Учебники / РПрУ Палшков (1) (1)

м

Разделив выражение (14.17) на (14.18) и учтя, что К. =К; опт и К2= К? опт, Получим

каждого из трактов должен изменяться согласно формуле

К; =а (Ин/И? ).

Таким образом, коэффициент усиления каждого из трактов прямо пропорционален уровню сигнала, действующего в этом тракте, и обратно пропорционален квадрату напряжения шума. В связи с тем, что коэффициент передачи должен быть прямо пропорционален напряжению сигнала, оптимальную систему сложения иногда называют пропорциональной.

Найдем составляющую выходного напряжения, вносимую данным каналом в процессе оптимальной регулировки:

0. авых — К; опт 0. :1=а4 (Чо).

Отсюда следует, что вклад в выходное напряжение любого из трактов прямо пропорционален квадрату отношения сигнал-шум, существующему в этом тракте, поэтому систему называют также квадратичной. Определим отношение сигнал-шум на выходе оптимальной системы сложения. Подставляя соотношение (14.17) в формулу (14.16) и возводя обе части равенства в степень 0,5, получаем

(Оо шоушах == ва [(6./6) | (66)МУ (6/6, 1,

где = Оси Ош; 5 = Ос2/ Ош».

Допустим, что в одном из каналов, например в первом, наблю- дается наибольшее отношение сигнал-шум 6, №65, тогда

(Исто) тах = 51.

Оптимальная система обеспечивает отношение сигнал-шум, со-

ответствующее лучшему каналу.

. Предположим, что в трактах наблюдаются одинаковые отноше- ния сигнал-шум, т. е, 6. =6›=6, тогда

сигнал-шум в каждом трактев У? раз!. Система автовыбора в

1 При числе трактов сложения, равном п, отношение сигнал-шум увеличивается в ИУй раз.

351

этих условиях хуже, так как дает отношение сигнал-шум такое же,

как в любом из трактов. Оптимальная система сложения широко используется на магистральных линиях связи в диапазоне УКВ.

Результаты, близкие к оптимальным, можно получить, если применить простое сложение сигналов и сложение напряжений АРУ, так как уровни напряжения шума на входе трактов, определяемые собственными шумами трактов, остаются постоянными.

В приемниках КВ диапазона, где уровень помех на выходе определяется в основном помехами внешнего происхождения, напряжения помех на входах приемников различные и изменяются во времени. Это существенно усложняет построение оптимальной сис-

темы сложения. В диапазоне КВ применяют систему сложения, обеспечивающую автовыбор большего сигнала при объединенной

14.4.Общая характеристика приемников радиорелейных линий связи

Радиорелейные линии связи предназначены для передачи большого числа телефонных сообщений, а также для передачи телевизионных сообщений с качественными характеристиками, удовлетворяющими требованиям международного обмена сообщениями. Большинство радиорелейных линий работает по системе частотно-

го разделения каналов с частотной модуляцией.

Ширина спектра многоканального телефонного или телевизионного первичного сигнала составляет 6—10 МГц при индексе модуляции фм=2,5--3; ширина спектра высокочастотного сигнала 20—25 МГн. Расстояние между соседними станциями в среднем равно 50 км, вследствие чего затухание сигналов на трассе достигает 70—80 дБ. Это затухание должно быть скомпенсировано усилением сигнала на промежуточных станциях. С целью лучшего использования ограниченных энергетических ресурсов промежуточных станций радиоприемники должны иметь малый уровень шума. К радиорелейным станциям предъявляются высокие требования по таким показателям, как надежность и стабильность характеристик, из-за большого числа станций на трассе. Так, на линии связи длиной 2500 км работает около 50 станций. Если задать общую неравномерность характеристик или нестабильность около 3 дБ, то этот показатель каждой станции в отдельности выразится цифрой 0,06 дБ. Получение таких показателей затруднительно и

требует применения особых мер стабилизации.

