одному из них пока не отдается предпочтения, так как, по-видимому, в тропосфере происходит весьма слож ный процесс, в котором известную роль играют все три вида рассеяния.
Для определения дальности связи при тропосферном рас пространении радиоволн (DTp) рассмотрим рис. 4.4,6. На этом рисунке d\ и d2 обозначены дальности прямой видимости
между передающей (приемной) |
антенной и переизлучателем. |
||||
Эти дальности определяются по формулам: |
|
|
|||
dt = 4 ,1 2 (/Л ; + V'H), |
d2 = |
4,12 ( / Я |
+ |
Vh,} , |
|
где Я — высота переизлучателя в метрах. |
|
|
|||
Тогда |
|
|
|
|
|
D.rp = d t + d2 = |
4,12 (Vh\ + |
V h 2 + 2 V W ) . |
|||
Так как высота //>/*, |
и h2, то дальность Д р определяется |
||||
в основном высотой Я. |
|
|
|
|
|
Особенности приема УКВ при тропосферном |
|||||
|
|
|
распространении |
||
При распространении |
УКВ можно выделить |
следующие |
|||
особенности: |
|
|
|
|
|
А. Зависимость уровня поля от расстояния |
(рис. 4.5). |
||||
При тропосферном распространении УКВ напряженность |
|||||
поля в точке приема £т |
обратно пропорциональна 4-й степе |
||||
ни расстояния, а принимаемая мощность Рт— 8-й степени. |
|||||
Коэффициент ослабления вычисляется по формуле: |
|||||
Доел.дБ = |
lO lg -^ f = |
2 0 1 g -|i , |
|
|
|
|
'О |
с 0 |
|
|
где Р0 и До — соответственно мощность и напряженность поля в точке приема при распространении в свобод
ном пространстве.
Приведенные на рис. 4.5 усредненные величины Досл могут существенно меняться в зависимости от географических и кли матических условий; тем не менее по ним видно, что при тро посферном распространении дальность связи в диапазоне 100—1000 МГц не существенно зависит от частоты. Исследова ния показывают, что при тропосферном распространении мож-
114
ио работать на частотах до 10 тыс. МГц и па дальности до
500 км.
В. Несущественная зависимость уровня поля в точке при ема от времени суток (всего на единицы дБ) и более ярко вы раженная зависимость на всех частотах от времени года. Ле том уровень сигнала приема выше, чем зимой.
150 |
300 |
I'M |
|
Рис. 4.5 |
|
В. При тропосферном распространении из-за многолучево го приема наблюдаются быстрые замирания, требующие для повышения устойчивости связи применения разнесенного при ема, повышения мощности передатчика до 1—10 кВт и антенн с большим коэффициентом усиления и узкой диаграммой на правленности.
Для получения требуемых характеристик |
антенны приме |
няют параболоиды вращения с диаметром |
около 100 X, при |
X = 3 см d=3 м, а при X.—30 см d = 30 м.
Все эти требования в настоящее время практически выпол нимы.
Преимущества тропосферной связи по сравнению с КВ связью:
— скрытность передачи (особенно во внутренних районах
СССР);
—малая зависимость передачи от уровня атмосферных по мех и небольшая зависимость передач от времени года, уров ня солнечной радиации и атмосферных условий;
—дальность связи составляет 300—500 км.
Общие сведения о радиостанции Р-122 (121)
Радиостанция Р-122 (121) работает в УКВ диапазоне волн по принципу рассеяния электромагнитной энергии на неодно родностях тропосферы и обеспечивает беспоисковую и бесподелроечпую радиосвязь.
Радиостанция Р-121 включает два комплекта радиостанции Р-122 и имеет те же технические данные.
Радиостанция Р-122 комплектуется из передающего, при емного и выносного пунктов управления.
Передающий пункт состоит из передатчика (элемент А), выпрямителя (элемент В), автомата выдержки времени (АВВ-3). входного щитка, шести аккумуляторных батарей 4НКН-45М, антенны с мачтой и бензоэлектрического агрегата АП-ЮМ-2.
Приемный пункт включает приемник с центральным пуль том управления и выпрямителем, автомат выдержки времени АВВ-2, входной щиток, телеграфный аппарат СТ-2М с аппа ратным шитком АЩ-49, телеграфный ключ, микрофон МД-ЗЗА и головные телефоны ТА-4, антенну с мачтой, шесть аккумуля торных батарей 4НКН-45 и бензоэлектрический агрегат АБ-4-Т/230.
Выносной пункт включает выносной блок усилителей (ВБУ) и две аккумуляторные батареи 4НКН-45М.
Основные тактико-технические данные радиостанции Р-122:
— диапазон частот 35—50 МГц разбит с дискретностью 8 кГц на 1876 фиксированных волн;
— мощность передатчика 800 Вт; |
|
— чувствительность приемника при |
у-=3 и глубине мо |
дуляции 60% равна: в тлг режиме 0,08 мкВ и 0,15 мкВ в тлф режиме;
—дальность связи 300 км;
—потребляемая мощность 5 кВА •— передающим пунктом
и600 ВА приемным, удаленным от передающего на 500 м —
5км;
—радиостанция выпускается в трех вариантах: автомобилыюм, полустационарном и стационарном;
116
—антенная система состоит из четырех антенн типа «иолновой канал», устанавливаемых на высоте 28,8 м;
—каждая антенна состоит из активного и шести пассивных вибраторов; ширина диаграммы направленности в горизон
тальной плоскости 30°;
—радиостанция обеспечивает дуплекс ключом или теле графным аппаратом СТ-2М и др., а также дуплексную радио телефонную работу при AM;
—радиотелефонный канал обеспечивает передачу спектра частот 0,3—3,4 кГц и допускает вторичное уплотнение аппара турой Г1-313, П-314.
