РАДИОРЕЛЕЙНЫЕ ЛИНИИ СВЯЗИ

ПРИЕМНИКИ И ПЕРЕДАТЧИКИ

На одном участке ретрансляции даже при использо­вании остронаправленных антенн радиосигнал ослабля­ется более чем в сто миллионов раз. Естественно, что каждая радиорелейная станция должна восполнить это ослабление, т. е. во столько же раз усилить принятый сигнал. Более того, усилители должны иметь запас уси­ления еще в 500—1000 раз, чтобы скомпенсировать воз­можные замирания сигнала на трассе.

С другой стороны, приемники и передатчики радио­релейных станций не должны вносить добавочных иска­жений сигнала. Ведь на некоторых линиях может быть до сотни ретрансляций. И если при каждой из них сигнал будет заметно искажаться, то в конце линии он станет совершенно «неузнаваемым» и непригодным для исполь­зования. Это обстоятельство чрезвычайно усложняет за­дачу создания приемных и передающих устройств.

На длинных, средних и коротких волнах, т. е. на вол­нах длиннее 10 метров, сравнительно несложно построить усилители с большим усилением. Иное положение на ультракоротких волнах.

Задача усиления радиосигналов дециметровых и в особенности сантиметровых волн несравненно более слож­ная. Обычные приемно-усилительные лампы, т. е. лампы вещательных радиоприемников и телевизоров, пере­стают эффективно усиливать на частотах выше 30— 100 мегагерц (на волнах короче 10—3 метров). С повы­шением частоты усиление становится все меньше и мень­ше, пока на некоторой частоте не станет равным едини­це. Эго уменьшение усиления с частотой происходит тем быстрее, чем шире полоса, которую необходимо усили­вать. Последняя, как мы знаем, в магистральных радио­релейных линиях составляет 10—20 мегагерц в каждом высокочастотном стволе.

Специальных ламп, пригодных для получения боль­шого усиления сантиметровых и дециметровых волн, дол­гое время не было. Однако радиорелейные линии строи­лись и успешно работали. Как же вышли из этого поло­жения?

Решили использовать оправдавший себя способ пре­образования частоты, с успехом применяющийся в со­временных высококачественных радиовещательных при­емниках и телевизорах. Цель преобразования частоты заключается в том, чтобы усиление сигналов, переда­ваемых по радиорелейной линии, происходило не на высоких частотах, где усилители работают неэффектив­но, а на более низких, так называемых промежуточных частотах. Последние в 3—4 раза больше тех модули­рующих частот, которые образуются в аппаратуре уплотнения после объединения сигналов, передаваемых в каждом канале. С другой стороны, промежуточная ча­стота в 10—40 раз меньше несущей частоты.

Так же как и модулятор, описанный в первой гла­ве, преобразователь частоты имеет две входных элект­рических цепи и одну выходную. По одной из входных цепей на преобразователь поступает модулированный сигнал сверхвысокой частоты, принятый антенной радио­релейной станции, а по другой — сверхвысокочастотный переменный ток постоянной амплитуды и частоты от специального генератора, называемого гетеродином (отсюда и название — «супергетеродинные» приемники). Частота - сигнала гетеродина должна быть больше или меньше несущей частоты как раз на величину промежу­точной частоты. На выходе преобразователя возникает сигнал промежуточной частоты, модуляция которого со­вершенно идентична модуляции сверхвысокочастотной несущей.

Рассмотрим теперь схему приемо-передатчика про­межуточной радиорелейной станции с частотной моду­ляцией (рис. 21). Внешний вид его показан на рис. 22.

После разделяющего фильтра сложный сигнал высо­кочастотного ствола поступает на вход преобразователя, куда подаются также колебания гетеродина. С выхода преобразователя сигнал промежуточной частоты, рав­ной 30—70 мегагерцам, подается на вход усилителя про­межуточной частоты, усиливается им и поступает в мо­дулятор передатчика, являющийся по сути дела обрат­ным преобразователем частоты. В усилителе промежу­точной частоты имеется автоматическая регулировка усиления, обеспечивающая постоянство выходного сиг­нала при значительных колебаниях мощности входного от своего нормального значения. После модулятора пе­редатчика сигнал модулированной несущей частоты уси­ливается в усилителе сверхвысоких частот, имеющем 3—4 лампы, до одного или нескольких ватт, проходит фильтры, соединяющие высокочастотные стволы и иден­тичные с разделяющими, и излучается передающей антенной.

