Прийомо-передавальний пристрій радіорелейної лінії звязку з чрк та частотною модуляцією.
В приймально-передавальній апаратурі багатоканальних радіорелейних ліній з частотним ущільненням та ліній, призначених для передачі телевізійних сигналів, застосовується як правило, частотна модуляція несучих коливань.
Найбільш важливі вимоги, які предявлені до апаратури цих ліній, заключаються в забезпеченні високої лінійності групового тракту (особливо при великому числі каналів) і порівняно високої стабільності частоти несучих коливань (особливо для ліній, які мають декілька високочастотних стволів). Для виконання цих вимог побудова приймально-передавальної апаратури проміжних станцій повинна відрізнятися від побудови апаратури кінцевих станцій. Ця різниця відповідає також деякій відміні перечислених вище функцій апаратури кінцевих та проміжних станцій.
До складу приймально-передавальної апаратури кінцевої станції входить передавач та приймач, блок-схеми яких ми розглянемо окремо.
Блок-схеми передавача кінцевої станції можна розділити на дві основні групи:
Схеми з безпосередньою модуляцією частоти несучих коливань та
Схеми з модуляцією коливань проміжної частоти з подальшим перетворенням їх в коливання надвисокої частоти.
В схемі з безпосередньою модуляцією частоти несучих коливань (мал. 1) генератор частотно-модульованих коливань (ЧМГ) представляє собою генератор на відображувальному клістроні, який функціонує на номінальній частоті передавача. Модуляція здійснюється зміною напруги на відображувачі клістрона ЧМГ. Модульована напруга від джерела телевізійного сигналу або від апаратури ущільнення (в залежності від виду роботи) через відеопідсилювач (ВП) або груповий підсилювач (ГП), відповідно подається на відображувач клістрона ЧМГ.
Для отримання необхідної потужності, а також для усунення впливу на роботу ЧМГ довгих антенних фідерів призначений підсилювач коливань надвисокої частоти (ПСВЧ). Стабілізація середньої частоти передавача проводиться за допомогою системи автопідстроювання частоти АПЧ.
Така схема застосовується тільки в передавачах дециметрового та сантиметрового діапазонів хвиль, так як відображувальних клістронів для метрових хвиль не існує, і, головним чином, для телевізійних або малоканальних ліній через труднощі забезпечення високої лінійності модуляції.
Інші способи модуляції частоти на надвисоких частотах поки практично нездійсненні, тому описана схема є єдиною в згаданій вище першій групі.
Схеми з модуляцією коливань проміжної частоти з подальшим перет-
воренням їх в коливання надвисокої частоти зображені на мал. 2 (б, в, г).
У першій схемі (мал. 2б) задаючий генератор ЧМГ працює на порівняно низькій частоті (кілька десятків Мгц) і модулюється по частоті звичайними методами, наприклад за допомогою реактивної лампи. Номінальна частота передавача отримується шляхом множення частоти в помножувачі ПМН. Так як множення частоти викликає втрати потужності, то після помножувача включено підсилювач ПСВЧ, який забезпечує необхідну потужність на виході передавача. Модульована напруга подається на ЧМГ, як і в схемі мал. 1, через відео- або груповий підсилювач.
Ця схема застосовується в передавачах метрових хвиль. Її недоліком є труднощі переходу на іншу робочу частоту, оскільки для цього потрібно перестроювати всі елементи передавача від генератора до підсилювача.
Від цього недоліку значною мірою вільні схеми, зображені на мал. 2 (в,г), що знайшли найбільш широке застосування в сучасній апаратурі радіорелейних ліній. Основна особливість цих схем полягає в одержанні ЧМ коливань проміжної частоти й перетворенні їх у коливання свч у змішувачі. Генератор частотно-модульованих коливань ЧМГ генерує коливання проміжної частоти (як правило 35 або 70 Мгц), які підсилюються в підсилювачі проміжної частоти ППЧ і подаються на змішувач Зм. На змішувач подаються також коливання надвисокої частоти від задаючого генератора ЗГ. Модульовані коливання сумарної або різницевої частоти на виході змішувача виділяються за допомогою смугового фільтра СФ, що придушує побічні продукти перетворення частоти на виході передавача.
В схемі на мал. 2в перетворення частоти здійснюється на порівняно низькому рівні, тому після перетворення проводиться посилення коливань у підсилювачі ПСВЧ. В якості змішувача використається кристалічний діод, а задаючим генератором є відбивний клістрон, частота якого стабілізована за допомогою системи автопідстроювання, або многоступенчатий генератор із множенням частоти, стабілізований кварцом.