Оборудование радиорелейных станций и состав тракта зависят от их назначения. На главных и оконечных станциях осуществляется модуляция, детектирование и усиление сигнала, на промежуточных станциях— только усиление и преобразование частоты принятых колебаний. Преобразование частоты необходимо для обеспечения одновременной работы передающего и приемного трактов без перегрузки последнего сильным сигналом своего передатчика.

352

Структурная схема приемника оконечной станции изображена на рис. 14.18. Приемник оконечной станции супергетеродинного

типа.

Во входных цепях и УРЧ находят применение избирательные цепи на основе полосковых конструкций и резонансных фильтров, построенных на железоиттриевогранатовых сферах (ЖИГ-резона- торах), отличающихся высокой добротностью.

щих в диапазоне частот до | ГГц, и 70 МГц для линий, работаю-

щих на частотах свыше 1 ГГц. В качестве избирательных цепей на промежуточной частоте применяют кварцевые фильтры на поверх- ностно-акустических волнах (ПАВ).

Ширина полосы в зависимости от пропускной способности достигает 30—40 МГц при неравномерности усиления внутри полосы,

не превышающей 0,1—0,2 дБ.

Высокие требования к линейности фазовой характеристики

Ат=2--5 нс реализуются при применении фазокорректирующих контуров. В последних каскадах УПЧ используют эффективные диодные ограничители, обеспечивающие реализацию преимуществ

Далее сигнал подается к частотному детектору (ЧД). Детектор отличается высокой линейностью детекторной характеристики. Наибольшее распространение в приемниках РРЛ получили частотные детекторы с двумя взаимно расстроенными контурами. Эти детекторы, как известно (см. $ 7.4), просты в регулировке и по-

зволяют получить необходимую линейность детекторной характеристики. Напряжение с выхода ЧД поступает на видеоусилитель

(ВУ) и далее подается к оконечному оборудованию. Оконечное оборудование содержит аппаратуру разделения каналов при пере-

даче многоканальных телефонных сообщений либо аппаратуру преобразования телевизионного сигнала для передачи на теле-

центр или телевизионный ретранслятор.

Промежуточные станции РРЛ строятся обычно таким образом, что первичные сигналы не выделяются. Однако если есть необхо-

димость, то промежуточная станция строится так, чтобы можно было выделить все или часть телефонных каналов. В этом слу-

чае промежуточная станция называется узловой. Приемник этой станции строится однотипно с приемником оконечной станции соГласно структурной схеме рис. 14.18,

353

Промежуточные станции без выделения первичных низкочастотных или видеосигналов позволяют получить меньший уровень

нелинейных искажений. Эти станции могут быть выполнены по схеме с однократным или двукратным преобразованием частоты

принятого СВЧ колебания. В станциях с однократным преобразованием частоты принятое СВЧ колебание преобразуется также в

СВЧ колебание, но с-несущей частотой, отличающейся на необхо- димую величину сдвига. Международный стандарт рекомендует в качестве сдвига частоты 213 МГц. Структурная схема такой станции, условно называемой станцией прямого усиления, изображена на рис. 14.19. Здесь слабые сигналы, принятые антенной от предыдущей станции, поступают через входную цепь к усилителю СВЧ (СВЧУ). Далее следует преобразователь частоты (ПЧ), смещающий смесителем (См) спектр входного сигнала на частоту гетеродина сдвига дв. Колебания с выхода преобразователя частоты ПЧ подаются к усилителю мощности УМ, связанному с передаю-

щей антенной. .

Условно к передающему тракту можно отнести: усилитель мощ-

ности, цепи связи с передающей антенной и передающую антенну, К приемному тракту относятся: приемная антенна, входная цепь,

усилитель СВЧ и ПЧ.

Недостатком рассмотренного построения станции является трудность выделения служебных или части информационных каналов из-за высокой частоты используемых колебаний.

