РАДИОРЕЛЕЙНЫЕ ЛИНИИ СВЯЗИ

УСТРОЙСТВО И РАБОТА РАДИОРЕЛЕЙНЫХ ЛИНИЙ КАК «ПРОКЛАДЫВАЮТ» РАДИОРЕЛЕЙНЫЕ ЛИНИИ

Рще задолго до постройки зданий, антенных сооружений

И другого вспомогательного оборудования радио­релейных станций проводится большая работа по выбору трассы радиорелейной линии, числа и места расположе­ния ретрансляционных пунктов. От тщательности про­ведения этой работы во многом зависит в дальнейшем бесперебойная работа линии, а также стоимость ее эк­сплуатации.

Трассы радиорелейных линий далеко не всегда яв­ляются прямыми линиями между оконечными пунктами. В ряде случаев бывает выгодным использовать для раз­мещения промежуточных станций возвышенности и горы, даже в том случае, когда они расположены не­сколько в стороне от общего направления трассы. Учи­тывают также близость станций к линиям электропере­дачи, к железным и шоссейным дорогам.

Линия будет стоить тем дешевле, чем меньше на ней ретрансляционных пунктов и чем ниже антен­ные мачты при одновременном сохранении устойчивости связи.

С чего начинают «прокладку» радиорелейных линий?

Сначала намечают несколько вариантов трассы и мест расположения ретрансляционных станций, изучая топографические карты местности, где эта линия должна проходить. Однако выбрать лучший вариант можно, только тщательно изучив местность во время экспеди­ции. Наличие высоких зданий на пути радиолуча, не­точности на карте могут изменить первоначально приня­тое решение.

Во время экспедиции не только осматривают наме­чаемую трассу, но и проверяют минимальную вели­чину просвета между лучом и землей при намечаемых высотах расположения антенн. Если эта величина будет меньше нескольких метров, то при работе ли­нии возможны столь глубокие замирания сигналов, что связь на то или иное время может совершенно пре­кратиться.

«Касается» луч земли или нет, далеко не всегда можно определить с помощью оптических приборов. Мы по собственному 01*ыту знаем, как редко воздух бывает так чист и прозрачен, что предметы хорошо видны на расстоянии нескольких километров. Обычно либо низ­кая облачность, либо туман или дымка сильно огра­ничивают дальность отчетливой видимости. В послед­нем случае оптическими приборами воспользоваться нельзя.

Однако и при правильном выборе высот антенн еще ряд неожиданностей подстерегает проектировщика ли­нии. Например, сильное влияние на бесперебойность связи по будущей радиорелейной линии оказывает ха­рактер поверхности земли между ретрансляционными станциями.

В некоторых случаях земля подобно зеркалу хо­рошо отражает падающие на нее радиоволны. Тогда к приемной антенне могут «подойти» с тем или иным запаздыванием друг относительно друга радиоволны, пришедшие от передающей антенны прямым путем и от­раженные от земли, причем отраженных волн может быть несколько. И вот здесь бывают такие случаи, когда эти волны «вычитаются» или «складываются» друг с дру­гом так, что результирующий сигнал в приемной антенне ослабляется и даже исчезает совсем. В других случаях сложение волн приводит, наоборот, к увеличению сиг­нала.

Это явление наложения радиоволн, пришедших раз­ными путями, называется интерференцией. При величине просвета в несколько метров на сантиметровых волнах прямая и отраженная волны обычно складываются. Однако при благоприятных атмосферных условиях (обычно в жаркий безветренный солнечный летний день) прямой луч может несколько запоздать, в результате чего произойдет не сложение прямой и отраженной вол­ны, а их вычитание, т. е. произойдет глубокое замира­ние сигнала.

Для устранения этого явления стремятся трассу выбрать так, чтобы отраженный луч был значительно слабее прямого. Лучшими с этой точки зрения являются пересеченная местность, а также местность, покрытая деревьями и кустарниками. Наихудший случай, т. е. когда отраженный луч по силе равен прямому, полу­чается, когда между радиорелейными станциями имеется большая водная поверхность, например море или круп­ное водохранилище.

Однако окончательные выводы о пригодности той или иной трассы можно сделать после проведения дли­тельных и детальных радиоизмерений.

