книги из ГПНТБ / Бородич, Сергей Владимирович. Радиорелейная связь учебник для техникумов связи

ника обычно несложно. Для правильной работы схемы необхо­ дима хорошая стабилизация рабочих частот.

Перейдём теперь к рассмотрению блок-схем приёмно-пере­ дающей аппаратуры промежуточных станций радиорелейных линий с частотным уплотнением и частотной модуляцией.

Вообще говоря, приёмно-передающая аппаратура промежу­ точной станции может состоять целиком из приёмника и пере­ датчика оконечной станции. В этом случае сигнал, принятый при-

Рис. 3.4. Блок-схема приёмно-передающей аппаратуры проме­ жуточной станции с демодуляцией и повторной модуляцией сигнала

ёмной антенной, после преобразования и усиления демодулируется в частотном детекторе ЧД, а демодулированный сигнал вновь модулирует частоту колебаний, генерируемых передатчи­ ком. На рис. 3.4 показана блок-схема аппаратуры для одного направления связи такой промежуточной станции с демодуля­ цией и повторной модуляцией сигнала. Схема передатчика со­ ответствует рис. 3.1г, а приёмника — рис. 3 26.

Аппаратура, построенная по такому принципу, применяется только на тех промежуточных станциях, где производится выде­ ление телефонных каналов и на главных станциях линии. Моду­ ляция и демодуляция сигнала всегда сопровождаются искаже­ ниями, поэтому для уменьшения искажений на большинстве промежуточных станций (где не выделяются каналы) приме­ няется иное построение аппаратуры, при котором демодуляция и модуляция сигнала в основном тракте отсутствуют.

На рис. 3.5 приведены три варианта блок-схем приёмно-пе­ редающей аппаратуры промежуточных станций. Все эти схемы построены по одному общему принципу, заключающемуся в том, что в основном тракте аппаратуры отсутствуют демодуляторы и модуляторы, а сама аппаратура представляет собой усилитель, компенсирующий затухание сигнала на участке связи. Усиление производится на промежуточной частоте, поэтому в аппаратуре имеется не менее двух преобразований частоты сигнала: из сверхвысокой частоты в промежуточную — на входе и обратное преобразование на выходе. Частота передаваемого сигнала (на выходе) должна отличаться от частоты принимаемого сиг­ нала (на входе) зо избежание самовозбуждения всей системы вследствие существования обратной связи выхода со входом через антенны.

Станции, построенные по этому принципу, называют станция-

79

ми гетеродинного типа, поскольку в них производится преобра­ зование частоты (гетеродинирование).

Рассматривая первую схему (рис. 3.5а), нетрудно заметить, что она может быть получена из схемы, изображённой на рис. 3.4, если исключить из последней элементы, связанные с демодуляцией и модуляцией сигнала, т. е. ЧД, ГУ и ЧМГ. В этой схеме так же, как и в схеме рис. 3.4, применяются два отдель­ ных гетеродина: гетеродин Г — для преобразования в смеси­ теле См\ частоты принимаемого сигнала / 1 в промежуточную частоту / пр и задающий генератор ЗГ — для преобразования

Рис. 3.5. Блок-схемы приёмно-передающей аппаратуры промежу­ точных станций гетеродинного типа

в смесителе См2 промежуточной частоты в частоту передавае­ мого сигнала f2.

Усиление сигнала производится в двух усилителях: УПЧ\ и УПЧ2. Амплитудный ограничитель Огр устраняет паразитную амплитудную модуляцию сигнала.

Недостаток первой схемы заключается в том, что стабиль­ ность выходной частоты f2 определяется не только стабильностью входной частоты f\, но также и стабильностью частот обоих ге­ теродинов. Действительно, если частота принимаемого сигнала/у выше частоты гетеродина приёмника f г , то промежуточная час­ тота равна fnp = fi—f2. Частота передаваемого сигнала, очевид­ но, равна /2 = f32~hfnp- Подставив сюда выражение для fnp, полу­ чим: f2 =f\+ (f3Z — /2)- Если частота принимаемого, сигнала ниже частоты гетеродина, тоfnp—fe—f i, тогда f 2 = f 32—fnp и>следова­ тельно,

Отсюда видно, что для повышения стабильности частоты на выходе необходимо стабилизировать разность частот обоих гене­ раторов. Обычно это осуществляется системой автоподстройки

80

ся в смесителе См-iс помощью генератора сдвига ГС. Полосовой фильтр ПФ3 защищает смеситель приёмника Сму от побочных продуктов преобразования. Если на выходе смесителя См3 вы­ деляется разностная частота f3!- f c, то промежуточная частота

Отсюда видно, что третья схема обеспечивает такую же ста­ бильность частоты, как и вторая.