Такое построение станций возможно на участках трассы, где необходимость выделения первичных сигналов в будущем не предвидится.

На рис. 14.20 изображена структурная схема промежуточной станции с двукратным преобразованием частоты.

Здесь в первом преобразователе частоты (ПЧ!) приемника

осуществляется первое преобразование СВЧ сигнала в низкую промежуточную частоту р, на которой осуществляется основное усиление сигнала. После формирования постоянного, достаточно большого уровня напряжения сигнал поступает к передающей части станции, содержащей усилитель мощности на промежуточной частоте (УМ ПЧ), второй преобразователь частоты (ПЧ?) станции, усилитель мощности на сверхвысокой частоте (УМ СВЧ) и

цепи связи с передающей антенной.

Задающий генератор (3Г), входящий в комплект станции, используется как при первом, так и при втором преобразовании час-

тоты. В ПЧ, использована разность частоты сигнала и частоты задающего генератора, смещенной на частоту генератора сдвига. Нреобразованная частота после первого преобразователя

Здесь положительному приращению частоты задающего генератора Аг будет соответствовать такое же приращение преобразованной частоты с обратным знаком Ар=Ар— г. Очевидно, что для уменьшения искажений необходимо, чтобы преобразованные

354

частоты сигнала находились при этом в полосе пропускания УНЧ

смалой нелинейностью фазовой характеристики.

ВПЧ», осуществляющем преобразование спектра в область СВЧ диапазона, используется тот же задающий генёратор. В этом

преобразователе преобразованная частота определяется не разностью, как в первом преобразователе, а суммой частот

Подставляя в правую часть соотношения (1422) значение }а из (14.21), легко убедиться, что частота выходного колебания пере-

Преимущество построения промежуточной станции по структурной схеме рис. 14—.простота20 выделения любого из каналов тракта. Достаточно в УИЧ приемника параллельно подключить частотный детектор и, пользуясь аппаратурой разделения каналов, выделить первичные сигналы желательного канала.

Нриемники тропосферных радиорелейных линий (ТРЛ) связи строятся по таким же структурным схемам, что и приемники РРЛ прямой видимости, но с добавлением системы сложения сигналов.

налов.

Особенностью приемников ТРЛ является применение на входе малошумящих усилителей СВЧ диапазона. Снижение коэффициента шума приемника дает увеличение дальности связи и надежности приема сигналов.

14.5. Общая характеристика и особенности приемников радиовещательной спутниковой службы

Достижения Советского Союза в области освоения космизе 50го пространства открыли новые возможности для обслуживания районов, отдаленных от Москвы, центральными радиовещательными и телевизионными программами высокого класса качества. Первая отечественная система «Орбита», созданная в 1967 г., ус-

пешно эксплуатируется уже свыше 13 лет. Наземная приемная станция системы «Орбита-2» содержит поворотную параболиче-

скую антенну, автоматически следящую за спутником, два комп-

356

лекта радиоприемников и оконечное оборудование. Один из радиоприемников используется в работе, другой находится в режиме горячего резерва. Станция работает в отведенном для спутни-

ковой связи диапазоне частот 3,4—3,9 ГГн. На линии связи ис- пользована частотная модуляция с максимальным частотным отклонением +15 МГц. Структурная схема наземного приемного устройства не отличается от структурной схемы приемного устройства оконечной станции РРЛ (см. рис. 14.18). Отличительные особенности относятся к реализации СВЧ тракта.

В связи с тем, ч1о шумовая температура антенны, направленной в космос на ИСЗ, невелика и мощность радиопередатчика на ИСЗ ограничена энергетическим ресурсом источников питания, экономически более целесообразно уменьшение коэффициента шу-

ма приемника. Малошумящий усилитель СВЧ представляет собой четырехкаскадный регенеративный параметрический усилитель.

