книги из ГПНТБ / Константинов П.А. Авиационная радиосвязь

пускная способность радиолинии ограничивается искажениями импульсов (гл. II, § 2). По этой причине длительность импуль­ сов на коротких волнах обычно берется не менее 5— 10 мсек, что соответствует пропускной способности 200— 100 бод.

§2. ИСКАЖЕНИЯ ДИСКРЕТНЫХ СИГНАЛОВ

Видеальном случае дискретные сигналы представляют элек­ трические импульсы прямоугольной формы. В реальных систе­ мах связи сигналы подвергаются искажениям, вследствие чего форма импульсов будет отличаться от прямоугольной. Сигнал может подвергаться искажениям на протяжении всей его дли­ тельности и особенно в начале и в конце посылки.

Переданные

Значительная часть искажений приводит к изменению дли­ тельности зарегистрированных приемником импульсов по сравнению с переданными импульсами. Такие искажения назы­ ваются временными преобладаниями.

Восстанавливаемые в приемнике импульсы имеют некоторое запаздывание t3 по сравнению с передаваемыми импульсами (рис. 2.3). Длительность принятых и переданных импульсов бу-

,дет одинакова в том случае, если начало и конец импульсов имеют одинаковое запаздывание, и различной в противном слу­ чае. Отношение изменения длительности принятых импульсбв Ат (абсолютная величина искажения) к удвоенной длительно­

сти элементарного импульса называется* относительной величи­ ной искажения:

Ат

2т0

Возможность правильного воспроизведения искаженных им­ пульсов зависит от исправляющей способности приемного аппа­ рата, т. е. от его способности противостоять действию времен­ ных преобладаний. Исправляющей способностью аппарата 'на­ зывается максимально допустимая относительная величина искажения, при которой данный аппарат еще правильно регист­ рирует сигналы. Если, например, допустимо изменение длитель­

но

даче таре (рте. 2.4). Это может привести к временному пре­ обладанию.

Передача сигналов по линии может осуществляться либо по­ сылками постоянного тока, либо посылками тональной частоты.

Нестационарные процессы в линии являются серьезным пре­ пятствием при первом способе передачи. Этот способ дает хоро­ шие результаты только при сравнительно небольшой скорости

импульсов постоянного тока затруднительно, поэтому приходит­

При передаче посылок тональной частоты линия вносит не­

няются помехи в соседних линиях и обеспечивается безопасность для персонала. Достоинством тональной передачи является так- , же возможность уплотнения линии, т. е. одновременной переда­ чи нескольких сообщений за счет применения нескольких то­ нальных частот.

Искажения сигнала в передающем и приемном устройствах обусловливаются нестационарными процессами в колебательных контурах, в цепях манипуляции, в усилителях низкой частоты..

При расчете всех элементов передающего и приемного уст­ ройств, создающих искажения за счет переходных процессов, не­ обходимо принимать это во внимание и учитывать практически допустимые нормы искажения.

Следующая группа искажений сигналов создается электро­ магнитами и электромагнитными реле, выполняющими различ­ ные функции в телеграфной технике. Электромагниты выпол­ няют механическую работу и используются для перемещения различных деталей телегпафных аппаратов.

Реле применяются для замыкания т размыкания электриче­ ских цепей посредством специальных контактов с целью усиле­ ния импульсов и исправления их формы (например, импульсов, поступающих на радиостанцию с вынесенного пульта управления

32

по проводной линии), с целью преобразования импульсов одного направления в импульсы двух направлений и т. п. Механическая работа реле сводится к перемещению якоря. Вносимые электро­ магнитом и электромагнитным реле искажения зависят от их

регулировки.

Рис. 2.5 иллюстрирует искажения сигнала неполяризованным электромагнитом, используемым для приема комбинаций кода Морзе.

Е

/////

Пружина

Якорь

-Обмотка

<Г

а)

Рис. 2.5. Искажения сигнала неполяризованным электромагнитом:

а — неполяризованный электромагнит; б — искажения сигнала при различной регулиров­ ке электромагнита; 1 — грубая регулировка; 2 — нормальная регулировка; 3 — чрезмер­ ная чувствительность

При нормальной регулировке электромагнита, когда ток сра­ батывания ?Ср примерно равен половине установившегося зна­ чения тока, искажения импульсов не приводят к искажению ко­ довой комбинации.

При грубой регулировке электромагнита, когда ток срабаты­ вания равен гср', за время первой точки ток в обмотках электро­ магнита не достигнет этого тока. В результате первая точка за­ писана не будет.

Если электромагнит отрегулирован на высокую чувствитель­ ность и его ток срабатывания равен icp",тогда за время паузы между тир.е и второй точкой ток в обмотках электромагнита не успеет уменьшиться ниже тока срабатывания iQp", в результате чего тире и вторая точка сольются.