На промежуточных станциях необходимо иметь возможность выделять передаваемые по линии сигналы. Если по линии пере­ даются телевизионные сигналы, то на некоторых станциях их I необходимо выделять для подачи на местные телевизионные пе­ редатчики, если же передаются телефонные сообщения и дру­ гие сигналы, то необходимо иметь возможность их контролиро­ вать и выделять служебные сигналы и разговоры. Для этих целей в аппаратуре промежуточной станции гетеродинного типа обычно имеется демодулятор, состоящий из ограничителя Огр и частотного детектора ЧД, включённый параллельно основному тракту, как показано на рис. 3.5в. На других схемах (рис. 3.5а, б) для их упрощения демодулятор не показан.

Приёмно-передающая аппаратура промежуточной станции так же, как аппаратура оконечной станции, состоит из приёмника и передатчика, хотя такое разделение несколько условно для станции гетеродинного типа, представляющей собой усилитель с преобразованием частоты.

Приёмная часть аппаратуры состоит из входного полосового фильтра ПФ, смесителя См\, усилителя промежуточной часто­ ты УПЧ\ и ограничителя Огр, а также контрольного демодуля­ тора и гетеродина Г (только для схемы рис. 3.5а). Все эти элементы по своей схеме и конструкции совершенно аналогичны соответствующим элементам приёмника оконечной станции.

Передающая часть аппаратуры состоит из усилителя проме­ жуточной частоты УПЧ2, смесителя См2, задающего генерато­ ра ЗГ, полосового фильтра ПФ, и усилителя УСВЧ (если он имеется). Все эти элементы также совершенно аналогичны соот­ ветствующим элементам передатчика оконечной станции. Толь­ ко некоторые элементы, как, например, генератор сдвига ГС, смесител.ь См6 являются специфичными для аппаратуры промежу­ точной станции.

Во всех трёх вариантах построения (рис. 3.5а, б, в) в пере­ дающей части аппаратуры может применяться преобразование частоты на высоком уровне в мощном смесителе без последую­ щего усиления колебаний (рис. 3.56). Тогда УПЧ2 представ­ ляет собой усилитель с мощным выходом. Может также при­ меняться преобразование на низком уровне в кристаллическом смесителе См2 с последующим усилением колебаний в УСВЧ

(рис. 3.5а, в).

82

Из рассмотренных выше трёх вариантов схем третий являет­ ся наиболее распространённым благодаря своим преимуществам, особенно в аппаратуре магистральных линий с большой про­ пускной способностью.

Заканчивая рассмотрение блок-схем приёмно-передающей ап­ паратуры промежуточных станций следует заметить, что в по­ следнее время делаются попытки создания такой аппаратуры, которая являлась бы простым усилителем колебаний сверхвысо­ кой частоты. В качестве усилительных ламп используются, лам­ пы с бегущей волной. Для создания необходимого сдвига час­ тоты на выходе относительно частоты на входе в усилительный

Рис. 3.6. Блок-схема приёмно-передающей аппаратуры промежуточной станции с усилением на свч •

тракт включается один преобразователь частоты. Блок-схема аппаратуры, построенной по этому принципу, показана на рис. 3.6.

Рассмотрим теперь блок-схемы приёмно-передающей аппа­ ратуры радиорелейных линий с временным уплотнением и им­ пульсной модуляцией. Наиболее важное требование, предъяв­ ляемое к аппаратуре линий с временным уплотнением, заклю­ чается в обеспечении наименьших искажений формы импульса, особенно в сохранении крутизны фронтов. Нелинейность груп­ пового тракта практически не оказывает влияния на форму им­ пульса, поэтому нет необходимости строить аппаратуру проме­ жуточных станций по гетеродинному принципу (без демодуля­ ции и модуляции). Наоборот, необходимо на каждой промежу­ точной станции демодулировать сигнал с тем, чтобы исправлять форму импульсов (увеличивая крутизну фронта) и вновь моду­ лировать сигнал исправленными импульсами.

