Ода транзистору КТ315
26 июля, 2023
Colorful выпустила плату B760M iGame Ultra Z с разъёмами на изнанке
18 марта, 2024ПРИНЦИПЫ РАДИОРЕЛЕЙНОЙ СВЯЗИ
В. Шафрина – 1953 год
Рассмотрим основные принципы построения и действия радиорелейных линий связи.
Как известно, для работы таких линий используется диапазон дециметровых и сантиметровых волн.
ОСОБЕННОСТИ ДИАПАЗОНА ДЕЦИМЕТРОВЫХ И САНТИМЕТРОВЫХ ВОЛН
Ширина диапазона.
Диапазон сантиметровых и дециметровых волн имеет значительно более широкую полосу частот, чем все другие диапазоны, применяемые для радиосвязи, радиовещания и телевидения.
В то время как все диапазоны волн длиной больше одного метра охватывают полосу частот шириной 300 МГц, полоса частот диапазона волн от 1 м до 1 см имеет ширину 29 700 МГц. Именно поэтому стремление к увеличению числа действующих радиостанций и к расширению полос передаваемых частот может быть осуществлено только при использовании диапазона сантиметровых и дециметровых волн.
Направленная передача.
Как известно, с помощью направленных антенн энергию радиоволн можно концентрировать в определенном направлении. Таким образом, в месте приема можно создавать повышенную напряженность поля, не увеличивая мощности передатчика.
Чтобы получить узкую диаграмму направленности антенны, размеры последней должны значительно превышать длину излучаемой волны. Поэтому постройка таких антенн для длинных и средних волн чрезвычайно затруднительна.
В то же время сооружение антенн с узкой диаграммой направленности для волн сантиметрового и дециметрового диапазона значительно проще. Необходимая направленность излучения здесь может быть обеспечена применением систем полуволновых вибраторов, параболических, рупорных и тому подобных антенн.
Коэффициент усиления таких антенн может быть очень высоким. Так, для волн длиной 10 – 15 см параболическая антенна с диаметром отражателя 1,5 м имеет коэффициент усиления порядка нескольких сотен, что позволяет во столько же раз уменьшить мощность передатчика.
Следовательно, для работы на сантиметровых и дециметровых волнах имеется практическая возможность сооружать антенны с очень узкими диаграммами направленности. Это, во-первых, позволяет использовать передатчики с очень малыми мощностями и, во-вторых, уменьшает взаимные помехи между работающими радиостанциями.
Влияние атмосферных и индустриальных помех.
Атмосферные и индустриальные помехи, оказывающие сильное мешающее действие в диапазонах длинных, средних и коротких волн, практически не влияют на передачу в диапазоне дециметровых и сантиметровых волн. Это делает связь более устойчивой. Отсутствие внешних помех позволяет надежно принимать на радиоприемник сигналы с меньшей напряженностью поля (чувствительность приемника практически ограничивается только его внутренними шумами).
Дальность действия.
Как известно, длинные, средние и короткие волны могут распространяться на весьма большие расстояния, так как они могут огибать земную поверхность и отражаться от верхних слоев атмосферы. Волны же УКВ диапазона, в том числе дециметровые и сантиметровые, не обладают этими свойствами. Если не учитывать явления атмосферной рефракции, можно считать, что эти волны распространяются по прямой линии. Поэтому дальность действия радиостанций, работающих на ультракоротких волнах и расположенных на сферической земной поверхности, ограничена.
Для пояснения сказанного рассмотрим рисунок 1, на котором показаны две радиостанции, антенны которых установлены на мачтах. Прием сигналов передатчика, находящегося в пункте А, может быть осуществлен в любой точке поверхности земли до пункта Б, а также и в любой точке между пунктами Б и В, при условии, что антенны за точкой Б будут установлены на мачтах, имеющих высоты, необходимые для обеспечения прямой видимости между антеннами. Располагая антенны на более высоких мачтах, дальность связи на УКВ можно увеличить.