П-313 позволяет уплотнить один телефонный канал шестью телеграфными каналами, а П-314, за счет сужения телефонно го спектра до 0,3—2,7 кГц, получить дополнительно один теле графный канал.
Радиостанция Р-121 обеспечивает те же виды работ, что и Р-122, но так как она имеет два передатчика и два приемника, тс может быть использована в качестве ретрансляционной, если на оконечных пунктах развернуты Р-122, или работать одновременно на двух несущих с разносом не менее 6 МГц., что повышает надежность и помехоустойчивость радиолинии.
Рассмотренные радиостанции удовлетворяют основному требованию, предъявляемому к радиосвязи, т. е. обеспечивают вхождение в связь без поиска корреспондента и ведение связи без ручной подстройки.
Это достигнуто за счет высокой стабильности передатчика и гетеродина приемника, использующих один и тот же возбу дитель (блок Г), относительная нестабильность которого не превышает величины ± 3 - 10~'\
ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ
1.Что представляет собой тропосфера и какими параметрами она харак теризуется?
2.Каким путем распространяются ультракороткие волны?
3.Какие факторы способствуют распространению УКВ на расстояния, превышающие дальность прямой видимости?
4.Назовите основные особенности УКВ при тропосферном распростра нении.
5.В чем преимущества тропосферной связи по сравнению с КВ связью?
6.Дайте характеристику пунктов, входящих в состав радиостанции
Р-122
7.Охарактеризуйте возможности радиостанции Р-122.
8.Что дает использование аппаратуры П-313, Г1-314 в радиостанции Р-122?
9.Поясните варианты организации связи радиостанцией Р-121.
117
§2. Принцип стабилизации рабочих частот
врадиостанции Р-122
Общие сведении
Врадиостанции Р-122 в качестве возбудителя передатчика
ипервого гетеродина приемника используется возбудитель дискретного спектра частот (блок Г). Блок Г представляет со
бой нысокостабильный генератор, работающий в диапазоне частот 1,65—6,6 МГц.
При использовании блока Г в радиостанции Р-122 задей ствуется только часть его диапазона, т. е. участок частот от
4,375 до 6,25 МГц.
В блоке Г применен интерполяционный метод кварцевой стабилизации, позволяющий получить относительную неста бильность частоты не более 1. 3 • 10~и.
Структурная схема и принцип работы блока Г
Блок Г построен на принципе частотного анализа (см. § 4 гл. II) с фазовой автоподстройкой частоты. Нестабилизированпый ГИД (ведомый генератор) непрерывно подстраивается системой ФАПЧ под частоту опорного кварцевого генератора. Эта система включает в себя опорный кварцевый генератор, фазовый детектор и реактивную лампу (рис. 4.6). Частота
* UjU'OO
Гпс. 4.6
ГИД, понижаемая в результате двойного преобразования до /пр-*, приводится (интерполируется) к значению одной из час тот опорного кварцевого генератора / оп и сравнивается с нею на фазовом детекторе. При равенстве частот = / оп систе ма фазовой автоподстройки находится в равновесии и ГПД работает на одной из высокостабильных частот сетки.
При уходе частоты ГПД от номинального значения нару шается равенство частот колебаний на входе фазового детек тора, т. е. /про Ф /опПоявляющееся на выходе ФД управляю щее напряжение подается на реактивную лампу.
118
Реактивная |
лампа, |
воздействуя на |
параметры |
контура |
г п д изменяет, |
его частоту, а значит и |
вторую промежуточ |
||
ную частоту, которая |
является преобразованной |
частотой |
ГПД. Этот процесс фазовой автоподстройки продолжается до тех пор, пока / пр2 не станет равной опорной частоте f on.
Основным элементом блока Г, упрощенная схема которого приведена на рис. 4.7, является генератор плавного диапазо-
Рис. 4.7
на (ведомый генератор), который представляет собой обыч ный ламповый генератор с самовозбуждением, имеющим плав ную настройку в пределах от 3300 до 6600 кГц.
Двойное преобразование частоты ГПД осуществляется в CMi и СМ2 вспомогательными частотами гетеродинирования /, и /г, которые образуются путем умножения и деления часто ты эталонного (ведущего) кварцевого генератора. Эталонный кварцевый генератор работает на частоте 200 кГц. Относитель ная нестабильность его составляет 2- 10~в.
Высокая степень стабильности вспомогательных частот ге теродинирования необходима для максимального снижения погрешности настройки ГПД, вносимой при преобразованиях
частоты.
Суммарная погрешность рабочих частот ГПД определяется суммарной погрешностью частоты эталонного генератора, двух
119