5.1.4 Бртр с демодуляцией (обработкой) сигнала на борту
Сигнал принятый на частоте fПР. преобразуется в сигнал ПЧ fПЧ, усиливается в УПЧ, демодулируется в демодуляторе Дем. Демодулированный НЧ сигнал поступает на модулятор Мод через устройство изменения структуры сигнала и через выходной усилитель мощности УМ в антенну.
Схема повышает эффективность передачи сигналов и систем связи, использующих бортовую ретрансляционную аппаратуру.
При МДЧР (при ретрансляции сигналов на множестве отдельных несущих) выходной усилитель работает со снижением мощности относительно мощности насыщения на 3…6 дБ.
Это позволяет уменьшить продукты интермодуляционных искажений до приемлемого уровня -17…-20дБ и обеспечить ретрансляцию сигналов с заданным качеством. Снижение мощности электропотребления в мощном усилителе не пропорционально уменьшению выходной мощности и составляет всего 15.. .20 %, что приводит к нерациональному использованию ресурса бортового источника электропитания.
Рисунок 5.6 БРТР с демодуляцией (обработкой) сигнала на борту
При МДВР мощный каскад ствола БΡΊ'Ρ работает практически в режиме максимальной мощности. Поэтому целесообразно для эффективного использования ресурсов ИС3 на линии Космос – Земля применить режим МДВР.
Достоинства БРТР с демодуляцией (обработкой) на борту, обеспечивающий работу на линии Земля – Космос в режиме МДЧР и на линии Космос – Земля в режиме МДВР:
- сохраняются преимущества МДЧР использование ЗС с малой мощностью передатчиков, что характерно при передаче одного или нескольких телефонных каналов на одной несущей;
- повышается помехоустойчивость линии Земля – Космос за счет регенерации сигнала на борту;
- оптимально расходуется энергия бортового источника питания за счет работы передатчика в режиме максимальной мощности;
- растет помехоустойчивость на линии Космос – Земля из-за излучения БРТК радиосигналов с максимально возможной мощностью.
Недостатки таких БРТР:
- существенное усложнение аппаратуры стволов;
- ограничения на типы используемых сигналов конкретным видом модуляции, реализованным в БРТР.
Поэтому потенциальные преимущества БРТР с регенерацией необходимо сопоставлять с ограничениями, налагаемыми на параметры модуляции сигнала.
5.2 Бортовые радиопередающие и радиоприемные устройства и их параметры
5.2.1 Бортовые радиопередающие устройства
Выходная мощность передатчика – главный параметр БРТР, определяющий возможности и качественные характеристики системы связи.
Максимальная мощность передатчика ограничена несколькими факторами:
- максимальной мощностью первичных источников питания ИСЗ;
- возможностью отвода рассеиваемого тепла за пределы спутника;
- снижение долговечности и надежности электронных приборов при повышении их мощности;
- заданными габаритными размерами и массой самого спутника;
- регламентированной плотностью потока мощности, создаваемой излучением спутника на поверхности Земли, которая не должна превышать – 152 дБВт/м2 в полосе 4 кГц.
Передатчики большинства Бртр гетеродинного типа строят по традиционной схеме, состоящей из мощного преобразователя частоты и мощного усилителя с необходимым набором фильтрующих и согласующих элементов.
Рисунок 5.7 Структурная схема передатчика БРТР
Чаще всего передатчики усиливают сигналы в полосе одного ствола, но иногда используются и для одновременного усиления сигналов нескольких стволов.
Главным элементом передатчика является мощный выходной усилитель (в стволах с прямым переносом под передатчиком понимают мощный усилитель), так как именно на него падает значительная часть потребляемой энергии всего БРТР, массы и объема. В качестве собственно усилительного элемента в зависимости от назначения, требуемой мощности, диапазона частот, массы, габаритных размеров, КПД, срока службы и т.п. используются различные СВЧ приборы: ЛБВ, клистроны, твердотельные приборы (транзисторы, туннельные, лавинно-пролетные диоды).
ЛБВ составляют наиболее многочисленный и быстроразвивающийся класс электровакуумных приборов СВЧ для бортовой техники. Достоинства ЛБВ: высокий коэффициент усиления, широкополосность, возможность работы в импульсном и непрерывном режимах в широком интервале выходных мощностей.
Применяемые в БРТР ЛБВ отличаются высоким КПД, компактностью, малой массой, высокой долговечностью (до 150000 час) и надежностью. Эти приборы работают при напряжениях менее 6500В, их конструкция обладает достаточной жесткостью и способна выдерживать сильные вибрации и ударные нагрузки.
Для бортовой аппаратуры ЛБВ изготавливают на отдельные специально выделенные полосы частот в диапазоне 1,8...12,7 ГГц. В связных ИСЗ уровень выходной мощности ЛБВ в непрерывном режиме составляет 30...75Вт, а в вещательных – 50...150Вт.
В оконечных усилителях БРТК используются и клистроны. В системе СТВ «Экран», работающей в диапазоне 702...726МГц использован прямопролетный клистрон с выходной мощностью 200...300Вт с полосой пропускания около 24 МГц по уровню 2 дБ. Недостаток клистронов – узкополосность, достоинства: простота конструкции, меньшее число номиналов питающих напряжений, высокий КПД.
Твердотельные приборы в качестве выходных усилителей мощности БРТР стали использоваться только в последнее время в связи с успехами полупроводниковой электроники, позволяющими значительно повысить мощность СВЧ передатчиков.
Преимущества твердотельных передатчиков БРТР по сравнению с электровакуумными:
- существенно большая долговечность;
- низкие значения питающих напряжений;
- применение полупроводниковых приборов позволяет воспользоваться методами микроэлектроники при изготовлении различных узлов и блоков, входящих в передатчики БРТР, это вызывает уменьшение массы и габаритных размеров;
- мощные полупроводниковые приборы обладают практически мгновенной готовностью к работе по сравнению с электровакуумными, у которых цепь накала требует предварительного прогрева.
Недостатки таких передатчиков:
- полупроводниковые приборы чувствительны к отклонениям (даже кратковременным) от допустимого эксплуатационного режима работы, что может привести к пробою р-n перехода и полному отказу прибора, поэтому в передатчике приходится принимать специальные меры для защиты от случайно возникающих неблагоприятных факторов;
- мощность полупроводниковых приборов ограничена, причем для большинства из них с повышением частоты она уменьшается по закону f2 .
для существенного увеличения выходной мощности передатчика используют специальные схемы сложения (суммирования) мощностей большого числа однотипных усилителей, обеспечивающих попарное сложение мощностей.
Необходимо выполнение требования по фазированию складываемых сигналов. Практически с помощью многополюсных сумматоров осуществляется сложение мощностей 50...100 полупроводниковых приборов, обычно сначала объединяют в модуль четыре транзистора, а затем складываются мощности 8...16 таких модулей в зависимости от требуемой выходной мощности усилителя.
В реальных условиях при суммировании мощностей сигналов неизбежны потери, связанные с разбросом параметров отдельных усилителей.