Приемопередающая аппаратура радиосвязи. Широкое использование в аппаратуре РРЛ получили гетеродинные приемопередатчики, которые построены на основе передатчика с преобразователем частоты и супергетеродинного приемника [2].

Упрощенная схема оконечной приемопередающей станции приведена на рисунке 6.6

Как следует из рисунка 6.2 и рисунка 6.6 групповой сигнал (ГС) от многоканальных систем передачи поступает на устройство объединения групповых сигналов (УОГС), представляющих собой волну фильтров. В этом устройстве могут объединяться ГС, расположенные в непересекающихся областях частот.

Далее сигнал усиливается в усилителе групповых сигналов (УГС), ограничивается по амплитуде в усилителе-ограничителе (АО) и подается на предыскажающий контур (ПК). Предыскажения вводятся с целью выравнивания отношения P_c/Р_ш по всему спектру ГС. В частотном модуляторе (ЧМ) производится модуляция промежуточной частоты ( F_пч обычно выбирается равной 70 МГц) групповым сигналом [11].

Полосу частот ВЧ тракта (П_чм), необходимую для пропускания ЧМ сигнала можно определить по формуле Карсона:

, (6.2)

где f_в – верхняя частота модулирующего сигнала.

Рисунок 6.6. Упрощенная структурная схема приемопередающего оборудования.

Эффективная девиация частоты на выходе модулятора, которая получается при подаче на вход любого телефонного канала измерительного синусоидального сигнала (с частотой 800 Гц) мощностью 1 мВт (нулевой уровень) называется эффективной девиацией на канал – Δf_к. Согласно рекомендациям МККР (ныне МСЭ) в современных многоканальных РРС в зависимости от числа каналов N используют ∆f_к, равные 200, 140 или 100 кГц. Обычно в процессе настройки аппаратуры величина ∆f_к выставляется при подаче на вход предыскажающего контура (ПК) вместо U_гр(t), измерительного сигнала с частотой, на которой предыскажения в ПК отсутствуют. Поэтому ∆f_к называют эффективным значением девиации, создаваемой измерительным уровнем сигнала одного канала ТЧ на частоте нулевых предыскажений.

, (6.3)

где К_чм – крутизна модуляционной характеристики; Р_изм = 1 мВт – средняя мощность измерительного сигнала на сопротивлении R. Поскольку, если U_гр(t) и измерительный сигнал выделяются на одинаковых сопротивлениях R, и , то

, (6.4)

где ∆f_э и ∆f_к измеряются в кГц, а Р_ср – безразмерная величина, численно равная Р_ср в мВт. Если выходное сопротивление измерительного генератора активно и совпадает с входным сопротивлением канала (600 Ом), то соотношение Р_ср/ Р_изм в дБ соответствует уровню

, (6.5)

откуда . Поэтому вместо (1.3.3) можно записать

. (6.6)

При N > 240, когда р_ср = -15 + 10 lg(N), дБ, в соответствии с (6.6) получаем или

,

В современных РРС с N=600 величины ∆f_к=200 кГц; при N = 1920 ∆f_к 140 кГц.

Практикум решения задач на применение формулы Карсона:

Найти полосу сигнала на выходе частотного модулятора РРЛ связи, если на его вход подается групповой сигнал от МСП-ЧРК типа К-300, Δf_к=250 кГц.

При решении задач подобного типа необходимо четко представлять себе структуру и параметры многоканальных сигналов с ЧРК. Вспомните на основе предыдущих разделов полосу пропускания сигнала на выходе оборудования К-300 (Вам понадобится значение верхней частоты группового спектра). А, зная число каналов в МСП можно определить эффективную девиацию частоты (формула 6.6 при N ≥ 240). Лучший Ваш помощник – здравый смысл, смотрите на реальность результата.

Частотная модуляция (ЧМ) позволяет обеспечить относительно высокую помехоустойчивость передачи сообщений [1]. При этом не требуется большая стабильность частоты передатчика. Мощность его используется весьма эффективно: она практически не зависит от характеристик сообщений на входе модулятора, пик-фактор всегда равен единице. Уровень сигнала на входе приемника может изменяться в достаточно широких пределах (на пример, при замираниях), не влияя на мощность полезного сигнала после демодулятора. Все это в целом объясняет широкое применение ЧМ на РРЛ, в спутниковых, тропосферных и других системах передачи. Вместе с тем частотной модуляцией свойственны и определенные недостатки: резкое снижение качества передачи, если отношение средних мощностей сигнала и шума на входе приемника (Р_с/Р_ш)_вх падает ниже некоторого порогового значения (пороговый эффект проявляется обычно при (Р_с/Р_ш)_вх ≤ 10); широкий спектр частот, который необходимо передавать по радиоканалу для нормального восстановления сообщений на выходе демодулятора; зависимость уровня шумов на выходе канала от мощности входного сигнала приемника (проявляется при замираниях); необходимость выравнивания качества работы разных телефонных каналов при их частотном разделении и другие.

При ЧМ нужен не просто широкополосный высокочастотный тракт, а тракт, амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) и характеристика группового времени запаздывания (ГВЗ) которого удовлетворяют весьма высоким требованиям. В противном случае сигнал на выходе демодулятора может недопустимо исказиться и, например, при многоканальной передаче сообщений методом ЧРК качество связи соответственно упадет за счет так называемых переходных помех: работе одного (любого) частотного канала будут в значительной мере мешать сигналы, спектр которых состоит из гармоник и комбинационных продуктов колебаний в других каналах.