Какова же реальная дальность связи на ультракоротких волнах и на каких высотах располагают практически антенны УКВ станций?
Дальность действия УКВ станции, если не учитывать наличия атмосферной рефракции, может быть определена по формуле:
где d – расстояние между радиостанциями в километрах,
h1, h2 – высоты подъема передающей и приемной антенн в метрах.
Если высоты подъема передающей и приемной антенн равны, то дальность действия определяется формулой:
где h = h1 = h2.
Значения необходимых высот подъема антенн при заданной дальности, вычисленные по последней формуле, показаны на рисунке 2. Из этого графика видно, что при высотах мачт 50 + 100 м связь обеспечивается на 50+70 км. Дальнейшее увеличение дальности действия УКВ станций потребует постройки чрезмерно высоких мачт, причем высота их растет значительно быстрее, чем дальность действия станции. Так, например, для обеспечения связи на 100 км требуется мачта высотой в 200 м, а для связи на 150 км – высотой в 450 м. Если учесть, что стоимость мачты растет примерно пропорционально квадрату ее высоты, то станет ясным, что строительство мачт выше 70 – 100 м экономически нецелесообразно.
Таким образом, реальная дальность действия радиостанции, работающей на сантиметровых и дециметровых волнах, составляет 50 – 70 км. Однако в гористых местностях, где для установки антенн можно использовать естественные возвышенности, возможно увеличение дальности действия таких станций.
РАДИОРЕЛЕЙНЫЕ ЛИНИИ СВЯЗИ
Очевидно, что дальность связи в 50 – 70 км, которая реально может быть достигнута между двумя УКВ станциями, во многих случаях совершенно недостаточна.
Однако связь на большие расстояния с применением дециметровых или сантиметровых волн все же может быть осуществлена путем сооружения так называемых радиорелейных линий. Такие линии имеют между оконечными пунктами связи промежуточные (ретрансляционные) станции (рисунок 3).
На промежуточной станции принимается сигнал с предыдущей станции, усиливается и передается на последующую станцию. Так как антенны соседних станций должны находиться в пределах прямой видимости, промежуточные станции радиорелейной линии устанавливаются через каждые 50 – 60 км и имеют мачты высотой в 50 – 70 м. Так, например, на радиорелейной линии протяженностью 500 км устанавливается 8 – 9 промежуточных станций.
Несмотря на то, что сооружение радиорелейных линий довольно сложно, они, несомненно, найдут широкое применение в народном хозяйстве. Объясняется это тем, что по радиорелейной линии, работающей на дециметровых или сантиметровых волнах, может быть передана очень широкая полоса частот – до нескольких десятков мегагерц, а в такой полосе частот может быть размещено большое количество каналов связи различного назначения.
Так, если построить радиорелейную линию, обладающую полосой частот шириной 10 + 15 МГц, то по ней можно одновременно осуществлять до сотни телефонных разговоров, передавать несколько радиовещательных программ или транслировать телевизионную программу.
Поскольку радиорелейные линии связи являются многоканальными, их конечные станции, кроме приемно-передающих и антенно-фидерных устройств, должны иметь специальную аппаратуру (так называемую аппаратуру уплотнения), обеспечивающую как объединение каналов при передаче, так и разделение их при приеме сигналов.
Промежуточные станции радиорелейных линий могут быть двух типов:
- с выделением отдельных каналов
- без выделения каналов.
Необходимость установки промежуточной станции первого типа может возникнуть в крупных населенных пунктах, через которые проходит линия. В этом случае в состав оборудования промежуточной станции также должна входить аппаратура уплотнения.
Если на промежуточной станции не требуется выделять каналы низкой частоты, то в состав ее оборудования войдут только приемники, передатчики и антенно-фидерные устройства.
Рассмотрим теперь подробно некоторые особенности аппаратуры, входящей в состав конечных и промежуточных станций радиорелейной линии связи.
Аппаратура уплотнения и методы модуляции.
