книги / Сверхвысокие частоты. Основы и применения техники СВЧ

передают далее. Количество необходимых ретранслято­ ров определяется длиной линии передачи. Обычно каж­ дый участок имеет длину около 46,5 км. В пределах лю­ бого участка должна быть гарантирована безупречная с точки зрения требований к международным линиям передача сообщений. Ослабление сигнала при передаче на отдельном участке не должно превосходить опреде­ ленной величины, соответствующей международному стандарту. При «загоризонтной» связи, основанной на рассеянном распространении радиоволн СВЧ-диапазона, один участок линии может заменить один или несколько ретрансляторов. Между конечными пунктами к системе загоризонтной радиосвязи может быть дополнительно подключен ряд радиорелейных линий, работающих по принципу прямой видимости.

антенны), d — расстояние между передатчиком и прием­ ником.

Вычисление затухания при передаче по формуле (89) затруднено потому, что в большинстве случаев невоз­ можно определить величину мощности, поступающей на

121

приемник (Ре)- Поэтому целесообразно определять за­ тухание L„ с помощью следующего соотношения:

Lu —LQ—GS —GE + LLS + LLE + Lw+ Lz + Ls, (92)

где LQ— основное затухание передачи, Gs — выигрыш передающей антенны, GE— выигрыш антенны приемни­ ка, LLS —затухание в подводящем тракте передатчика, LLE — затухание в подводящем тракте приемника, Lw— затухание в переходных элементах, фильтрах и венти­ лях, Lz— затухание за счет различных местных предме­ тов вдоль трассы передачи,/^ — затухание в атмосфере.

Основное затухание передачи (90) соответствует ослаблению волны в свободном пространстве в случае изотропного шарового излучателя. Оно является вели­ чиной, однозначно определяемой расстоянием d и длиной волны X. Характеризуемое выражением (91) затухание радиополя определяется геометрией действующих по­ верхностей антенн.

В случае загоризонтной линии радиосвязи, основан­ ной на тропосферном рассеянии волн СВЧ, необходимо принимать во внимание дополнительное затухание при их распространении за горизонт. Здесь пока приходится основываться лишь на эмпирических данных. Очевидно, что затухание при загоризонтной связи будет расти с увеличением расстояния между приемником и передат­ чиком и — в меньшей степени — с увеличением частоты. При этом значение затухания не постоянно во времени, а испытывает медленные или относительно быстрые ко­ лебания в зависимости от климатических или метеоро­ логических условий на пути прохождения волны.

в) Зона Френеля

Упоминавшееся в предыдущем разделе затухание в свободном пространстве (основное затухание, выраже­ ние (90)) было определено в предположении, что пере­ дающая и приемная антенны находятся в пределах пря­ мой видимости, т. е. никакие местные предметы не препятствуют распространению волн. Эта реальная об­ становка может быть оценена также, если рассмотреть так называемую зону Френеля. Она ограничивается эллипсоидом вращения, в фокусах которого находятся передающая и приемная антенны и который является

122

геометрическим местом точек, удаленных на суммарное расстояние до антенн, превышающее на половину длины

первая зона Френеля должна быть свободна от местных предметов. Радиус зоны Френеля (малая полуось) на середине участка трассы

123

антенны на высоких башнях, которые к тому же соору­ жаются в возвышенных точках местности. Это требова­ ние обязательно принимается во внимание при проекти­ ровании радиорелейных линий. На профиле трассы вме­ сте с наиболее существенными возвышенностями нано­ сятся также, в масштабе, высоты антенных башем. Ан­ тенны затем соединяются прямой линией (линия прямой видимости). Вокруг этой линии отмечается зона Фре­ неля; при этом можно установить, будет ли распростра­ нение волн свободно от помех со стороны местных пред­ метов.

г) Модуляция.

Важнейшим преимуществом, которым обладает ра­ диосвязь на сверхвысоких частотах, является возмож­ ность передачи особенно широкой полосы частот и, соот­ ветственно, большого количества информации. Широкая полоса частот допускает применение таких видов моду­ ляции, которые преобразуют сигнал в высокочастотный и тем самым в значительной степени исключают влияние низкочастотных помех, приводя к улучшению отношения «сигнал/шум».

В качестве видов модуляции, пригодных для исполь­ зования в радиорелейных линиях СВЧ-диапазона, сле­ дует назвать частотную модуляцию (ЧМ) и импульсную модуляцию..(ИМ), которая подразделяется-на фазовую импульсную модуляцию (ФИМ), модуляцию ширины (длительности) импульса (ШИМ) и кодовую импульс­ ную модуляцию (КИМ). Эти различные виды модуляции иллюстрируются рис. 73. При частотной модуляции мгновенная величина сигнала, соответствующего пере­ даваемой информации, пропорциональна отклонению нёсущей частоты от ее основного значения, тогда как при импульсной модуляции непрерывный передаваемый сигнал преобразуется в импульсы, длительность которых мала по сравнению с наименьшим периодом изменения первичного сигнала. В случае ФИМ мгновенное значение передаваемого сигнала пропорционально отклонению фазы импульса (положения на оси времени) от ее сред­ него значения. При модуляции типа ШИМ мгновенное значение сигнала пропорционально отклонению ширины (длительности) импульса от некоторого среднего зна­

,124

Для уменьшения опасности помех со стороны соседнего канала эту полосу увеличивают на 25%, так что в ре* зультате полоса частот должна быть равна

или, введя обозначение индекса модуляции п=Д/У/тах,

Так, например, если необходимо передать максимальную частоту модуляции /тах=300 кгц (60-канальная система передачи), то при индексе модуляции rj = l следует иметь в высокочастотном диапазоне полосу частот Дчм= 2,25 Мгц, а для передачи более высокой частоты модуляции fmax—2,54 Мгц (600-канальная система) по­ лоса частот должна достигать 20 Мгц. При фазовой импульсной модуляции (ФИМ) низкочастотная граница полосы определяется средней частотой следования им­ пульсов, в то время как высокочастотная граница за­ висит от способа демодуляции. Из теории следует, что благодаря применению частотной или импульсной моду­ ляции при радиопередаче можно достигнуть улучшения отношения «сигнал/шум». Отношение «сигнал/шум» за­ висит также от мощности передатчика и чувствительно­ сти приемника или от затухания радиополя на трассе передачи. Ориентировочные данные для выбора вели­ чины качания частоты, взаимосвязанной с необходимой мощностью передатчика и с чувствительностью прием­ ника, можно получить, исходя из так называемого фак­ тора качества системы. Этот фактор равен сумме отно­ шения мощности сигнала к мощности шумов и затуха­ ния радиополя

где А/ — размах качания частоты в рассматриваемом ка­ нале (основная полоса), fm— средняя частота канала связи ( для 120-канальной системы, например, она равна 552 кгц), Р0— мощность передатчика, FN— коэффициент шума приемника, kTо— мощность тепловых шумов не­ которого омического сопротивления на 1 гц полосы ча­ стот при температуре Т0 (для 70=300° К kT0=

126

3800 до 4200 Мгц) на высоких частотах передаются

600 телефонных переговоров или одна телевизионная программа со стандартом 625 строк. В области между 3800 и 4200 Мгц можно разместить шесть пар высоко­

Рис. 75. Блок-схема двух ВЧ-каналов радиорелейной системы FM 600/ГУ-4000.

является резервной. На рис. 75 схематически показана структура пары СВЧ-каналов радиорелейной системы FM 600/7Y-4000.

В то время как в обычной радиорелейной линии СВЧ, построенной по принципу прямого видения между со­ седними станциями, даже при сильном замирании сиг­ нал на ЗО-т-40 дб превышает уровень предельной чувст­ вительности приемника, в случае загоризонтной связи, основанной на тропосферном рассеянии, суммарное ослабление, включая замирание, может составлять от 80 до 90 дб. Чтобы при таких условиях сигнал не оказы-‘ вался меньшим порога чувствительности приемника, что может привести к прерыванию радиосвязи, необходимо увеличивать мощности передатчиков до нескольких ки­ ловатт, а также применять антенны с большой поверх­ ностью (следовательно, с большим выигрышем) и ис­ пользовать в приемных устройствах малошумящие уси­ лители. Такие радиорелейные линии тропосферного рас­ сеяния работают в частотных диапазонах 400^900 Мгц, 2000 Мгц и 4500 Мгц.

Недавно была создана радиорелейная система даль­ ней связи между десятью европейскими государствами

128

наземным передатчиком, и направляют ее наземным приемным станциям.

В противоположность этому активные спутники связи снабжены собственными передающими и приемными устройствами (ретрансляторы). Поэтому в известном смысле они могут рассматриваться как летающие радио­ релейные станции. Активные спутники обеспечивают гораздо большую дальность связи и намного более ши­ рокую полосу передаваемых частот, чем это достигается при использовании рассеяния излучения пассивными спутниками.

а) Диапазон частот

В плане распределения частотных диапазонов, реко­ мендованном Международным союзом связи в ноябре 1963 г., для космической радиосвязи установлены опре­ деленные частоты. Табл. 1 дает обзор диапазонов частот, используемых различными радиослужбами в ФРГ (по состоянию на 1 января 1964 г.). В распоряжение различ­ ных видов космических радиослужб отводится, в сумме, область спектра частот свыше 6000 Мгц. Отсюда 2800 Мгц выделяется спутникам связи. Вне зависимости от этого должно развертываться создание разными странами большого количества направленных ретран­ сляционных радиосетей на одних и тех же частотах.

Для космической радиосвязи прежде всего отводится

минимален уровень космических и атмосферных шумов (см. рис. 70). Уровень космических шумов понижается

больших 1000 Мгц, уже можно пренебрегать влиянием на радиосвязь фарадеевского вращения плоскости поля­ ризации и ядерных взрывов. В области верхней частот­ ной границы указанного диапазона с увеличением частоты начинает расти поглощение кислородом и водя­

130