6. Тропосферные радиорелейные линии

6.1. Принципы построения тропосферных ррл

Тропосферными радиорелейными линиями ТРЛ называются линии, на которых используется рассеяние и отражение радиоволн от неоднородностей тропосферы. Для ТРЛ обычно используется диапазон частот 0.3-5 ГГц. Принципы построения ТРЛ аналогичны принципам построения РРЛ прямой видимости, но на ТРЛ промежуточные станции располагаются на расстоянии 200-400 км и прямая видимость между ними отсутствует. Из-за значительного ослабления сигнала на участке распространения и наличия глубоких замираний требуется более высокий энергетический потенциал линии, что достигается применением передатчиков мощностью от нескольких сотен ватт до 50 кВт, высоконаправленных антенн с усилением 50-55 дБ и малошумящих радиоприемников. Кроме того, для борьбы с замираниями используется сдвоенный или счетверенный прием.

На ТРЛ используются антенны параболического типа, имеющие недостаточный коэффициент защитного действия при приеме сигналов с противоположной стороны, поэтому обычно применяется четырехчастотный план.

6.2. Основные особенности тропосферного распространения

Слабые объемные и слоистые неоднородности создают рассеяние и отражение электромагнитной энергии в направлениях, отличных от направления распространения волны. Радиоволны рассеиваются в основном на объемных неоднородностях, размеры которых много больше длины волны. Слоистые неоднородности создают отражения, величины которых зависят от скачка диэлектрической проницаемости. При тропосферном рассеянии существенную роль играет отражение радиоволн от всей толщи атмосферы, обусловленное плавной зависимостью диэлектрической проницаемости от высоты.

Рис.6.1. Рассеяние радиоволн турбулентной неоднородностью и их распространение на интервале

При тропосферном распространении отражение и рассеяние радиоволн происходит в некотором объеме, лежащем выше пересечения касательных к поверхности земли, проведенных из точек расположения станций и называемом объемом переизлучения. При использовании остронаправленных антенн объемом переизлучения является объем, образованный пересечением основных лепестков диаграмм направленностей передающей и приемной антенн (рис.6.1).

На линиях тропосферной связи реальный коэффициент усиления антенн с узкой диаграммой направленности получается меньше, чем в случае их применения в свободном пространстве, что объясняется некогерентностью поля рассеяния в пределах раскрыва антенн и уменьшением объема переизлучения радиоволн вследствие уменьшения ширины основного лепестка диаграммы направленности при увеличении усиления антенн.

6.3. Разнесенный прием и способы комбинирования сигналов

Из-за глубоких замираний на интервалах ТРЛ обычный одинарный прием не может обеспечить требуемой надежности связи. Эффективным средством борьбы с замираниями является разнесенный прием. На ТРЛ применяют пространственное, частотное и угловое разнесение.

При пространственном разнесении прием ведется на две антенны, установленные на некотором удалении друг от друга, разнесенные в направлении, перпендикуляром направлению трассы.

Частотное разнесение осуществляется посредством одновременной передачи сигнала на нескольких (обычно двух) частотах .

Угловое разнесение возможно как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях. На рис.6.2 показано угловое разнесение диаграмм направленности антенн в вертикальной плоскости.

Рис.6.2. Угловое разнесение диаграмм направленностей антенн в вертикальной плоскости

Структурные схемы станций РРЛ. На интервалах ТРЛ обычно применяется сдвоенный или счетверенный прием, а в случае очень больших потерь может использоваться и восьмикратный. Сигналы с выходов различных приемников объединяются в специальных устройствах.

а)

б)

Рис.6.3. Структурная схема станций ТРЛ при сдвоенном приеме:

а – с разнесением по частоте и сложением после ЧД; б – с разнесением по частоте и сложением до ЧД

Сдвоенный прием. На рис.6.3,б показана схема сдвоенного приема с разнесением в пространстве и сложением сигналов до частотного детектора. Сообщение с выхода аппаратуры уплотнения подается на частотный модулятор (ЧМ). Через разветвитель (Р) сигнал поступает на входы передатчиков П1 и П2, настроенных на частоту . Один из передатчиков является рабочим, а другой – резервным. С выхода передатчика сигнал через поляризационный селектор (ПС) поступает на вход антенны. Принятые антеннами и сигналы через ПС подаются на входы двух рабочих приемников Пр1 и Пр2, а затем – в устройство комбинирования УК. В частотном детекторе ЧД происходит выделение передаваемого сообщения. Передача в обратном направлении происходит аналогично.

На рис.6.3, а показана структурная схема сдвоенного приема с разнесением по частоте и сложением после ЧД. Применение частотного разноса более экономично, т.к. при этом требуется вдвое меньше антенн. Но из-за отсутствия дополнительных частот он не всегда возможен. При передаче слева направо сигнал с выхода ЧМ подается на ходы П1 и П2. Колебания с частотами и через разделительный фильтр РФ1 и ПС поступают в антенну. На приемном конце сигналы с частотами и через ПС и РФ2 поступают на входы ПР1 и ПР2. Выделенные в ЧД1 и ЧД2 сообщения комбинируются в УК и подаются в аппаратуру уплотнения. Передача в обратном направлении осуществляется на частотах и .

Рис.6.4. Структурная схема станции ТРЛ при счетверенном приеме

Счетверенный прием. На рис.6.4 приведена структурная схема счетверенного приема с одновременным использованием пространственного и частотного разнесения. Передача в прямом направлении производится на частотах и , а в обратном – и . На приемном конце сначала осуществляется попарное сложение сигналов с частотами и (или и при передаче в обратном направлении) в устройствах комбинирования УК1 и УК2. Выходные напряжения и складываются в УК3 и поступают в аппаратуру уплотнения. Счетверенный прием дает более высокую надежность, чем сдвоенный.