У схемі на мал. 2г перетворення частоти здійснюється на високому рівні в потужному змішувачі без наступного посилення. У цьому випадку коливання проміжної й надвисокої частоти, що подаються на змішувач, повинні бути досить потужними, що досягається застосуванням спеціального ППЧ із потужним виходом і потужного задаючого генератора. В якості змішувача використається тріод достатньої потужності або спеціальний клістрон.
Ці схеми застосовуються в передавачах багатоканальних і телевізійних радіорелейних ліній, які працюють у діапазонах сантиметрових, дециметрових і метрових хвиль. У передавачах радіорелейних ліній дуже великої ємності застосовується головним чином схема мал. 2в.
Приймачі апаратури радіорелейних ліній будуються, як правило, за супергетеродинною схемою з одним перетворенням частоти. Два варіанти блок-схеми приймача кінцевої станції показані на мал. 3.
Прийнятий сигнал з антени (мал. 3а) через вхідний смуговий фільтр СФ, що є преселектором, надходить на підсилювач коливань надвисокої частоти ПСВЧ і після посилення подається на змішувач ЗМ, у якому здійснюється перетворення частоти прийнятого сигналу в проміжну частоту за допомогою гетеродина Г. Після посилення в підсилювачі проміжної частоти ППЧ сигнал обмежується по амплітуді в обмежнику Обм і демодулируется у частотному детекторі ЧД. Демодульованй сигнал підсилюється у відеопідсилювачі ВП або груповому підсилювачі ГП (залежно від роду роботи) і надходить, відповідно, до споживача телевізійної програми або в апаратуру ущільнення. Така блок-схема застосовується, головним чином, у приймачах діапазону метрових хвиль. На більш коротких хвилях (від 30 см і коротше) підсилювачі надвисокої частоти на тріодах не забезпечують зменшення коефіцієнта шуму приймача, тому в приймачах радіорелейних ліній дециметрового й сантиметрового діапазонів хвиль, як правило, застосовується блок-схема, зображена на мал. 36.
Ця схема відрізняється від першої тільки відсутністю підсилювача ПСВЧ на вході.
Останнім часом у зв'язку з розробкою підсилювачів надвисокої частоти на лампах бігучих хвиль перша схема (рис 3а) починає застосовуватися й у приймачах діапазону сантиметрових хвиль.
В якості гетеродина в приймачі свч звичайно застосовується генератор на відображувальному клістроні з автопідстроюванням частоти або многоступенчатий генератор із множенням частоти й кварцовою стабілізацією.
Як уже згадувалося, що приймально-передавальна апаратура кінцевої станції складається з передавача й приймача, блок-схеми яких тільки що розглянуті.
Іноді на кінцевих станціях застосовується приймально-передавальна апаратура, побудована за схемою, наведеної на мал. 4. Особливість даної схеми полягає у використанні одного генератора свч як задаючого генератора передавача й гетеродина приймача. Так як робочі частоти передачі й прийому на кінцевій станції радіорелейної лінії відрізняються друг від друга (щоб уникнути перешкод прийому від свого передавача), то частоти задаючого генератора передавача й гетеродина приймача також не повинні бути рівні. Це забезпечується шляхом перетворення частоти задаючого генератора ЗГ у змішувачі Зм3. На змішувач Зм3 подаються коливання від ЗГ і від так званого
генератора здвигу ГЗ. На виході змішувача виділяються коливання різницевої (або сумарної) частоти й через фільтр Ф подаються на змішувач приймача Зм2. Частота генератора здвигу fc вибирається рівній різниці частот передачі й прийому.
Виключення одного генератора свч (гетеродина приймача) не дає істотних переваг даній схемі стосовно схем із двома генераторами, зате зменшує «гнучкість» схеми й ускладнює настроювання. Будова гетеродина прийомника при цьому нескладна. Для правильної роботи схеми необхідна добра стабілізація робочих частот.
Перейдемо тепер до розгляду блок-схем приймально-передавальної апаратури проміжних станцій радіорелейних ліній із частотним ущільненням і частотною модуляцією.
Загалом кажучи, що приймально-передавальна апаратура проміжної станції може складатися цілком із приймача й передавача кінцевої станції. У цьому випадку сигнал, прийнятий приймальною антеною, після перетворення й посилення демодулюється в частотному детекторі ЧД, а демодульований сигнал знову модулює частоту коливань, які генеруються передавачем.
На мал. 5 показана блок-схема апаратури для одного напрямку зв'язку такої проміжної станції з демодуляцією й повторною модуляцією сигналу.
Схема передавача відповідає мал. 1г, а приймача - мал. 26.