В системах с ЧРК если не принять специальных мер, ЧМ не может обеспечит равные условия работы разных частотных каналов. Причем более высокочастотным сигналом, когда увеличивается F_в и уменьшается индекс m_э, соответствует меньшая помехоустойчивость. Увеличением мощности передатчика или группового сигнала U_гр(t) можно добиться необходимой помехоустойчивости и в верхнем частотном канале. Но при этом в средних и нижних каналах запас по мощности будет не оправданно высоким. В целом такой режим не выгоден как с экономической точки зрения, так и с точки зрения уменьшения внутри- и межсистемных помех. Поэтому, как отмечалось ранее, для выравнивания в различных каналах отношения сигнала к шуму прежде чем подать U_гр на модулятор, это напряжение подают на предыскажающий фильтр, модуль коэффициента передачи которого y(F) обеспечивает изменение уровней таким образом, что уровни передачи нижних каналов становятся меньше уровней передачи верхних частотных каналов. Если теперь с помощью усилителя (с равномерной частотной характеристикой) довести среднюю мощность модулирующего сигнала Р_ср до значения, определенного ранее для U_гр(t), то величина ∆f_э останется такой же, как и без предыскажения U_гр(t). При этом подбором y(F) можно сделать так, что уровни сигналов в верхних каналах нового модулирующего сигнала станут больше, чем у сигнала U_гр(t), а уровни сигналов в нижних соответственно меньше.

В системах с ЧМ сигнал U_гр(t) всегда подвергается предыскажению, а на выходе ЧД включают так называемый восстанавливающий контур с характеристикой обратной y(F). Этот фильтр не изменяет отношения сигнал-шум в отдельных каналах, но позволяет сделать более равномерным распределение уровней полезных канальных сигналов.

Характеристики предыскажающих и восстанавливающего контуров рекомендованы МСЭ. В общем случае характеристика предыскажающего контура хорошо аппроксимируется выражением

, (6.8)

где 0 ≤ F ≤ F_в, а F_в – верхняя частота модулирующего сигнала. Характеристика восстанавливающего контура приведена на рисунке 6.7.

Рисунок 6.7. Зависимость коэффициента передачи восстанавливающего контура от нормированной частоты F/F_в

Основное усиление сигнала осуществляется в усилителях промежуточной частоты (УПЧ). Тракт промежуточной частоты, используется для создания высокой избирательности при малых расстройках относительно границ полосы пропускания [12].

Для элементов тракта промежуточной частоты характерны следующие параметры: малая неравномерность АЧХ, группового времени запаздывания и дифференциального усиления в полосе частот точной коррекции; высокая степень входов и выходов сигнала промежуточной частоты в приемопередающей аппаратуре.

Мощный усилитель промежуточной частоты (МУПЧ) усиливает сигнал по мощности, необходимой для нормальной работы смесителя передатчика (СМпер). Модулированный сигнал промежуточной частоты после усиления смешивается в смесителе с высокостабильным колебанием генератора несущей частоты f_н. На выходе смесителя в ПФ выделяется сигнал с частотой передачи f_пер. Затем мощность этого сигнала усиливается в усилителе СВЧ до требуемого значения. В радиосистемах малой мощности (менее 1 Вт) усилитель СВЧ может не устанавливаться. Приемник радиоствола (рисунок 6.6) состоит из малошумящего усилителя сигнала СВЧ, преобразователя частоты, в который входят смеситель приемника (СМпр) и гетеродин приемника, и усилителя сигнала промежуточной частоты.

Гетеродин приемника включает в себя генератор сдвига (Гздв) и смеситель сдвига (СМсдв), в котором частота f_сдв смешивается с частотой несущей f_н. Таким образом частота гетеродина приемника (f_гет) отличается от частоты f_н на ± f_сдв, чем обеспечивается разнос частоты приема и передачи. Обычно f_сдв выбирается равной 213 МГц. На выходе смесителя приемника (СМпр) получается сигнал f_пч ± ∆f, который через полосовой фильтр (ПФ) подается на главный усилитель ПЧ (УПЧ-1), в котором осуществляется основное усиление сигнала и автоматическая регулировка (АРУ). Таким образом, уровень сигнала промежуточной частоты на выходе главного усилителя поддерживается постоянным в достаточно большом диапазоне изменений уровня принимаемого сигнала (в приемниках магистральных РРЛ достигает 46–50 дБ). Оконечный усилитель (УПЧ-2) имеет два выхода, один из которых используется для подачи сигнала на вход передатчика (ретрансляция сигнала на ПРС), второй – для выделения сигнала промежуточной частоты на УРС. В РРЛ с частотным уплотнением и ЧМ, обычно устанавливается усилитель-ограничитель, который подавляет паразитную АМ. При работе станции в режиме ретрансляции сигнал с выхода УПЧ-1 приемника поступает на вход МУПЧ передатчика. На оконечных (ОРС) и узловых (УРС) станциях, где осуществляется преобразование спектра сигнала до группового (ГС), сигнал ПЧ подается на вход УПЧ-2 и после ограничения по амплитуде в АО поступает на частотный детектор (ЧД). ГС с выхода ЧД после коррекции АЧХ в выравнивающем контуре (ВК) и усиления в УГС подается на вилку фильтров ДК устройства разделения групповых сигналов (УРГС).

Особенности трактов промежуточной частоты цифровых РРЛ заключаются в разных требованиях к полосам пропускания и точной коррекции частотных характеристик тракта, а также в повышенном требовании к линейности амплитудной характеристики активных элементов этого тракта [7].