Таким образом, передатчик состоит из модулятора и усилителя сверхвысокой частоты. Общее их усиление много меньше усиления усилителя промежуточной час­тоты.

Здесь следует отметить, это частота гетеродина пе­редатчика, поступающая в выходной преобразователь,

Отличается от частоты гетеродина приемника на 20—40 мегагерц. В результате модулированный сигнал, идущий в передающую антенну, отличается от принимаемого сиг­нала по частоте на эти же 20—40 мегагерц. Последнее, как мы знаем, необходимо для устранения влияния пере­дающей антенны на приемную.

Сдвиг несущей частоты передатчика относительно не­сущей частоты принимаемого сигнала получается благо­даря применению еще одного преобразователя.

Гетеродин у передатчика и приемника общий. Одна часть его выходной мощности поступает непосредствен­но в преобразователь приемника, другая — на вспомо­гательный преобразователь сдвига. На вход последнего подается еще сигнал специального генератора, генери­рующего частоту сдвига, равную 20—40 мегагерц. На выходе преобразователя сдвига можно выделить либо суммарную частоту (гетеродина плюс сдвига), либо раз­ностную. После усиления переменный ток этой суммар­ной или разностной частоты поступает на модулятор пе­редатчика. Если на одной станции используют суммар­ную частоту, то на соседней — разностную, на следую­щей опять суммарную и т. д.

Выходная мощность передатчика очень невелика: всего лишь порядка ватта. Для сравнения напомним, что мощность лампочки карманного фонарика тоже составляет один ватт. Можно ли представить, какую ничтожную мощность радиоволн улавливает приемник, если она в сто миллионов и более раз меньше мощности карманного фонарика? Что же ограничивает дальней­шее допустимое уменьшение этой мощности, или, иными словами, что ограничивает чувствительность прием­ника?

Оказывается, ограничивают чувствительность прием­ника помехи, источником, которых он сам и является. Радисты называют эти помехи собственным шумом приемника.

Шум представляет собой электрические колебания со сплошной полосой частот и с хаотически меняющими­ся амплитудами на каждой частоте. Поэтому никакими фильтрами его не отфильтруешь. Одним из основных источников шумов является тепловое движение элект­ронов.

Можно провести простой опыт: отключим работаю­щий приемник от антенны. Тогда он будет усиливать только собственные шумы. На выходе, приемника эти шумы будут мало заметны. Но если их усилить с по­мощью добавочного усилителя, то они станут достаточ­но сильными. Если подать этот усиленный сигнал на ап­паратуру уплотнения, то в каждом канале мы услышим сплошное и громкое гудение и шипение. Если бы полез­ный сигнал был столь слабым, что его амплитуда рав­нялась бы средней амплитуде шумов, то мы сквозь шум ничего не смогли бы разобрать в передаваемом сооб­щении.

Аппаратуру радиорелейных линий конструируют так, чтобы мощность принимаемого сигнала была не менее чем в несколько сотен раз больше мощности шумов. Стремятся, кроме того, уменьшить и собственные шумы приемника.

С другой стороны, искажения сигнала получаются малыми, если на промежуточных радиорелейных стан­циях отсутствует демодуляция до звуковых частот и последующее их усиление, чтобы можно было осущест­вить* повторную модуляцию несущей. Это еще одна при­чина, почему на радиорелейных станциях применяются описанные выше супергетеродинные приемники, в кото­рых сигнал промежуточной частоты не демодулируется с помощью детекторов до поднесущих, а только усили­вается во столько раз, сколько необходимо для преоб­разования частоты в ретранслирующем передатчике. Таким образом, основная часть всего усиления станции (порядка миллиона раз по мощности) осуществляется на промежуточной частоте, а повторная модуляция вы­сокочастотной несущей производится в виде пробразова - ния частоты без непосредственного участия звуковых частот каналов.

На оконечных станциях приемники и передатчики разделены. После усилителя промежуточной частоты приемника сигнал подается на приемную часть аппара­туры уплотнения для детектирования и разделения ка­налов. Передаваемые сигналы из аппаратуры уплотне­ния подаются сразу на модулятор передатчика.