С этой целью устанавливаются на выбранных для антенных башен местах временные мачты (рис. 14,а), на которых укрепляют антенны такого же размера, какие будут применяться на радиорелейной линии (рис. 14,6). Одна антенна присоединяется к передатчику, другая — к приемнику, и между этими временными радио­релейными станциями устанавливается радиосвязь. На передающей стороне мощность передатчика поддержи­вается постоянной, а на приемной — непрерывно запи­сывается величина принятого радиосигнала. Такие изме­рения проводятся при различных высотах расположения как приемной, так и передающей антенн.

Когда антенны располагаются у самой поверхности земли, принимаемый сигнал оказывается слабым или совсем отсутствует. Но по мере увеличения высоты рас­положения обеих антенн принятый сигнал постепенно

Рис. 14. Мачта высотой 70 метров для испытатель­ной аппаратуры (слева) и установка антенны с прием­ником на мачте (справа).

Увеличивается, пока не достигнет своего максимального значения. В этом случае радиолуч уже не «касается» земли где-то между передающей и приемной станциями и величина просвета между лучом и землей составляет 5—15 метров.

После этого антенны закрепляют на определенной таким образом высоте.

Подобные измерения повторяются несколько раз, чтобы исключить ошибки, связанные с неточностью установки антенн (радиолуч от передающей антенны должен быть точно направлен на приемную), с измене­нием метеорологических условий и т. д.

Необходимо также исследовать глубину замираний, обусловленных изменениями метеорологических усло­вий. Для этого записываются уровни принимаемого сиг­нала в течение нескольких дней и даже иногда месяцев.

Анализ этих записей — дело весьма кропотливое и сложное. Поэтому запись величины принимаемого сигна­ла производится автоматически с помощью прибора «анализатора замираний». Анализатор замираний изме­ряет те части общего времени и число случаев, в тече­ние которых принятый сигнал падает ниже определен­ных значений. Кроме того, при проектировании радио­релейных линий обычно требуется знать величину мощ­ности радиоволн в антенне приемника, ниже которой принимаемый сигнал падает в течение 1% или 0,1% от полного времени проведения измерений. Все эти под* счеты автоматически осуществляет анализатор зами­раний.

Если полученные данные не укладываются в соответ­ствующие нормы, приходится поднять антенны, а иногда и сменить место ретрансляционной станции.

Наконец, подобные измерения служат для определе­ния правильности ориентировки антенных систем после того, как они уже установлены. Последнее особенно не­обходимо на волнах сантиметрового диапазона, так как обычно применяемые антенны дают радиолуч шириной в несколько градусов и точное выравнивание чрезвы­чайно важно. Посмотрите, на транспортир, велик ли угол в 1—2 градуса? А неправильная всего лишь на 1—2 градуса установка огромной антенны, имеющей размеры в несколько метров, может привести к тому, что радио­луч пройдет мимо приемйой антенны, и условия связи резко ухудшатся.

После проведения этой сложной и многообразной ра­боты на всех участках радиорелейной линии можно приступить к строительству станций и монтажу на них радиотехнического и вспомогательного оборудования.

Все радиостанции радиорелейной линии можно разде­лить на три группы. Это оконечные станции, располо­женные по концам линии, промежуточные необслужи­ваемые и главные промежуточные станции, где находится обслуживающий персонал и где происходит выделение части каналов, т. е. осуществляется переход на другие радиорелейные линии или другие линии связи.

Работа радиорелейной линии в общем виде (рис. 15) может быть представлена так: низкочастотные сигналы от телефонных, телеграфных, радиовещательных и теле­визионных станций объединяются в оконечной многока­нальной аппаратуре уплотнения в сложный суммарный сигнал.

Этот сигнал поступает в модуляционное устройство, воздействующее на высокочастотные электрические токи, вырабатываемые передатчиком. Модулированные вы­сокочастотные сигналы последнего с помощью острона­правленной антенны излучаются в виде тонкого луча, подобного лучу светового прожектора, в сторону про­межуточной станции. На промежуточной станции при­нятая часть приходящего сигнала усиливается и пере­дается дальше через последующие промежуточные пунк­ты на противоположную оконечную станцию. На главных промежуточных станциях в аппаратуре выделения, рас­положенной между приемником и передатчиком, можно выделить из линии или добавить в нее часть каналов.

