ПЕРЕДАТЧИКИ РЕЛЕЙНОЙ И СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ ТРЕБОВАНИЯ К ПЕРЕДАТЧИКАМ
Наряду с проводными, кабельными, оптическими линиями системы связи страны применяются радиорелейные линии связи (РРЛ прямой видимости, тропосферные ТРЛ), спутниковые линии связи (СЛС).
Средства магистральной связи отличает большое число независимых сообщений (телефонных, телеграфных, вещательных, телевизионных и др.), передаваемых одновременно с помощью одного радиопередатчика. В современных РРЛ число телефонных каналов достигает 2700.
В радиорелейных, тропосферных, спутниковых системах связи могут использоваться различные виды модуляции несущей частоты передатчика.
Наиболее часто используются угловая модуляция при частотном разделении каналов (ЧРК) и импульсная при временном разделении каналов (ВРК).
Применяются амплитудно-импульсная (АИМ), фазово-импульсная (ФИМ), импульсно-кодовая (ИКМ) и другие виды модуляции.
1
Общее представление о диапазонах рабочих частот, мощности, числе телефонных каналов и других характеристиках передатчиков с угловой модуляцией дает табл.
В соответствии с рекомендациями МККР, МККТ* и Общесоюзными нормами допустимая нестабильность частоты < (20...50)х10–6.
Область применения |
Диапазон |
Мощность, |
Число |
Расстояние между |
|
частот, ГГц |
Вт |
телефон. |
ретрансляторами, км |
|
|
|
каналов |
|
РРЛ прямой видимости: магистральные
внутризонные
Тропосферная связь
Спутниковая связь для передатчика: наземного бортового
3.4...3.9 |
|
|
|
3.7...4.2 |
|
360...2700 |
20...70 |
5.67...6.17 |
0.5...10 |
|
|
1,7…2,1 |
|
300 |
15...25 |
7,9...8,4 |
|
||
|
|
|
|
11...12* |
|
|
|
0,8...1 |
(1...10)103 |
60...120 |
100...400; |
2 |
|
|
в особых случаях до |
4,5 |
|
|
1000 |
|
|
|
Геостац. орбита |
6; 14 |
(1...3,5) 103 |
|
35 800 км |
4; 11 |
10...40; 200 |
200...600 |
Эллипт. орбита: |
|
|
|
перигей 500, |
|
|
|
апогей 40 000 |
В соответствии с требованиями электромагнитной совместимости (ЭМС) радиоэлектронных средств передатчики РРЛ не должны создавать помех другим
радиосистемам. |
2 |
|
*МККР, МККТ - Международные консультативный комитет радиосвязи, конгресс качества телекоммуникаций |
||
|
Показатели качества тракта передатчика соответствуют данным табл.
Число
телефонных
каналов
12
24
60
120
300
600
960
1260
1800
1920**RU
2700
Полоса частот |
Девиация |
|
частоты на |
||
группового сигнала, кГц |
||
канал, кГц |
||
|
||
12...60 |
35 |
|
12...108 |
35 |
|
(12...252),(60...300) |
50,100,200 |
|
(12...552)* (60...552) |
50,100,200 |
|
60...1364 |
200 |
|
60...2792 |
200 |
|
60...4287 |
200 |
|
60...5680 |
140...200 |
|
300...8248 |
140 |
|
300...8524 |
140 |
|
308...12435 |
140 |
Неравномерность АЧХ передатчика примерно 0,8 дБ. Одно из основных требований – высокая линейность амплитудно- модуляционной характеристики.
Недостаточная линейность приводит к появлению заметных переходных помех между каналами многоканального сигнала, а в вещательном телевидении – между каналами изображения и звукового сопровождения.
СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ ПЕРЕДАТЧИКОВ
Структурная схема современного передатчика радиорелейной, тропосферной и спутниковой связи с УМ определяется основными требованиями:
•высокой несущей частотой;
•частотной модуляцией при малых допустимых искажениях и широкой полосе модулирующих частот;
•необходимостью иметь передатчики с разными значениями несущих частот;
•высокой степенью стабильности средней частоты при ЧМ;
•определенной выходной мощностью и оптимальным КПД;
•высокой надежностью и др.
Необходимость в глубокой модуляции с малыми искажениями заставляет использовать прямой метод получения угловой (частотной) модуляции.
Для обеспечения заданной стабильности частоты < (20...50)10–6 используют систему АПЧ или при работе на высоких частотах f > 2 ГГц применяют интерполяционный метод формирования несущей частоты с модуляцией на поднесущей частоте.
При этом нестабильность частоты f, равная , определяется нестабильностями генераторов 1 и 2: = 2 + 1(fl/f2). Однако чем меньше fl по сравнению с f2, тем труднее
выполнить фильтр для заданной степени подавления (например, на 60 дБ) нерабочих (рис.б).
На практике предпочтение отдается модуляции на унифицированной поднесущей, так как при этом:
•модулятор и тракт поднесущей частоты м. б. унифицированным узлом и использоваться в ряде разных передатчиков;
•не требуется индивидуальная настройка модулятора при разных рабочих частотах;
•исключается петля ОС, имеющаяся в системе АПЧ и являющаяся причиной возможного самовозбуждения.
нч
вч
4
Условием успешной реализации ЧМ на поднесущей частоте является выполнение
условия F ГРMAX <<fПОДН<<fРАБ, где FГРMAX – высшая модулирующая частота группового тракта; fПОДН – унифицированная поднесущая частота; fРАБ – рабочая (средняя) частота.
Только при FГР<<fПОДН может быть получена глубокая и линейная ЧМ. Только при fПОДН<<fРАБ обеспечивается требующаяся стабильность частоты.
В отечественной практике применяются три значения fПОДН: 35, 70, 140 МГц. Частота 35 МГц применяется при рабочих частотах fРАБ < 1 ГГц и небольшом числе
каналов; fПОДН = 70 МГц – при fРАБ>1 ГГц и числе каналов до 1800; в новых системах с числом каналов >1800 и при несущих частотах fРАБ> 5 ГГц применяют fПОДН=140 МГц.
Укрупненная структурная (функциональная) схема (наземного) пepeдатчикa
релейной, тропосферной или спутниковой связи может иметь вид, показанный на рис. Передатчик содержит : nfКВ nfКВ + fПОДН
- КАГ с частотой fКВ и тракт
умножения частоты и усиления мощности, обеспечивающие заданную стабильность частоты передатчика с fвых= nfКВ
-тракт ПЧ с модулируемым по частоте АГ;
-смеситель частоты, осуществляющий формирование
рабочей частоты передатчика |
fРАБ = nfКВ + fПОДН; |
- тракт усиления мощности. |
5 |
Аппаратура РРЛ прямой видимости бывает двух разновидностей: оконечная, узловая и промежуточная.
На оконечных и узловых станциях производятся модуляция при передаче и детектирование при приеме.
Задача промежуточной станции РРЛ – принять колебания с частотой fРАБ 1 от предшествующей станции и передать к последующей на частоте fРАБ 2 при заданной
мощности. Т.е., в аппаратуре промежуточной станции не требуется частотный модулятор. Промежуточная частота приемника является поднесущей частотой передатчика.
Передатчик для тропосферной и наземной спутниковой станций отличается от рассмотренного выше большей мощностью, которая определяется протяженностью участков переприема. На коротких (<300 км) передают до 120 ТЛФ каналов при мощности до единиц кВт, на протяженных участках число каналов уменьшают до 12,
а мощность доводят до 10 кВт.
