Лекция 22 Тропосферные линии связи

Тропосферные линии (ТЛ) являются разновидностью РРЛ. На ТЛ используются явления рассеяния и отражения УКВ от неоднородностей нижних слоев атмосферы — тропосферы, которая рас­полагается на расстоянии нескольких сотен метров до 10—18 км от поверхности Земли. Для ТЛ обычно используется УКВ диапа­зон частот от 0,3 до 5 ГГц [15, 20].

Рис. 7.6 иллюстрирует принцип построения ТЛ. Сигнал, посту­пающий от передатчика, претерпевает значительное ослабление из-за рассеяния в слоях тропосферы. Поэтому антенное оборудо­вание должно иметь большой коэффициент усиления и быть на­правленным в сторону корреспондентов практически по линии горизонта. Кроме того, в отличие от РРЛ прямой видимости, для ТЛ необходим более высокий энергетический потенциал, для чего применяются передатчики мощностью от нескольких сотен ватт до 50 кВт.

Как показано на рис. 7.6, диаграммы направленности антенн пересекаются в тропосфере на высоте h. Объем тропосферы Q, который образуется пересечением телесных углов диаграмм направленности антенн переда­ющей и приемной тропосфер­ных станций (ТС), называется рассеивающим или переизлуча­ющим объемом.

Энергия передатчика рас­пространяется в основном вну­три телесного угла антенны в пределах прямой видимости и за линией горизонта почти полностью теряется в косми­ческом пространстве. Однако благодаря рассеянию энергии УКВ в разные стороны в объеме Q часть энергии достигает антенны принимающей станции. Протяженность интервала R_и (км) при тропосферной связи зависит от высоты расположения центра рассеивающего объема (км) и от радиуса Земли (R₀ = 6370 км)

Подставляя значения расстояния от центра рассеивающего объема h с учетом высоты слоев тропосферы (от нескольких сот метров до 18 км), получим протяженность интервала при тропо­сферной связи 100—850 км.

Замирания сигнала и борьба с ними. УКВ при рассеянии в тропосфере подвержены медленным и быстрым замираниям, что является особенностью их распространения при тропосферной связи.

Для борьбы с медленными замираниями, длительность которых достигает 5—10 мин, в ТЛ вводят необходимый запас мощности передатчика, позволяющий перекрыть самые глубокие (по ампли­туде и длительности) замирания сигнала с учетом допустимого уровня шумов в каналах.

К быстрым замираниям сигнала относят кратковременные из­менения уровня сигнала с периодом от долей секунды до несколь­ких секунд. Механизм возникновения быстрых замираний заклю­чается в интерференции УКВ, переизлученными различными неоднородностями тропосферы.

Нейтрализация быстрых замираний достигается применением многократного приема: сдвоенного приема с разносом по частоте, сдвоенного приема с разносом в пространстве, счетверенного при­ема с разносом по частоте и в пространстве, а также углового разнесения.

При сдвоенном приеме с разносом по частоте (рис. 7.7, а) передача сигнала осуществляется на двух несущих частотах, раз­несенных по частоте на 2—4 МГц. Величину разноса выбирают так, чтобы отсутствовала корреляционная связь между быстрыми замираниями на входах приемников, принимающих сигналы на разных несущих частотах.

Сдвоенный прием с разносом в пространстве (рис. 7.7, б) осу­ществляется посредством приема на две антенны, разнесенные в пространстве на расстояние (70-100). Разнесение обычно производят в горизонтальном направлении, перпендикулярном трассе При пространственном разносе достигается статистическая независимость принимаемых сигналов.

Счетверенный прием с разносом по частоте и в пространстве (рис. 7.7, в) применяется в том случае, когда сдвоенный прием не дает ощутимых результатов. Счетверенный прием основывается на сдвоенных приемах с разносом по частоте и с разносом в про­странстве.

Угловое разнесение осуществляется путем использования ан­тенны с несколькими облучателями, смещенных относительно фо­куса отражателя приемной антенны. При этом создается несколько диаграмм направленности, разнесенных в пространстве. При зна­чительных углах разноса быстрые замирания в приемниках будут некоррелированы. Используется разнесение как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях. Данный метод борьбы с быст­рыми замираниями реализуется гораздо проще по сравнению с описанными выше.

Кроме перечисленных методов, для борьбы с быстрыми зами­раниями применяют и такие методы, как увосьмиренный прием и многократный прием с разносом во времени (сигнал повторяют через определенные интервалы времени, перекрывающие длитель­ность быстрых замираний).

Структурная схема ТЛ. Принципы построения ТЛ и методы ретрансляции аналогичны РРЛ прямой видимости. Количество тропосферных ретрансляционных станций определяется протяжен­ностью ТЛ, которая может достигать 10—12 тыс. км с протяжен­ностью интервалов переприема 150—850 км.

На рис. 7.8 показана упрощенная структурная схема одноин-тервальной многоканальной телефонной линии тропосферной связи при счетверенном приеме с разносом по частоте и в пространстве.

В комплект оконечной тропосферной станции (ТС) входят: два приемно-передающих устройства для сдвоенного приема с разно­сом по частоте с разделительными фильтрами, две антенны, раз­несенные в пространстве, устройство сложения сигналов, фидеры для подвода энергии к антеннам. Аппаратура уплотнения (АУ), показанная на схеме, не входит в состав оконечного оборудования ТС, однако часто устанавливается в помещениях ТС или недалеко от них.

Промежуточные пункты ТЛ оборудуются двумя комплектами приемно-передающей аппаратуры для усиления сигналов различ­ных направлений. При необходимости выделения части каналов, на промежуточных пунктах может устанавливаться аппаратура выделения каналов связи. Промежуточные пункты ТЛ всегда обслуживаемые, поскольку в них велик объем оборудования, а потребляемая мощность значительна.

Аппаратура уплотнения. В настоящее время количество теле­фонных каналов в тропосферных системах связи достигает 265. При построении систем ТЛ обычно используется частотное разде­ление каналов. Телефонные каналы могут уплотняться телеграф­ными и факсимильными связями.

Антенные устройства. ТС оборудуется осесимметричными или осенесимметричными параболическими антеннами, которые не тре­буют высоких искусственных опор. Антенны первого типа имеют параболическое зеркало размером от 20x20 до 30X30 м. Усиление антенн достигает 40—60 дБ.

В качестве фидерных линий в ТС используются коаксиальный кабель (на частотах до 2 ГГц) и волноводы прямоугольного сече­ния (на частотах свыше 2 ГГц).

В отличие от РРЛ прямой видимости в ТЛ используются пере­датчики большой мощности. Это обусловливает возникновение вблизи антенны электромагнитного поля большой напряженности, что создает опасность облучения для окружающих и обслужива­ющего персонала. Поэтому тропосферные станции, как правило, располагаются на расстоянии 5—10 км от населенных пунктов.

Подвижные станции тропосферной связи. Наряду с использо­ванием стационарных ТЛ широко применяются и подвижные ТЛ, которые отличаются значительно меньшим объемом станционного и антенного оборудования. Так, антенны мобильных ТС параболи­ческого типа имеют диаметр 2,5—5 м, рупорные — 30 см. Мощ­ность передатчиков таких ТС обычно достигает 1 кВт, количество телефонных каналов — 1—24, дальность связи — до 320 км.