На оконечной станции принимаемый сигнал подвер­гается демодуляции и поступает на оконечную много­канальную аппаратуру уплотнения, где разделяется спе­циальными фильтрами на составные части, поступающие в соответствующие каналы звуковой частоты и каналы телевидения, т. е. на телефонные, телеграфные и теле­визионные станции.

Подобным же образом осуществляется передача и в обратном направлении.

Цепочка станций с комплектом высокочастотной ап­паратуры (приемник-передатчик), работающий в одном направлении, называется высокочастотным стволом радиорелейной линии. По одному стволу в настоящее время можно передавать несколько сотен одновременных телефонных разговоров, либо телевизионную программу

Телешин.

Станция

И!
Оконечная Станция	Промежуточная Станция
Промежуточная Станция

Гладная

Промежуточная

Станция

Рис. 15. Скелетная схема радиорелейной линии связи.

И часть телефонных переговоров, или, другими словами, в одном стволе может быть цесколько сотен телефон­ных каналов или один телевизионный.

Таким образом, для осуществления многоканальной связи в двух противоположных направлениях каждая промежуточная станция должна иметь два передатчика и два приемника (по одному в каждом направлении) и четыре антенны, а оконечная станция — один передат­чик и один приемник и соответственно только две ан­тенны.

На радиорелейных линиях применяются очень широ­кополосные антенны, позволяющие передавать и прини­мать одинаково хорошо сигналы, различающиеся по частоте на 300—500 мегагерц. Так как основную часть стоимости радиорелейной линии составляют не приемо­передатчики, а затраты, связанные с выбором трассы, строительством зданий, антенных систем и мачт, основ­ного и резервного силового оборудования, системы авто­матики и сигнализации, телеуправления и т. п., то эко­номически целесообразно строить линии на несколько высокочастотных стволов, имеющих свои собственные несущие частоты и свои собственные передатчики и приемники на каждой ретрансляционной станции. Один - два из них могут быть резервными. Сложный сигнал, состоящий из нескольких модулированных несущих частот всех высокочастотных стволов, принимается об­щей приемной антенной ретрансляционной станции и поступает в блок разделяющих фильтров, где несущие частоты разделяются и направляются к своим прием­никам.

По составу оборудования главные промежуточные станции равны удвоенным оконечным станциям, если на них осуществляется выделение или введение части ство­лов и каналов.

Характерной особенностью всех радиорелейных стан­ций является то, что все передаваемые несущие частоты отличаются от принимаемых. Это сделано для уменьше­ния влияния излучаемых сигналов на принимаемые* Обычно в каждом высокочастотном стволе несущие ча­стоты сдвинуты друг относительно друга на 20—40 мега­герц, которые попеременно на одной станции вычита­ются, а на следующей прибавляются. В результате несу - щая частота каждого высокочастотного ствола сдвигается не более чем на 20—40 мегагерц. Для другого на­правления этого же высокочастотного ствола принима­ются те же частоты, но вычитание и прибавление к ним 20—40 мегагерц происходит так, чтобы на одной ре­трансляционной станции передавалась в обе стороны одна частота, а принималась с обоих же направлений частота, сдвинутая относительно излучаемой на те же 20—40 мегагерц. Взаимное влияние сигналов, приходя­щих с противоположных направлений, отсутствует бла­годаря хорошей направленности антенн. На метровых волнах чаще всего передача и прием с противоположных направлений также ведутся на разных частотах. Почему это делается, мы узнаем ниже.

Большинство промежуточных станций магистральной радиорелейной линии обычно полностью автоматизиро­ваны и телемеханизированы. Управление ими осущест­вляется чаще всего с оконечной или главной промежу­точной станции, где находится обслуживающий персо­нал, посещающий автоматические станции лишь для периодических осмотров и ремонтов, а также в случае аварии. Обычно между двумя соседними главными про­межуточными станциями имеются две-три необслужи­ваемых.