Вследствие этого приёмно-передающая аппаратура промежу­ точной станции состоит обычно из приёмника и передатчика око­

импульсного модулятора ИМ и вспомогательного генератора ВГ, Импульсы от аппаратуры уплотнения поступают на вход моду­ лятора ИМ, представляющего собой мощный усилитель импуль­ сов. Импульсы высокого напряжения с выхода модулятора ИМ подаются на анод лампы генератора Г, который генерирует ко­ лебания свч только во время подачи импульса. Момент возник-

новения колебаний в контуре генератора Г при подаче на его анод импульса определяется флуктуациями в контурах. Поэтому положение импульсов колебаний свч, генерируемых генератором, несколько изменяется во времени, что вызывает появление шу­ мов на приёме. Для уменьшения этих шумов и стабилизации по­ ложения импульсов в сеточно-катодную цепь генератора Г вво­ дится напряжение от вспомогательного генератора ВГ. Генера­ тор ВГ генерирует колебания, частота которых отличается от номинальной частоты передатчика, но присутствие их в. контуре генератора Г стабилизирует положение импульсов во времени,

так как момент самовозбуж­ дения генератора Г опреде­ ляется этими колебаниями* а не случайными флуктуа­ циями в контурах.

Вследствие чрезвычай­ ной простоты такие передат­ чики применяются в пере­ движной аппаратуре. Су­ щественный недостаток их заключается в отсутствии стабилизации частоты.

ся от неё наличием усилителя колебаний сверхвысокой частоты УСВЧ. Модуляция колебаний осуществляется путём подачи на анод лампы УСВЧ импульсов с выхода модулятора ИМ. Задаю­ щий генератор Г непрерывно генерирует колебания. В такой схе­ ме вспомогательный генератор не требуется и может быть легко осуществлена стабилизация частоты задающего генератора.

В рассмотренных схемах применяется амплитудная манипу­ ляция колебаний, генерируемых передатчиком, импульсами, по­ ступающими от аппаратуры уплотнения. В третьей схеме (рис. 3:7 в) применена частотная манипуляция. Генератор ЧМГ представляет собой отражательный клистрон, на отражатель которого подаются импульсы с выхода модулятора ИМ. Клистронный генератор генерирует непрерывные колебания, частота которых модулирована импульсами. Эти колебания усиливают­ ся усилителем УСВЧ и поступают в антенну. Схема отличается простотой и обладает ещё тем достоинством, что не требует при­ менения мощного импульсного модулятора. Применяется в ап­ паратуре линий с временным уплотнением и амплитудно-им­ пульсной модуляцией.

Блок-схема приёмника для радиорелейных линий с времен­ ным уплотнением приведена на рис. 3.8. Эта схема отличается от рассмотренных выше схем приёмников ЧМ колебаний только де­ модулятором и построением низкочастотной части. Демодуля­

84

тор Д представляет собой амплитудный детектор импульсов. Импульсы, полученные на его выходе, пропускаются через дву­ сторонний ограничитель Огр, устраняющий паразитную модуля», пию амплитуды шумами. Затем импульсы усиливаются в усилиителе импульсов УИ и подаются на формирующие ступени ФС, где испра!вляется их форма и увеличивается крутизна фронтов. С выхода приёмника импульсы поступают в приёмную часть, аппаратуры уплотнения. Если в передатчике применяется схема, показанная на рис. 3.7е, то приёмник строится по такой же схе­ ме, что и приёмник линии с частотным уплотнением (рис. 3.2).

Приёмно-передающая аппаратура промежуточных станций линий с временным уплотнением состоит из приёмника и пере-

Рис. 3.8. Блок-схема приёмника с импульсной модуля­ цией

датчика, схемы которых только что рассмотрены. Выход приём­ ника соединяется со входом импульсного модулятора передат­ чика.