Таким образом, при грубой регулировке неполяризованного электромагнита и при чрезмерно высокой его чувствительности сигнал сильно искажается. ■

На рис. 2.6 показаны искажения сигнала поляризованным реле (имеющим постоянный магнит).

При нейтральной регулировке реле (рис. 2.6,6), когда кон­ такты симметрично расположены относительно нейтральной ли­ нии, перебрасывание якоря от одного контакта к другому и обратно происходит при одинаковом по абсолютной величине токе срабатывания. В этом случае длительность положительных

й отрицательных импульсов в цепи. якоря реле * получается

одинаковой.

Если, контакты реле относительно нейтральной линии распо­ ложены несимметрично, перебрасывание якоря от одного кон­ такта к другому и обратно происходит при разных по абсолют­ ной величине токах срабатывания. Рис. 2.6, в соответствует слу-

Рис. 2.6. Искажения . сигнала поляризованным реле:

а — поляризованное реле с дифференциальной схемой магнитной цепи; б — нейтральная регулировка; в — регулировка с минусовым преобладанием; г — регулировка с плюсовым преобладанием

чаю, когда от контакта, соответствующего положительному им­ пульсу, к другому контакту якорь перебрасывается при меньшем значении тока, чем в противоположном направлении ( |— гСР2 |< < 7 ср j). Этот случай соответствует регулировке реле с минусовым

34

преобладанием, так как отрицательные импульсы в цепи якоря

лройсходит удлинение положительных (импульсов в цепи якоря реле.

На практике обычно применяется нейтральная регулировка поляризованных реле. Но в отдельных случаях может приме­ няться регулировка реле с преобладанием. Такая необходимость может возникнуть, например, в случае неравенства напряжений батарей на передающей станции при положительной и отрица­ тельной посылках. В этом случае амплитуды положительной и отрицательной посылок будут различными, и при нейтральной регулировке реле возникнет временное преобладание, так как импульсы с большей амплитудой будут удлиняться. Указанные искажения могут быть устранены регулировкой поляризованного реле с преобладанием в противоположную сторону.

Поляризованные реле имеют высокую чувствительность, ма­ лое время срабатывания и отпускания, обеспечивают надежный контакт и могут использоваться при работе с импульсами как двух направлений, так и одного направления. Поэтому в технике связи поляризованные реле применяются чаще, чем деполяризо­ ванные. Однако в устройствах связи, использующих ток одного направления^ могут применяться неполяризованные реле (без постоянного магнита). Их устройство и регулировка аналогичны неполяризованному электромагниту (рис. 2.5, а). При непра­ вильной регулировке неполяризованные реле вносят искажения, поясняемые рис. 2.5, 6.

Помимо описанных искажений, при использовании электро­ магнитных реле могут иметь место так называемые дробления сигнала. Дробления сигнала возникают за счет вибрации якоря реле в начале посылки при большой скорости работы. От по­ добных искажений свободны ламповые реле, которые безынер­ ционны и надежно работают при больших скоростях. Ламповые реле широко применяются как в оконечных каскадах приемни­ ков (при автоматическом приеме), так и в манипуляционных каскадах передатчиков.

Перейдем к рассмотрению искажений сигналов, вызываемых условиями распространения. При распространении от передаю­ щей радиостанции к приемной сигналы подвергаются искаже­ ниям за счет действия атмосферных помех, уровень которых с повышением частоты понижается. Заметное действие атмосфер­ ные помехи оказывают в диапазоне длинных, средних и корот­ ких волн, В диапазоне ультракоротких волн уровень атмосфер­ ных помех резко снижается.

Для диапазона коротких волн характерными являются иска­ жения сигналов, вызываемые замираниями и явлением эхо. Замирания 'обусловлены особенностями распространения корот­ ких волн в ионосфере. Установлено, что электронная концентра­

ция возрастает в интервале высот примерно от 80 до 300 км [6]. В указанном интервале высот имеются более шли менее резко выраженные максимумы электронной концентрации, которые называют слоями ионосферы D, Е, F\ и F2. Наибольшая элек­ тронная концентрация соответствует слою F->, расположенному на высоте 250—350 км. При дальнейшем увеличении высоты электронная концентрация медленно убывает.