Линии тропосферной связи, использующие эффект рассеяния ДМВ и СМВ волн на неоднородностях нижней части атмосферы подвержены селективным замираниям. Для снижения влияния замираний применяют разнесение передаваемого канала по пространству и частоте. Например, в системе «Сатурн» используют два радиоканала, в каждом из которых формируют сигнал на трех разнесенных по частоте поднесущих. Сетка из шести эквидистантных частот используется для передачи одного сообщения.
При приеме осуществляется обработка сигнала, которая обеспечивает высокую надежность связи в любых метеоусловиях.
Подвижные средства тропосферной связи применяются в ведомственных системах, в частности у военных. Различают тяжелые (до 10 кВт), средние (до 2,5 кВт) и легкие подвижные станции. Используют диапазоны 0,75…1,0; 2,0…2,5; 4,4…5,0 и 7,1…8,5 ГГц. Применяется частотная модуляция и фазовая манипуляция.
Оконечные УМ станций различного назначения мощностью >1 кВт строят на многорезонаторном клистроне, на ЛБВ или др.
Остальные элементы схемы примерно те же, частоты зависят от конкретного применения передатчика.
Бортовой ретранслятор спутниковой системы связи близок по своей структуре к промежуточной станции РРЛ прямой видимости. В нем также не производится детектирование передаваемых сообщений.
Передатчик ретранслятора решает две задачи: переносит сообщение с частоты приема на частоту передачи и обеспечивает необходимую мощность.
К бортовому передатчику предъявляются повышенные требования в отношении срока службы, надежности, потребляемой мощности, массы и габаритных размеров.
7
Различают два варианта построения спутниковых ретрансляторов: с двойным преобразованием (гетеродинный) и с однократным преобразованием частоты (иногда называемый также линейным и прямого усиления).
Функциональные схемы бортовых ретрансляторов спутниковых систем связи
Гетеродинный ретранслятор (рис. а) сложнее, содержит два преобразователя частоты, но основное усиление в нем производится без особого труда на относительно низкой промежуточной частоте fПЧ =70...120 МГц. Ширина полосы пропускаемых частот обычно меньше 40 МГц.
Ретранслятор с одним преобразованием (рис.б) проще и потому надежнее. Но мощность приходится усиливать на повышенных частотах fПЧ 6 ГГц или
fПЧ 4 ГГц, что связано с дополнительными трудностями. Например, из-за того, что в ретрансляторе требуется большое усиление (до 120 дБ, т. е. до КР = 1012 раз по мощности), возникают трудности с обеспечением устойчивости усиления. Но при высокой частоте полоса пропускания может достигать 80 МГц.
При необходимости передачи широкой полосы частот усилительный тракт передатчика ретранслятора может состоять из нескольких параллельных каскадов (например, на ЛБВ), на каждый из которых через разделительные фильтры подается своя часть передаваемой полосы частот сигнала. Далее отдельные полосы снова объединяются.
Требования к ретранслятору и его передатчику существенно усложняются, если ставится задача одновременной ретрансляции сигналов, принятых от разных наземных передатчиков (многостанционный доступ).
При объединении в одном общем канале нескольких независимых сообщений получается суммарное колебание с меняющейся амплитудой. Для усиления такого суммарного сигнала с меняющейся амплитудой необходимы усилители с линейной амплитудной характеристикой.
9
Высокие требования предъявляются к надежности, поскольку ретранслятор находится в условиях открытого космоса (глубокого вакуума), невесомости, метеоритной опасности, интенсивной солнечной радиации, космического и рентгеновского излучений. Во время запуска на него воздействуют сильные вибрации и большие ускорения. Температура спутника и ретранслятора может резко меняться в широких пределах (например, от -150 до +60°С).
Характерным для бортового передатчика является жесткое ограничение по мощности источников питания, поэтому важен высокий КПД аппаратуры.
Особенностью бортовых передатчиков является поблочное резервирование большинства элементов. Выбор рабочего элемента осуществляется подачей на него питающего напряжения и коммутацией цепей ПЧ и СВЧ с помощью диодных переключателей (ПД) и ферритовых вентилей.
10