Самым существенным недостатком приемо-передат - чиков описанного выше типа является большое количе­ство ламп (несколько десятков на каждый высокочастот­ный ствол), а следовательно, сложность, и поэтому и сравнительно невысокая надежность работы. Приходится применять меры, о которых было рассказано выше, чтобы не было перерывов связи из-за выхода ламп из строя. Все же путем значительного усложнения системы резервирования удается получить надежно действующие и высококачественные системы.

На первых радиорелейных линиях основная часть усиления промежуточных станций приходилась на уси­лители промежуточной частоты потому, что в то время не было широкополосных усилителей сверхвысокой ча­стоты. Широкополосные усилители сантиметровых и де­циметровых волн нужны не только в радиорелейной тех­нике. Необходимы они в радиолокации и в радиоастро­номии и для других применений сантиметровых волн. Поэтому, столкнувшись с такой проблемой, большие кол­лективы ученых и инженеров целых институтов и лабо­раторий во многих странах мира начали работать и ра­ботают по сей день над созданием усилителей сверх­высоких частот.

Развитие электроники [31]) сверхвысоких частот шло двумя различными путями. Одни, применяя последние достижения технологии и точной механики, стремились улучшить обычные приемо-усилительные лампы и за­ставить их работать на все более коротких волнах. Дру­гие взялись за разработку совершенно новых электрон­ных приборов. Им удалось благодаря использованию но­вейших открытий в области радиофизики получить ре­зультаты, недостижимые на первом пути.

Однако и обычные лампы удалось серьезно улучшить. Например, в США был разработан и использован в вы­ходных каскадах передатчиков радиорелейных линий триод; который работал на волнах до 7,5 сантиметров. Принципиально он не отличается от входных ламп уси­лителя промежуточной частоты. Усиление, которое мо­жет быть получено на одной такой лампе в полосе 20 ме­гагерц, составляло около 5 раз. После преобразователя передатчика приходилось последовательно ставить

3— 4 лампы, чтобы получить в антенне 1 ватт выходной мощности. В этой лампе широко применяется золото и платина, размеры деталей и расстояния между ними из­меряются микронами. Сборка лампы производится поч­ти все время под микроскопом. В сборочных цехах не­обходимо поддерживать постоянные температуру и влажность.

Из множества новых усилительных приборов сверх­высоких частот, в которых используются разные прин­ципы и которые далеко не одинаково пригодны для ра­боты в радиорелейных линиях, назовем один их класс, а именно лампы бегущей волны. Использование послед­них в радиорелейных линиях коренным образом упро­щает и удешевляет радиорелейную аппаратуру, и в самые ближайшие годы все магистральные радиорелей­ные линии будут работать на лампах бегущей волны (ЛБВ).

Исторически ЛБВ появились примерно в одно время с первыми радиорелейными линиями. Однако усилители этого типа до последнего времени не применялись в них, так как не удавалось сделать лампы бегущей волны с малой величиной собственного шума.

В лампе бегущей волны усиление осуществляется на несущей частоте радиорелейной линии. Одна лампа дает усиление мощности высокочастотного сигнала от 100 до 3000, так что весь приемо-передатчик может иметь их

Всего лишь три или четыре. Одна из этих ламп бегущей волны должна быть преобразовательной для получения «сдвига» передаваемой полосы частот относительно при­нимаемой. Даже в режиме преобразования ЛБВ усили­вает сигнал, хотя и несколько меньше, чем в режиме уси­ления.

Скелетная схема приемо-передатчика промежуточ­ной станции при использовании ЛБВ имеет очень прос­той вид (рис. 23).

Основным достоинством ЛБВ, кроме большого уси­ления, является чрезвычайно большая широкополосность. Одна лампа без перестройки может усиливать в десяти­сантиметровом диапазоне сигналы, отличающиеся по частоте на сотни мегагерц.

Уже сейчас технически возможны лампы бегущей волны, которые на промежуточных станциях радиорелей­

Ных линий будут усиливать сигналы сразу всех высоко­частотных стволов. Пока же на каждый ствол прихо­дится ставить свой усилитель на лампах бегущей волны, собранный по схеме, изображенной на рис. 23.

Уже сейчас на ряде старых линий производят заме­ну устаревшей аппаратуры на новую, оснащенную лам­пами бегущей волны, например, на американской линии, где раньше применялись сверхвысокочастотные триоды, описанные выше.