Первые два каскада охлаждаются жидким азотом до температуры 77 К (в сосудах Дьюара); вторые два каскада помещены в термостат с целью обеспечить необходимое малое влияние изменения внешней температуры. Генератор накачки также питается от высокостабилизированных источников. Коэффициент усиления усилителя около 40 дБ, шумовая температура входа около 70 К. Усиленный сигнал подается на диодный резистивный преобразователь

при полосе пропускания примерно 40 МГц. Далее следует частотный детектор с высокой линейностью детекторной характеристики и видеоусилитель. С выхода видеоусилителя сигналы подаются к оконечным устройствам. Эти устройства выделяют полный телевизионный сигнал и сигнал звукового сопровождения.

Оконечные устройства позволяют, кроме того, выделить сигналы радиовещания или фототелеграфии, передаваемые на поднесущей частоте, путем частотного разделения канала связи. Станция оснащена аппаратурой контроля характеристик оборудования, ко-

торая обеспечивает своевременное ручное или автоматическое переключение на резервный комплект (горячий резерв).

С 1976 г. в нашей стране действует новая система спутниковой связи— система «Экран» в полосе частот 702—726 МГи [44].

Эта система использует геостационарный спутник Земли, находящийся над экватором. Преимущество системы — возможность приема сигналов на простые радиоприемные устройства, не отличаю-

щиеся малым коэффициентом шума. Практически возможен при- ем сигналов индивидуальными приемными устройствами в указанном диапазоне. Следует, однако, заметить, что согласно «Регламенту радиосвязи» указанная полоса частот предназначена

для наземного телевидения и поэтому ее использование для телевизионного вещания с помощью ИСЗ создает помехи приему сиг-

налов наземных станций.

357

Всемирная административная радиоконференция по планиро-

ванию радиовещательной спутниковой службы в полосе частот 11,7—12,5 ГГц приняла План частотных присвоений и орбиталь-

ных позиций ИСЗ для радиовещательной службы при индивидуальном и коллективном приеме [45]. Эта же конференция определила технические характеристики радиовещательной спутниковой службы, дающие возможность совместной работы наземных и спутниковых систем. Определены характеристики двух классов радиовещательных устройств.

Структурная схема типового радиоприемного устройства системы радиовещательной службы изображена на рис. 14.21. Радио-

с шириной диаграммы направленности на уровне половинной мощности 1° (диаметр 1,5 м) для приемников [ класса и 2° (диаметр

90 см) для приемников ИП класса. Далее следует входная цепь, ма- лошумящий широкополосный усилитель (СВЧУ), преобразователь частоты (ПЧ), селектор каналов с преобразователем модуляции и

телевизионный приемник.

Использование диапазона 11,7—12,5 ГГи требует освоения техники сантиметрового диапазона для широкого применения, что

международного обмена радиовещательными телевизионными программами,

14.6. Приемники дальней космической связи

Освоение космического пространства и других планет и тел Вселенной требует предварительного получения информации о физических процессах, происходящих в космосе. Планомерное освоение космоса основано на исследовании физических параметров среды в различных точках Вселенной. Эта задача решается с помощью автоматических станций, направляемых в космос и передающих необходимую информацию на наземные станции дальней

космической связи (ДКС).

Приемные устройства ДКС работают, как правило, при относительно малом уровне внешних радиопомех. Это определяет целесообразность снижения шумовой температуры входа радиоприемника, снижения потерь в антенно-фидерном тракте. Станции дальней космической связи представляют собой уникальные со-

358

оружения, поэтому в них используют наиболее эффективные уст-

ройства и приборы для решения задачи помехоустойчивого приема сигналов. В качестве первых элементов приемника применяют

цепи с малыми потерями и квантово-механические усилители с глубоким охлаждением, вплоть до температуры жидкого гелия. Обычно первые каскады приемника устанавливают непосредственно у антенны, сокращая длину фидерных линий до предела. Да-

лее следует супергетеродинный тракт усиления и обработки сигнала с элементами, специфическими для принятого способа коди-

рования и вида модуляции сигналов. С увеличением дальности связи при ограниченной мощности передатчика на космическом корабле необходимо увеличивать длительность элемента сигнала и соответственно увеличивать время его обработки в месте приема. Нагример, автоматическая станция «Маринер» имела скорость передачи 8,3 бит/с. Один телевизионный кадр передавался 8 ч.

