Характерным свойством таких методов модуляции является возможность улучшения качества связи не только за счет увеличения энергии принимаемых сигналов, но и за счет увеличения спектра частот, которые занимают эти сигналы, таким образом, используя для радиорелейной связи широкую полосу частот, можно обеспечить передачу большого количества информации и добиться существенного улучшения качества связи.
Второе свойство УКВ диапазона - практическое отсутствие внешних атмосферных и промышленных помех - выдвигает на первое место внутренние флуктуационные шумы приемных устройств. Уровень внутренних шумов легко учитывается при проектировании станции и расчете количества связи и при необходимости может быть уменьшено применение специальных малошумящих усилителей. Это также способствует существенному повышению качества связи на радиорелейной линии.
Третье свойство УКВ диапазона - малая дифракционная способность, которая тем меньше, чем короче используемая для связи длина волны. Это явилось основной причиной применения промежуточных станций для организации связи на большие расстояния. Протяженность интервалов между соседними станциями должна быть такой, чтобы обеспечивалась прямая геометрическая видимость между их антенными системами. Уверенная связь на каждом интервале обеспечивается передатчиками сравнительно малой мощности (ед.,десятки ватт).
Препятствия, закрывающие линию прямой видимости, вызывают очень большое ослабление радиосигналов, компенсация которого требует резкого увеличения мощностей передатчиков. Это явление особенно характерно для линии, работающих диапазонах дециметровых и сантиметровых волн. В диапазоне метровых волн допускается частичное закрытие препятствиями линий прямой видимости на интервалах связи, но и в этом случае существенно понижается уровень полезного сигнала в месте приема и ухудшается качество связи.
При гладкой сферической поверхности земли дальность прямой видимости определяется выражением
Rkm=3.57(Цh1(m)+Цh2(m)). (8.5)
Как правило при гладкой сферической земной поверхности протяженность интервалов выбирается меньше Rпр., т.к. для получения устойчивой связи необходимо обеспечить определенный просвет между линией, соединяющей антенны и поверхностью земли. Однако, на пересеченной местности, если станции расположены на господствующих высотах, протяженность интервалов может достигать 60км. и более.
Все это показывает, что использование радиоволн УКВ диапазона является главной, определяющей особенностью радиорелейной связи. Особенности распространения УКВ.
Характер распространения радиоволн зависит от длины волны, кривизны земли, почвы, состава атмосферы, времени суток и года, состояния ионосферы, магнитного поля Земли, метеорологических условии в зависимости от времени суток и года изменяются содержание влаги и плотность воздуха.
Воздух, окружающий земную поверхность образует атмосферу, высота которой, составляет 1000-2000км. состав земной атмосферы неоднороден.
Слои атмосферы высотой примерно до 100-130км. по своему составу однородны. В этих слоях имеется воздух, содержащий (по объему 78% азота и 21% кислорода.) Нижний слой атмосферы толщиной 10-15 км. называется тропосферой. В этом слое имеются водянные пары, содержание которых резко колеблется с изменением метеорологических условий.
Тропосфера постепенно переходит в стратосферу, границей которой считается высота, на которой прекращается падение температуры.
Радиоволны, излучаемые антенной, распространяются вдоль земной поверхности и под углом к горизонту. Первые волны - поверхностные, вторые - пространственные.
Поверхностная волна электромагнитных колебаний распространяется вдоль Земли. Характер распространения этой волны определяется электрическими свойствами почвы и воды, а также частотой излучаемых колебаний.
На сравнительно коротких расстояниях радиосвязь осуществляется главным образом поверхностными радиоволнами.
Пространственная волна распространяется от антенны в атмосферу Земли.
Волны отраженные или рассеянные неоднородными слоями или «зернами» тропосферы- тропосферные волны.
Поверхностная волна основанием своего фронта касается Земли. Поверхность Земли поглощает часть энергии распространяющихся вдоль нее поверхностных волн, поскольку земля имеет активное сопротивление. Чем короче волна, т.е. чем больше частота, тем больше ток индуктируется в земле и тем больше потери.
Для частот выше 1МГц поверхностная волна фактически сильно затухает из-за поглощения землей и поэтому не используется.
Связь на большие расстояния осуществляется главным образом пространственными волнами.
При наличии прямой видимости пространственная волна обычно состоит из двух составляющих: прямого луча и луча, отраженного от земли. Луч, отраженный от земли, слабее от потерь, происходящих во время отражения от земли.