Апаратура, побудована по такому принципі, застосовується тільки на тих проміжних станціях, де відбувається виділення телефонних каналів і на головних станціях лінії. Модуляція й демодуляція сигналу завжди супроводжуються викривленнями, тому для зменшення викривлень на більшості проміжних станцій (де не виділяються канали) застосовують іншу побудову апаратури, при якій демодуляція й модуляція сигналу в основному тракті відсутні.
На мал. 6 наведені три варіанти блок-схем приймально-передавальної апаратури проміжних станцій.
Всі ці схеми побудовані по одному загальному принципу, суть якого полягає у тому, що в основному тракті апаратури відсутні демодулятори й модулятори, а сама апаратура являє собою підсилювач, який компенсує згасання сигналу на ділянці зв'язку. Посилення відбувається на проміжній частоті, тому в апаратурі є не менш двох перетворень частоти сигналу: з надвисокої частоти в проміжну - на вході й зворотне перетворення на виході. Частота переданого сигналу (на виході) повинна відрізнятися від частоти прийнятого сигналу (на вході) щоб уникнути самозбудження всієї системи внаслідок існування зворотного зв'язка виходу із входом через антени.
Станції, побудовані по цьому принципі, називають станціями гетеродинного типу, оскільки в них виробляється перетворення частоти (гетеродування).
Розглядаючи першу схему (мал. 6а), неважко помітити, що вона може бути отримана зі схеми, зображеної на мал. 5, якщо виключити з останньої елементи, пов'язані з демодуляцією й модуляцією сигналу, тобто ЧД, ГП й ЧМГ. У цій схемі так само, як і в схемі мал. 5, застосовуються два окремих гетеродини: гетеродин Г — для перетворення в змішувачі Зм1 частоти прийнятого сигналу fi у проміжну частоту fпр і задаючий генератор ЗГ - для перетворення у змішувачі Зм2 проміжної частоти в частоту передаваного сигналу f2.
Посилення сигналу відбувається у двох підсилювачах: ППЧ1 і ППЧ2. Амплітудний обмежник Обм усуває паразитну амплітудну модуляцію сигналу.
Недолік першої схеми полягає в тім, що стабильність вихідної частоти f2 визначається не тільки стабільністю вхідної частоти fi, але також і стабільністю частот обох гетеродинів. Дійсно, якщо частота прийнятого сигналу fi вище частоти гетеродина приймача fп, то проміжна частота дорівнює fnp = f1-fг. Частота передаваного сигналу при цьому дорівнює f2 = fзг + fпр. Підставивши сюди вираз для fnp, одержимо: f2 = f1 + (fзг - fг). - Якщо частота прийнятого сигналу нижче частоти гетеродина, тo fnр = fг – f1, тоді f2 = fзг – fnp і, отже,
f2 = fi – (fг - fзг).
Звідси видно, що для підвищення стабільності частоти на виході необхідно стабілізувати різницю частот обох генераторів. В цьому випадку це здійснюється системою автопідстроювання частоти задаючого генератора реагуючої на різницю частот fг і fзг (мал. 6а). Автопідстроювання частоти гетеродина необхідна для підтримки сталості проміжної частоти.
У другій схемі (мал. 6б) для перетворення частоти на вході й виході станції застосовується один генератор ЗГ. Нерівність частот на вході й виході (здвиг частоти) забезпечується за рахунок застосування двох проміжних частот fnр1 і fnр2. Перетворення першої проміжної частоти в другу відбувається в змішувачі ЗМ3 за допомогою генератора ГЗ, названого генератором здвигу.
При такій побудові апаратури стабільність частоти на виході станції не залежить від стабільності частоти генератора ЗГ, тому що він бере участь у перетворенні частоти як на вході так і на виході. Покажемо це. Покладемо, що частота прийятого сигналу fi вище частоти генератора fзг, тоді перша проміжна частота, буде дорівнювати fnp1=f1- fзг. Друга проміжна частота вище першої на величину частоти здвигу, тобто fnp2 = fnp +. Частота на виході станції дорівнює f2=f:г+fnp2=fзг+fnp1+fз. Підставивши сюди вираз fnp1 одержимо:
f2= f1 + fз.
Аналогічний результат виходить і в тому випадку, коли fзг>f1. Тоді fnp1=fзг-fi, a f2 = fзг-fnp2 = fзг- fnp1-fз = f1- fз.
Тому що частота fз набагато менша частоти f2, то нестабільність частоти генератора здвигу ГЗ не робить істотного впливу на відносну стабільність вихідної частоти. Практично стабільність частоти на виході станції визначається стабільністю частоти на вході.