Вэтом параграфе рассмотрены общие принципы построения приёмно-передающей аппаратуры радиорелейных. линий. Для более детального изучения аппаратуры необходимо познако­ миться с построением основных её элементов: генераторов, уси­ лителей, модуляторов, демодуляторов и т. д.

Вследующих параграфах рассматриваются все эти основ­ ные элементы, начиная с колебательных контуров.

§ 3.2. Колебательное контуры свч

Электрические колебательные контуры с сосредоточенными постоянными, состоящие из катушек индуктивности и конден­ саторов, становятся непригодными при переходе к сверхвысо­ ким частотам вследствие уменьшения добротности и эквивалент­ ного сопротивления контура. С увеличением частоты из-за по­ верхностного эффекта возрастает сопротивление проводов, воз­ растают диэлектрические потери в изоляторах, увеличиваются потери на излучение (поскольку размеры контура становятся сравнимыми с длиной волны). В то же время характеристиче­ ское сопротивление с увеличением частоты уменьшается, так как ёмкость контура не может быть меньше ёмкости лампы. Умень­ шение добротности и характеристического сопротивления кон­ тура приводит к резкому уменьшению эквивалентного сопротив­ ления,- вследствие чего применение контура с сосредоточенными постоянными становится нецелесообразно.

8 5

В качестве колебательных контуров на сверхвысоких часто­ тах применяют так называемые объёмные, или полые резонато­ ры, состоящие из замкнутых металлических оболочек, образую­ щих внутреннюю полость, в которой при колебаниях развивают­ ся электромагнитные поля. Токи высокой частоты текут по внут­ ренней поверхности металлической оболочки резонатора, а элект­

получили три типа: коаксиальные резонаторы, радиальные резо­ наторы и резонаторы из отрезков волновода.

Коаксиальный резонатор представляет собой отрезок коак­ сиальной линии, замкнутый на одном или на обоих концах (рис. 3.9). В наиболее распространённых конструкциях к разомк­ нутому концу отрезка коаксиальной линии присоединяются электроды электровакуумного прибора (лампы), а другой конец замкнут. Реже применяется другая констцукция коаксиального резонатора, в которой оба конца отрезка линии замкнуты, а электровакуумный прибор присоединяется в середине.

Связь между размерами коаксиального резонатора и его ре­ зонансной частотой можно найти из выражения входног) сопро­

86

Резонанс в контуре будет иметь место только в том случае, когда входное сопротивление линии и реактивное сопротивление нагрузки, подключённой ко входным зажимам, будут равны по абсолютной величине и противоположны по знаку (рис. 3.10)

Если входные зажимы линии оставить свободными, что мож­ но уподобить подключению реактивного сопротивления беско­ нечно большой величины, то очевидно, что и входное сопротив­ ление линии должно быть бесконечно велико. Это условие, как следует из выражения (3.1), выполняется при равенстве аргу­

Из этих уравнений видно принципиальное отличие колеба­ тельной системы" с распределёнными постоянными от обычного контура с сосредоточенными постоянными, заключающееся в

На рис. 3.11 показано распределение напряжения вдоль ли­ нии при резонансе. Число п определяет количество узлов напря­ жения на линии.

Если линия замкнута на обоих концах, то при резонансе Z ex =0, что имеет место, если аргумент тангенса равен пк. При этом длина лйнни равна

Для линии с воздушным диэлектриком

12р — 2 -X.

87

Распределение напряжения вдоль линии для этого случая показано на рис. 3.12.

Если коаксиальный резонатор используется в качестве коле­ бательного контура в генераторе или усилителе, то его разомк­

наоборот, для определения резонансной частоты f при заданной длине / необходимо решить ур-ние (3 3) или (3.4). Эти уравне­ ния являются трансцендентными и решаются только графиче­ ски. Для упрощения решения ур-ние (3.4) можно переписать в

виде

на заданную частоту (волну) может осуществляться как путём изменения длины !, так и путём изменения ёмкости Сх.

В первом случае в резонаторе имеется подвижной короткозамыкающий поршень (рис. 3.13а), а во втором — в резонатор вводится ёмкостной настроечный штырь, перемещение которого изменяет ,в некоторых пределах ёмкость на разомкнутом конце резонатора (рис. 3.136).

8 8