В приемной антенне общий сигнал равен векторной сумме этих двух составляющих. Отраженный луч имеет сдвиг по фазе на 180°. Если два луча прошли одно и тоже расстояние, то векторная сумма их равна нулю, в результате в приемной антенне сигнала не будет.
В действительности отраженный луч проходит несколько большее расстояние. Разность фаз определяется разностью пути в отношениях длины волны. Общий принимаемый сигнал зависит главным образом от используемой частоты.
При низких частотах использование пространственных волн не представляет интереса для связи. Только на высоких частотах, где разность пути является соизмеримой с используемой длиной волны, пространственная волна широко используется.
Преломление УКВ в нижних слоях атмосферы.
Прилегающие к земле слои атмосферы неоднородны по своим электрическим свойствам. Показатель преломления n различных слоев атмосферы изменяется, убывая с высотой (на уровне моря n=1.003). Величина n определяется по формуле
n=ЦE = 1+78,5/Т(Р+4800а/Т)10-6 , (8.6)
где Т - абсолютная температура воздуха;
Р - атмосферное давление в миллибарах;
а - давление водяных паров, содержащихся в воздухе в миллибарах;
Е - относительная электрическая проницаемость воздуха.
Траектория распространения УКВ с учетом рефракции при различных n.
Уменьшение величины n приводит к тому, что радиоволны будут при переходе из слоя в слой преломляться в направлении земной поверхности. Траектория луча оказывается искривленной, вследствие чего становится возможной радиосвязь на расстоянии несколько превышающем дальность оптического горизонта. Указанное явление - атмосферная рефракция.
При «стандартных» условиях, когда температура воздуха над уровнем моря =+15°С и падает на 0.65°С через каждые 100м. высоты, давление убывает по барометрической формуле, а относительная влажность не зависит от высоты, говорят, что имеет место «нормальная атмосферная рефракция радиоволн». Дальность радиосвязи с учетом нормальной атмосферной рефракции определяется формулой
Dрефр.=4.12(Цh,м + Цh2,м) км. (8.7)
В случае, когда радиус кривизны траекторий радиолуча становится равным радиусу Земли, радиоволны распространяются параллельно земной поверхности. Такой случаю называется «критической рефракцией».
При больших значениях показателя преломления n траектории радиоволн излученных под небольшим углом к горизонту искривляются настолько, что они снова падают на землю, отражается от нее и опять движутся по криволинейной траектории с последующим возвращением на земную поверхность и т.д.
Такое распространение радиоволн называют «сверхрефракцией», а область пространства, в которой радиоволны распространяются подобным образом, называют волноводным каналом.
В этом случае дальность радиосвязи может в десятки раз превышать дальность прямой видимости.
Волноводные каналы образуются в атмосфере только в тех случаях, когда преувеличение высоты температура воздуха вместо обычного убывания возрастает (инверсия температуры), а влажность воздуха быстро падает. (рисунок 2.5). Распространение радиоволн по атмосферному волновому каналу.
Отражение УКВ от слоистых неоднородностей тропосферы.
Инверсные слои воздуха иногда образуются на некоторой высоте земной поверхности. Они называются слоистыми неоднородностями тропосферы.
Лучшей способностью к отражению обладают метровые волны. С укорочением волны эффективность отражения падает.
Отражение от слоистых неоднородностей может сильно увеличить дальность радиосвязи. Волноводные каналы и слоистые неоднородности образуются сравнительно редко.
Дальнее тропосферное рассеивание УКВ.
В тропосфере воздух никогда не находится в спокойном состоянии. Имеются восходящие и нисходящие потоки воздуха, обусловленные различным нагреванием отдельных участков земной поверхности. В результате этих процессов тропосферы представляет собой электрически неоднородную среду, каждая точка которой характеризуется своими значениями температуры, давления, влажности и следовательно электрической проницаемости. Направленный исток энергии УКВ, посылаемый передающей антенной станции А, так называемая падающая волна, пронизывает толщину тропосферы и в виде проходящей волны, уходит в открытое пространство. Неоднородности воздушных масс, являющиеся одновременно неоднородностями диэлектрической проницаемости среды, рассеивают под небольшими углами и направлению падающей волны некоторую весьма небольшую часть энергии волн.
Часть рассеянной энергии при условии, что она оказывается направленной в сторону приемной антенны станции Б, используется для обеспечения связи между станциями А и Б.