Однак зміна частоти fзг, як видно з написаних вище виразів, викликає зміну проміжних частот fпp1 і fnp2. Значна зміна проміжної частоти приводить до погіршення якості зв'язку й навіть до зриву зв'язку (якщо проміжна частота виявиться за межами смуги пропускання ППЧ). Тому частота генератора ЗГ звичайно стабілізується за допомогою системи автопідстроювання. Вимоги до стабільності частоти fзг, мабуть, нижче, ніж до стабільності вихідної частоти f2, отже, дана схема має істотну перевагу в порівнянні з першою схемою як по простоті, так і по стабільності вихідної частоти.
Третя схема (мал. 6в) має ті ж переваги й щодо цього не відрізняється від другої, але має в порівнянні з нею дві переваги: застосування однієї проміжної частоти замість двох і відсутність в основному тракті третього перетворювача частоти См3. Здвиг частоти на виході відносно частоти на вході досягається застосуванням у цій схемі перетворювача частоти в ланцюзі задаючого генератора ЗГ, що живить змішувач приймача Зм1, по такому ж принципу, що й у схемі на мал. 3. Перетворення частоти здійснюється в змішувачі Зм3 за допомогою генератора здвигу ГЗ. Полосовий фільтр ПФ3 захищає змішувач приймача Зм1 від побічних. продуктів перетворення.
Якщо на виході змішувача Зм3 виділяється різницева частота fзг-fз, то проміжна частота дорівнює fnp= fi- (fзг-fз), а частота на виході дорівнює f2 = fзг+fnp=fi+fз. Якщо ж. на виході Зм3 виділяється сумарна частота fзг+fз, то fnp=fзг+fc-fi і, отже, f2=fзг--fnр=fi-fз.
Звідси видно, що третя схема забезпечує таку ж стабільність частоти, як і друга.
На проміжних станціях необхідно мати можливість виділяти передані по лінії сигнали. Якщо по лінії передаються телевізійні сигнали, то на деяких станціях їх необхідно виділяти для подачі на місцеві телевізійні передавачі, якщо ж передаються телефонні повідомлення й інші сигнали, то необхідно мати можливість їх контролювати й виділяти службові сигнали й розмови. Для цих цілей в апаратурі проміжних станцій гетеродинного типу звичайно є демодулятор, що складається з обмежника Обм і частотного детектора ЧД, включених паралельно основному тракту, як показано на рис. 6в. На інших схемах (мал. 6а, б) для їхнього спрощення демодулятор не показаний.
Приймально-передавальна апаратура проміжної станції так само, як апаратура кінцевої станції, складається із приймача й .передавача, хоча такий поділ трохи умовний для станції гетеродинного типу, що представляє собою підсилювач із перетворенням частоти.
Прийомна частина апаратури складається із вхідного смугового фільтра ПФ, змішувача Зм1, підсилювача проміжної частоти ППЧ1 і обмежника Обм, а також контрольного демодулятора й гетеродина Г. (тільки для схеми мал. 6а). Всі ці елементи за своєю схемою й конструкції зовсім аналогічні відповідним елементам приймача кінцевої станції.
Передавальна частина апаратури складається з підсилювача проміжної частоти ППЧ2, змішувача См2, задаючого генератора ЗГ, смугового фільтра СФ, і підсилювача ПСВЧ (якщо він є). Всі ці елементи також зовсім аналогічні відповідним елементам передавача кінцевої станції. Тільки деякі елементи, як, наприклад, генератор здвигу ГЗ, змішувач Зм) є специфічними для апаратури проміжної станції.
У всіх трьох варіантах побудови у передавальній частині апаратури може застосовуватися перетворення частоти на високому рівні в потужному змішувачі без послідуючого посилення коливань (мал. 6б). Тоді ППЧ2 являє собою підсилювач із потужним виходом. Може також застосовуватися перетворення на низькому рівні в кристалічному змішувачі Зм2 з наступним посиленням коливань в ПСВЧ (мал. 5а, в).
З розглянутих вище трьох варіантів схем третій є найпоширенішим завдяки своїм перевагам, особливо в апаратурі магістральних ліній з великою пропускною здатністю.
Закінчуючи розгляд блок-схем приймально-передавальної апаратури проміжних станцій варто помітити, що останнім часом робляться спроби створення такої апаратури, що була б простим підсилювачем коливань надвисокої частоти. Як підсилювальні лампи використаються лампи бігучої хвилі. Для створення необхідного здвигу частоти на виході відносно частоти на вході в підсилювальний тракт включається один перетворювач частоти. Блок-схема апаратури, побудованої по цьому принципу, показана на мал. 7.