Разделение каналов в радиорелейных линиях радиосвязи может быть произведено по двум принципам – по частоте и по времени.
В первом случае сигналы, поступающие с каждого из низкочастотных каналов, модулируют колебания так называемой поднесущей частоты – частоты, лежащей выше низкочастотного диапазона, и, таким образом, занимают определенное место в общем спектре модулирующих частот. Размещение низкочастотных каналов при использовании поднесущих частот схематически показано на рисунке 4.
Весь спектр частот от f1 до f2n одновременно модулирует передатчик по частоте. Так, например, в 12-канальной аппаратуре уплотнения весь спектр модулирующих частот располагается в интервале от 12 до 60 кГц, т.е. в данном случае f1 = 12 Гц и f2n = 60 кГц.
На приемном конце производится демодуляция, в результате которой снова выделяется спектр частот от f1 до f2n, а в аппаратуре уплотнения осуществляется разделение низкочастотных каналов.
При временном разделении каналов каждому каналу низкой частоты предоставляется определенное время для передачи, т.е. эти каналы модулируют передатчик по очереди. При этом возможны различные методы модуляции, а именно: импульсно-фазовая, амплитудно-импульсная, кодовая и др.
Укажем на основные соображения, которые кладут в основу при выборе аппаратуры уплотнения и методов модуляции в радиорелейных линиях связи. При временном разделении каналов и импульсно-фазовой модуляции аппаратура уплотнения может быть сделана проще, чем при частотном разделении каналов. Но, с другой стороны, аппаратура уплотнения с частотным разделением каналов широко применяется на проводных многоканальных линиях связи.
Учитывая, что часто необходимо иметь возможность перехода от радиорелейных к проводным линиям связи (т.е. осуществлять такую схему связи, когда последняя на одних участках идет по радио, а на других по междугородным проводным линиям), целесообразно иметь одинаковую аппаратуру уплотнения как на радиорелейных, так и на проводных линиях. Поэтому частотное разделение каналов на радиорелейных линиях находит применение наряду с временным разделением каналов.
С точки зрения помехоустойчивости системы с импульсно-фазовой и с частотной модуляциями примерно равноценны, а система с импульсно-кодовой модуляцией обладает наибольшей помехоустойчивостью из числа упомянутых систем; однако аппаратура уплотнения для нее весьма сложна и громоздка. Поэтому последняя система не получила до настоящего времени широкого распространения.
Приемно-передающие устройства.
Мощность передатчиков радиорелейных линий связи обычно составляет единицы или доли единиц ватта.
Как мы уже говорили, применение столь маломощных передатчиков возможно вследствие того, что они работают на антенны с узкими диаграммами направленности, а также потому, что для приема на данных диапазонах возможно применение приемников, обладающих высокой чувствительностью – 50 – 100 мкВ.
Возможность снижения мощности передатчиков и повышения чувствительности приемников на этих диапазонах определяется также применяемыми специальными методами модуляции (импульсная и частотная), повышающими помехозащищенность системы.
Сравнивая радиорелейные линии с многоканальными линиями, выполненными из специального кабеля, по которым может вестись одновременно до нескольких сотен связей, можно сказать, что стоимость радиорелейных линий не превышает стоимости таких кабельных линий.
Радиорелейная линия может быть построена в значительно более короткий срок, чем многоканальная кабельная, так как прокладка последней требует очень длительных и трудоемких работ.
Здесь важно отметить, что на сооружение радиорелейной линии затрачивается также значительно меньше цветных металлов.
Прокладка кабеля в целом ряде случаев (если, например, трасса проходит через водные препятствия или по сильно пересеченной местности) может оказаться слишком сложной, а иногда она просто невозможна.
Итак, радиорелейные линии имеют целый ряд преимуществ и построение их экономически целесообразно. Поэтому при дальнейшем развитии многоканальных связей наряду с кабельными широкое применение найдут и радиорелейные линии связи.