Все станции связываются телефонной линией, обе­спечивающей передачу нескольких сигналов неисправ­ностей в случае аварии на автоматически действующей станции. Кроме того, по служебным телефонным кана­лам передаются такие данные, как величина мощности на выходе передатчика, напряжения питания радиоламп, сигналы неисправности системы обогрева антенн (про­тив обледенения) и других узлов станции. Включение и выключение аппаратуры необслуживаемой станции также производится из пунктов нахождения обслужи­вающего персонала.

Стоимость приборов автоматизации и телемеханиза­ции оказывается меньше, чем добавочные расходы на содержание персонала, необходимого для наблюдения за аппаратурой во время работы линии.

Одним из основных недостатков радиорелейных ли­ний является большое количество ламп — несколько со­тен и даже тысяч на протяжении всей линии. Поэтому приходится принимать ряд мер для повышения надеж­ности работы всей линии. С этой целью ка каждой ре­трансляционной станции устанавливаются резервные комплекты приемников и передатчиков с включенным накалом ламп, автоматически вступающие в действие взамен выбывших из строя за время в несколько десят­ков миллисекунд (тысячные доли секунды), т. е. прак­тически без перерыва связи.

Установка таких дополнительных комплектов не на­много увеличивает стоимость всей радиорелейной линии.

Чтобы в случае аварии на одной станции не зани­мать резервный ствол на всей линии, последняя разде­лена на секции, состоящие из двух-трех ретрансляцион­ных участков. На концах каждой секции, т. е. на глав­ных промежуточных станциях, расположенных на рас­стоянии 150—200 километров друг от друга, имеются переключатели. Таким образом, при неисправности при­емопередатчика в какой-либо секции или при профилак­тическом осмотре резервный канал включают не на всем протяжении линии, а только на данной секции.

Чаще всего аппаратура необслуживаемой станции получает питание от сети переменного тока. В случае перерыва подачи электроэнергии нагрузку берут на себя аккумуляторные батареи, от которых работает преобра­зователь постоянного тока в переменный. Через три - пять минут работы батарей, если электроэнергия в сети продолжает отсутствовать, автоматически пускается двигатель внутреннего сгорания (дизель), соединенный с электрогенератором. Если по каким-либо причинам двигатель не запускается, ретрансляционная станция продолжает работать от аккумуляторов. Последние обе­спечивают ее электроэнергией в течение нескольких ча­сов, достаточных для прибытия обслуживающего персо­нала с главной промежуточной станции и устранения неисправности.

Повреждения, вызывающие реакцию системы сигна­лизации, разделяются на важные и второстепенные. Си­стема контроля, сигнализации и управления построена так, что при важном повреждении, например при вы­ходе из строя основных ламп передатчика или прием­ника, соответствующий блок немедленно заменяется исправным из резервного комплекта оборудования или включается в работу секция резервного ствола, тогда как второстепенные повреждения вызывают только сра­батывание предупреждающей сигнализации.

Радиотехническое оборудование оконечных станций (телевизионной и телефонной) такое же, как и на про­межуточной ретрансляционной станции. Единственным отличием является отсутствие связи между приемником

И передатчиком, а также наличие многоканальной аппа­ратуры уплотнения как для передачи, так и для приема.

Здания, в которых размещается радиотехническое и вспомогательное оборудование радиоретрансляционных станций, обычно представляют собой небольшие одно-, двухэтажные постройки, в непосредственной близости от которых устанавливаются антенные мачты.

На рис. 12 изображена антенная мачта высотой 60 метров, выполненная из стальных конструкций. Наверху ее расположены линзовые антенны с размерами выход­ного отверстия примерно 3X3 метра. Приемники и пере­датчики находятся в здании, построенном у основания мачты. С приемо-передатчиками антенны соединены при помощи волноводов, представляющих собой металличе­ские трубы, внутри которых электромагнитные волны распространяются с очень небольшим затуханием.

Другой тип ретрансляционной станции показан на рис. 16. Это высокое железобетонное здание. Прием­ники и передатчики размещаются на верхнем этаже, благодаря чему потери в волноводах, соединяющих их с антеннами, малы. На остальных этажах располагается силовое и другое вспомогательное оборудование, поме­щения для обслуживающего персонала (на неавтомати­ческих станциях) и т. д.