Дальность радиосвязи с учетом нормальной тропосферной рефракции может быть вычислено формуле
Dрасс.» 4.12(Цh1(м)+2Цh2(м)+Цh3(м)) км (8.8)
Dрасс.max»1000 km.
Предельная дальность при тропосферной радиосвязи достигается при больших экономических затратах и только на уникальных стационарных линиях, где применяются особо мощные передатчики (мощностью в десятки кВТ.), высоконаправленные дорогостоящие антенны с весьма большими коэффициентами усиления и, соответственно, размерами, сверхчувствительные радиоприемные устройства и т.д.Обычно ограничиваются дальностью связи на интервалах не более 500км., в основном 200-300км.. На подвижных военных ТРЛ интервалы, как правило не превышают 120-200км.
Влияние ионосферы на распространение УКВ.
Известны случаи распространения метровых волн на расстояние в несколько тысяч километров. Причиной дальнего распространения УКВ метрового диапазона является рассеивание на неоднородностях ионосферы, обусловленных метеорной ионизацией «ионосферными ветрами» и другими явлениями. Сущность самого явления рассеивания электромагнитных волн от ионосферных неоднородностей такова же, как и при рассеянии от вихревых неоднородностей в тропосфере.
Такие ионизированные участки существуют лишь несколько секунд, а затем практически исчезают. Однако так как в атмосферу ежеминутно попадает большое число метеоритов, то можно осуществить достаточно эффективную (прерывистую) во времени связь, за появлением следов метеоритов наблюдает специальная радиосистема с небольшой излучаемой мощностью. Как только подходящий след обнаружен, включается мощный передатчик и сообщение «выстреливаются» с применением аппаратуры БД и СБД.
Классификация и структура военных радиорелейных линий.
а) Все радиорелейные линии в зависимости от области использования делятся на два класса:
- стационарные
- мобильные или передвижные (полевые).
К стационарным относятся радиорелейные линии, которые строятся на время многолетней эксплуатации. Станции расположены в специально оборудованных помещениях, приспособленных для рационального монтажа аппаратуры, удобства ее эксплуатации и профилактического обслуживания.
Стационарные радиорелейные линии являются, как правило, многоканальными (несколько десятков или сотен каналов ТЧ) и многоствольными, приспособленными для передачи любой информации.
Параметры этих линий и их построение должны строго соответствовать рекомендациям МККР и МККТ. Для интервалов линий выбираются оптимальные трассы и высоты поднятия антенных систем.
Стационарные радиорелейные линии делятся на линии большой емкости (600-2700 каналов ТЧ), средней емкости (60-600 каналов ТЧ) и малой емкости (до 60 каналов ТЧ).
В отличие от стационарных мобильные линии строятся на ограниченное время связи между заданными пунктами. Аппаратура станции монтируется в кузовах, которые перевозятся на шасси автомашин. Мобильные станции должны допускать быстрое развертывание и вхождение в связь. Однако при их строительстве, как правило, не удается обеспечить выбор оптимальных трасс и высот поднятия антенн, эксплуатируется аппаратура этих станций обычно в тяжелых климатических условиях. Поэтому такие линии связи являются в основном малоканальными.
б) По используемым средствам радиорелейные линии делятся на:
- радиорелейные линии прямой видимости;
- тропосферные радиорелейные линии.
В первом случае трасса выбирается так, что между антеннами соседних станций имеется прямая видимость и связь осуществляется за счет радиоволн, распространяющихся вдоль поверхности земли.
Во втором случае радиоволны достигают точки приема за счет рассеяния на неоднородностях тропосферы.
в) По предназначению радиорелейные линии делятся на:
- осевые радиорелейные линии;
- рокадные радиорелейные линии;
- радиорелейные линии привязки;
- радиорелейные линии прямой связи;
- радиорелейные линии дистанционного управления.
г) По способу уплотнения каналов и типу модуляции ВЧ колебаний передатчиков радиорелейные линии делятся на:
- радиорелейные линии с частотным уплотнением и частотной модуляцией ВЧ колебаний передатчиков;
- радиорелейные линии с временным уплотнением и передачей сообщений в аналоговой форме;
- радиорелейные линии, предназначенные для передачи сообщений в цифровой форме.
д) По диапазону используемых частот радиорелейные линии делятся на:
- радиорелейные линии метрового диапазона;
- радиорелейные линии дециметрового диапазона;
- радиорелейные линии сантиметрового диапазона;
- радиорелейные линии миллиметрового диапазона;
е) Структура военных радиорелейных линий.