Короткие волны отражаются преимущественно в глубине слоя Р2, поэтому на их распространение существенное влияние оказывают всякие изменения, происходящие в ионосфере. Иссле­ дования показывают, что плотность ионизации отражающего слоя F2 неоднородна и непостоянна во времени. В нем содер­ жатся ионизированные образования, которые находятся в со­ стоянии непрерывного движения и изменения. Они движутся в случайных направлениях со случайными скоростями, распадают­ ся и возникают вновь. Поэтому отраженный сигнал является суперпозицией многих сигналов и может быть представлен сле­ дующим образом [6]:

под знаком суммы — пучок элементарных составляющих со слу­

При большом числе элементарных составляющих плотность вероятности огибающей отраженного от ионосферы сигнала бу­

36

где

есть степень мутности. При изменении J3 от 0 до 00 коэффи­ циент мутности « изменяется от 1 до 0. Исследования показы­ вают [6], что в различных условиях f* принимает значения при­ мерно от 0 до 10, а чаще всего р « 2—4. Это означает, что в 'большинстве случаев мощность зеркально 'Отраженной состав­ ляющей больше средней мощности пучка рассеянных составляю­ щих примерно в 10 раз.

Рис. 2.7. Многолучевое распространение коротких волн при отражении от слоя F»

Представление отраженного сигнала в виде регулярной и рассеянных составляющих дает хорошее приближение на трас­ сах сравнительно небольшой протяженности, когда в место прие­ ма приходит один луч, вернее — узкий пучок лучей без значи­ тельных временных запаздываний.

На трассах большой протяженности в место приема прихо­ дит несколько лучей, претерпевших различное число отражений от ионосферы (рис. 2.7). Это явление называется многолуче­ востью или ближним эхо.

При многолучевом приеме зеркально отраженные состав­ ляющие можно рассматривать как элементарные лучи со слу­ чайно изменяющимися фазами. Их интенсивность, особенно при многократном отражении, будет малой. В результате на трассах большой протяженности трудно выделить регулярную состав­ ляющую. В этом случае лучшее приближение получается в пред­

37

Таким образом, сигнал в месте приема всегда есть результат интерференции многих составляющих. Это приводит к .измене­ ние поля в месте приема и к замираниям.

Изменение уровня сигналов всегда в той или иной степени приводит к изменению их длительности, т. е. к временным пре­ обладаниям. Это объясняется тем, что при прохождении сигна­

ср

д)

е)

-ср

о количестве замираний различной длительности дает рис. 2.8. Глубина замираний 'Оценивается вероятностью того, что оги­ бающая сигнала будет меньше некоторого порога Ы. Эта веро­ ятность Р (U <( ho) зависит от величины Р и может быть най­

дена из выражений (2.18) или (2.19).

Наиболее глубокие замирания и наиболее сильные искаже­ ния сигнала возникают при многолучевом распространении

радиоволн, когда в место приема приходит несколько интенсив­ ных сигналов. В зависимости от соотношения фаз и амплитуд сигналов, приходящих по разным путям, уровень результирую­ щего сигнала может быть самым различным. На рис. 2.9 это иллюстрируется на примере двухлучевого приема, когда в'место приема приходят сигналы по двум разным путям с временем запаздывания t3 (рис. 2.9, а, 2.9,6). В данном случае .имеется в виду система с амплитудной манипуляцией, причем соотношение фаз и амплитуд высокочастотных колебаний взято таким, что уровень результирующего сигнала будет меньше уровней каж­ дого из двух приходящих сигналов, но больше нуля (рис. 2.9, е). В то время как при однолучевом приеме при правильной регу­ лировке реле восстановленный сигнал точно воспроизводит ис­ ходный сигнал (рис 2.9, д), при двухлучевом приеме восстанов­ ленный сигнал будет иметь заметное, например, минусовое пре­ обладание (рис. 2.9,ж).

Изменение уровня сигналов, вызываемое непрерывным из­ менением электронной структуры ионосферы, а следовательно, непрерывным изменением фаз приходящих в место приема лу­ чей, происходит хаотически. Следовательно, и связанные с этим переменные временные преобладания будут проявляться в виде непрерывных хаотических изменений длительности телеграфных сигналов. Такие искажения ограничивают возможную скорость передачи, так как при данной исправляющей способности аппа­ рата их влияние тем сильнее, чем меньше длительность им­ пульса.

При глубоких замираниях может иметь место пропадание отдельных посылок, букв или даже слов. Обнаружение «.'исправ­ ление таких искажений, как правило, проще осуществить при ис­ пользовании кода Морзе. В этом случае искажение отдельной посылки не обязательно приводит к образованию новой буквы, « оно может быть обнаружено и исправлено по начертанию искаженной буквы или по смыслу телеграммы. Искажение от­

Искажения, вызываемые замираниями, в известной мере устраняются системой автоматической регулировки усилеиия. Однако при малой скорости передачи во избежание уменьшения усиления полезного сигнала постоянную времени АРУ прихо­ дится выбирать большой, и на быстрые замирания она не будет реагировать.

Если используется система с частотной манипуляцией, тогда в течение временя запаздывания t3 на приемное устройство бу­ дут воздействовать колебания двух частот, а на остальной части длительности импульса — колебания одной частоты, приходя­ щие в место приема двумя разными путями (рис. 2.10).

39