Приемные комплексы оснащают устройствами цифровой обработки сигнала с применением быстродействующих вычислительных машин, осуществляющих оптимальную фильтрацию сигнала, оценку его информационных параметров и декодирование сообщения.

Общая структурная схема приемника дальней космической связи мало отличается от структурной схемы наземного приемника спутниковой системы связи. Основное отличие состоит в струк-

туре комплекса оконечных устройств, выполненных на основе пифровой техники.

Диапазон частот, выделенный для дальней космической связи, имеет три участка: =2,3 ГГц с полосой 10 МГн, р=8,5 и 15,25 ГГц с нолосами 100 МГц.

углах возвышения антенны [10]. Оптимальные значения частот связи от 2—3 до 10 ГГц. Также целесообразно уменьшение шумовой температуры входа приемника ниже 3 К с тем, чтобы получить предельную чувствительность приемного устройства.

Опубликованные данные [46] свидетельствуют о возможности реализации скорости передачи информации 10 кбит/с из района Марса, 500 бит/с из района Юпитера и 8 бит/с из района Плутона.

359

Улучшение показателей системы ДКС, определяющих увеличе- ние скорости передачи информации и возможность телевизионного

наблюдения дальних объектов галактики, требует увеличения направленности наземных антенн, уменьшения шумовой температуры входа приемника до единиц кельвинов и применения помехоустоичивого кодирования сообщений.

15. Радиовещательные приемники

®

15.1. Общая характеристика радиовещательных приемников

Еще на заре развития радиотехники В. И. Ленин гениально предсказал значение радиовещания и поставил задачу использования радиотехнических устройств для массовой повседневной информации, для просвещения и воспитания миллионов трудящихся.

В настоящее время в нашей стране ежегодно выпускается 7— 8 млн. радиоприемников широкой номенклатуры— от миниатюрных и малых карманных радиоприемников до сложных автоматизированных стереорадиол, магнитол и телевизионных радиоприемников с дистанционным сенсорным управлением. Общее число ра-

диоприемников у населения в настоящее время превысило 160 млн,

из них около 80 млн. телевизионных.

Радиовещательные приемники служат для приема речевых и музыкальных монофонических и стереофонических программ. Выпускают приемники в виде разнообразных стационарных и переносных моделей, характеристики которых регламентированы ГОСТ 5651—76”). (Цифровой индекс в названии приемника служит для обозначения принадлежности к классу и номера разработки; 0 — означает высший класс, [ — первый класс и т. д., остальные две цифры — означают номер разработки.)

Согласно этому стандарту приемники разделены на пять классов: высший, первый, второй, третий и четвертый. Каждый из указанных классов имеет электрические характеристики, позволяющие реализовать радиоприемники, отличающиеся по стоимости и потребительским качествам. В приемниках высших классов предусмотрено больше поддиапазонов, в том числе и поддиапазон УКВ. В настоящее время поддиапазон УКВ обязателен для всех классов приемников, за исключением приемников ГУ класса.

В разработках приемников используются технические решения, позволяющие улучшить качество звучания программ, а также повысить удобство пользования приемником. Вместе с этим приемники должны быть дешевыми, поскольку их выпускают массовыми сериями (согнями тысяч и миллионами экземпляров).

Основные тенденции в разработках моделей радиовещательных приемников следующие: 1) автоматизация выбора оптимального режима приемника с учетом реальных условий приема (автомати-

*С 101 84 вводится новый ГОСТ [3].

360