Структура военных радиорелейных линий характеризуется следующими параметрами:
- протяженностью линии L;
- числом интервалов линии M;
- числом радиорелейных станций, образующих линию m;
- протяженностями интервалов линий Ri;
- средней протяженностью интервалов Rо.
Перечисленные параметры связаны соотношениями
L=SRI; R0=L/M; (8.9)
где m=M+1.
Эти параметры будут использованы в дальнейшем при практическом расчете радиорелейных линий
Для лучшего усвоения информации подведем итоги:
Военные радиорелейные средства связи классифицируются по ряду признаков. Различают:
- подвижные;
- стационарные;
- малоканальные;
- многоканальные.
К подвижным радиорелейным средствам связи относят военные РРС, оборудование которых размещается в унифицированных кузовах, смонтированных на шасси автомобилей или автоприцепов.
К стационарным радиорелейным средствам связи относят военные РРС, оборудование которых установленно на соответсвующем стационарном узле связи для постоянной работы.
К малоканальным радиорелейным средствам связи относят военные РРС, обеспечивающие развертывание линий связи с числом каналов ТЧ не более 12.
К многоканальным радиорелейным средствам связи относят военные РРС, обеспечивающие развертывание линий связи с числом каналов ТЧ более 12, но не более 60.
Структурная схема РРС и режим работы.
Подвижные военные РРС в своем составе содержат, как правило , два комплекта (полукомплекта) оборудования, что позволяет использовать РРС как в качестве оконечных, так и в качестве промежуточных станций РРЛ.
Структура и состав оконечной станции линии.
Они определяются по существу структурой и составом оборудования одного полукомплекта, который включает в себя (рисунок 2.1):
- оборудование высокочастотного(ВЧ) ствола (радиотракта);
- групповое оборудование;
- аппаратуру уплотнения (разделения) каналов, причем каждый из этих видов оборудования функционально подразделяется на тракты передачи (Пер) и приема (Пр). рис. 2.1. Структура оконечной РРС.
Оборудование ВЧ ствола содержит усилители радиосигналов (УсРС) радиопередающего (РПУ) и радиоприемного (РПрУ) устройств и элементы антенно-фидерного тракта, включающие дуплексирующее устройство (ДУ), фидер и антенну. Дуплексирующее устройство, называемое иногда блоком частотной развязки (БЧР), обеспечивает ведение передачи и приема одновременно по одному и тому же фидеру, через один и тот же облучатель антенны при различных частотах передачи и приема, но при одинаковой поляризации их волн. При работе без использования дуплексирующего устройства (если такой режим предусмотрен) передача и прием осуществляется по отдельным фидерам (штриховая линия на рисунок 2.1.) с различной поляризацией волн передачи и приема.
Групповое оборудование в тракте передачи содержит групповой усилитель (ГУ) и модулятор (М), обычно входящие в состав РПУ, а в тракте приема - демодулятор (Д) и групповой усилитель также, как правило, являющиеся составными элементами РПрУ.
В тракте передачи оконечной станции линии сигналы преобразуются в следующем порядке. На первом этапе модуляции в АУ из Nk сигналов ТЧ формируется групповой сигнал. На втором этапе модуляции в модуляторе колебания ВЧ (ПЧ) модулируется групповым сигналом, т.е. формируется многоканальный (МК) радиосигнал. Далее в усилителе радиосигнала РПерУ этот радиосигнал приводится к требуемому значению несущей частоты, усиливается до необходимой (заданной) мощности и поступает в антенно-фидерный тракт.
В тракте преобразование принятого многоканального радиосигнала происходит в обратном порядке, причем на первом этапе демодуляции в демодуляторе из многоканального радиосигнала выделяется групповой сигнал, а на втором этапе демодуляции в АУ тракта приема групповой сигнал разделяется на сигналов ТЧ.
На оконечных РРС линии второй полукомплект оборудования либо не используется (выключен), либо может использоваться совеpшенно независимо от дpугого, в качестве оконечной станции дpугой PPЛ, оканчивающейся на данном узле связи.
Структура и состав промежуточной станции линии.
Здесь функциониpуют оба полукомплекта аппаpатуpы, обеспечивая двустоpоннюю связь в два напpавления.
В том случае, когда на пpомежуточной станции не пpоизводится выделение (ответвление) каналов, т.е. станция является чисто pетpансляционной, в пpинципе на ней может быть использован (включен) любой из пpедусмотpенных в аппаpатуpе pежимов pетpансляции: