книги / Устройство, эксплуатационно-техническое обслуживание и ремонт станционного оборудования радиорелейных линий связи

шумов.

Вначале измеряют собственные шумы приемника при выклю­ ченном ГШ (рис. 112). Его заменяют эквивалентной нагрузкой, подключенной к входу приемника. Выход приемника через атте­ нюатор соединяют с измерительным прибором — высокочастот­ ным вольтметром или анализатором спектра.

Показания прибора и значение затухания аттенюатора запи­ сывают. Затем, вместо эквивалентной нагрузки к входу приемника подключают ГШ с известным значением избыточной мощности шума и изменяют затухание аттенюатора так, чтобы на шкале измерительного прибора были те же показания, что и при первом измерении. Коэффициент шума рассчитывают на основе известной •мощности шума на выходе ГШ и введенного значения затухания аттенюатора.

Коэффициент стоячей волны измеряют автоматическим изме­ рителем КСВ — прибором Р-2 (рефлектометром). Стоячая волна образуется в результате взаимодействия падающей и отраженной волн электромагнитной энергии. Отраженная волна возникает при неполном согласовании антенно-волноводного тракта с ан­ тенной, с выходом передатчиа или с входом приемника, а также при наличии неоднородностей в волноводе.

Для измерения КСВ от входа ВЧ-стойки отсоединяют ветвь горизонтального участка волновода и к ней подключают прибор Р-2, в котором имеются два направленных ответвителя (рис. 113). Один ответвитель ПВ соединен с генератором сигнала ГС, второй ОВ — подсоединен к волноводу В. Вначале делают короткое за­ мыкание для электромагнитной энергии (ставят отражатель в точке /) и при включенном генераторе ГС калибруют прибор. В этом случае энергия падающей волны Е пв равна энергии отра­ женной волны Е ов Затем отражатель снимают и на индикаторе Я, подключенном к выходу измерителя отношений ЯО, фиксируют значение КСВ. Оно не должно превышать 1, 2 . Стоячую волну в виде синусоиды можно наблюдать и на осциллографе ОС, а КСВ определяют по амплитуде синусоиды.

1.Какими сигналами и когда включается аппаратура автоматического резер­ вирования стволов?

2.На каких РРС ретрансляция осуществляется по низкой частоте, а на каких —

по промежуточной?

3. Что такое пассивный ретранслятор и для чего его применяют?

4.Поясните назначение и устройство кольцевого антенного директора.

5.Что такое остаточное затухание эталонной цепи?

6.Что такое АЧХ и как ее снимают?

7.Что такое ФЧХ и как ее снимают?

8.Каковы источники шумов в радиорелейном канале связи?

9.Укажите особенности воздействия шумов на ТВ каналы.

10.Как измеряют коэффициент стоячей волны?

ГЛАВА 10

АНТЕННО-ФИДЕРНЫЕ СИСТЕМЫ

Антенна служит для излучения и приема электромагнитных волн. Линия связи антенны с радиопередатчиком (радиоприемником) называется фидером (фидер­ ным трактом).

В радиорелейных станциях конструкция антенн и фидерных трактов сложнее конструкции соответствующих устройств радио­ станций, поэтому их называют системами (АФС), как и в радио­ локационных станциях.

Антенны различных типов обладают различными свойствами, различными характеристиками (параметрами), причем характе­ ристики антенны при работе ее в качестве передающей сохраня­ ются и при работе ее в качестве приемной. Рассмотрим кратко основные параметры антенн.

Диаграмма направленности (ДН) — это угловое распределение мощности излучения (напряженности поля).

Ее обычно изображают графически в полярной системе коор­ динат в горизонтальной (рис. 114), а иногда и в вертикальной плоскости. Направление максималь­ ного излучения называют главным и соответствую­ щий ему лепесток — глав­ ным. Остальные лепест­ ки — боковыми, а под уг­

гии попадает обратно в облучатель и фидер, ухудшая параметры антенны и согласование ее с фидером.

Этот недостаток в меньшей степени проявляется в двухзер­ кальной параболической антенне с гиперболическим переизлучателем (АДГ), которая отличается от ПА наличием второго зер­ кала 3 (переизлучателя). Диаметр переизлучателя составляет

этой антенне находится в центральном отверстии первого зер­ кала.

Еще меньше обратная реакция зеркала на облучатель в двух­ зеркальной антенне с эллиптическим переизлучателем (АДЭ) (рис. 115, в ). Второе зеркало 3 здесь имеет форму конуса, поверх­ ность которого образована вращением отрезка эллипса MN во­ круг оси симметрии антенны АА. Первый фокус эллипса F\ совпа­ дает с центром облучателя 2, второй F2 — описывает окруж­ ность (при вращении отрезка MN). Первое зеркало образовано вращением отрезка ОБ параболы вместе с ее фокальной осью 0 0 вокруг оси АА (фокальная ось первого зеркала и ось симметрии антенны здесь не совпадают, поэтому такую антенну называют иногда неосесимметричной. Таким образом, фокус первого зеркала тоже описывает окружность. При правильно собранной и отъюсти­ рованной антенне эти две окружности должны совпадать.

Такие антенны сложнее симметричных параболических антенн, но зато они лучше согласуются с фидером, у них лучше исполь­ зуется отражающая поверхность первого зеркала и основные па­ раметры их лучше. Так, у АДЭ КУ«43 дБ, /Сзд~ 6 5 7 0 дБ,

0 0 .5 < 2 °

Примерно такие же параметры имеет рупорно-параболическая антенна (РПА), которая является асимметричной (т. е. не имеет оси симметрии). Она образована плавным переходом рупорного облучателя 2 в отражающее зеркало 1 (рис. 116, а). Недостатком такой антенны является большая парусность и, как следствие этого,— большие ветровые нагрузки.

Антенны РРЛ располагают обычно довольно высоко (до 100 м), и если при этом приемно-передающая аппаратура нахо­ дится не около антенны, а на земле (в здании), то требуется до­ вольно длинный фидер. А чем длиннее фидер, тем больше в нем потери. В таких случаях применяют перископическую антенну (ПАС), состоящую из двух зеркал 1 (рис. 116,6)— верхнего и нижнего. Нижнее зеркало представляет собой часть эллипсоида вращения, один из фокусов F\ которого совпадает с центром об­ лучателя 2. Верхнее зеркало плоское. Его располагают во втором фокусе F2 эллипсоида на необходимой высоте (на мачте).

Параметры антенны зависят от расстояния между верхним

5, внутренний провод 6 которого соединен с началом спирали, а внешний — с экраном.

Максимальное излучение антенны — вдоль оси спирали, диа­ метр которой составляет (0,25-^0,45)^, КУ зависит от длины спи­ рали, ее шага, числа и диаметра витков и равен примерно 13 дБ.

Ширина Д Н «25° и более, /Сзд~ 20 дБ. Достоинством спиральной антенны является ее диапазонность (широкая полоса пропуска­ ния).

§35. Фидерные тракты

Врадиорелейных станциях электромагнитная энергия от передатчика к антенне (или от антенны к приемнику) передается по специальной линии, называемой фидерным трактом.

Использовать для этой цели обычные двухпроводные линии нельзя, так как длина волны электромагнитных колебаний X здесь не только соизмерима с длиной линии, но и значительно

Известно, что если линия, по которой передаются электричес­ кие (электромагнитные) колебания, соизмерима или больше дли­ ны волны этих колебаний, то в ней возникают особые процессы, которые заметно влияют на эффективность передачи энергии, потери и т. п.

Такай линия называется длинной (даже если ее размеры 5 см) и, если ее не экранировать, хорошо излучает электромагнитную энергию, а свою основную функцию — передачу этой энергии к нагрузке (на вход антенны или на вход приемника) — выполняет плохо. Дело в том, что на сверхвысоких частотах особенно сильно начинают сказываться индуктивность проводов линии и емкость между ними.

Каждый же, даже очень короткий, отрезок линии обладает па­ раметрами: индуктивностью L, емкостью С, сопротивлением /?, проводимостью G, поэтому длинную линию можно представить эквивалентной схемой (рис. 119), в которой свойства линии харак-

Рис. 119. Эквивалентная схема длинной линии

теризуются элементами с этими параметрами, приходящимися на 1 м ее длины (погонной индуктивностью L„, погонной емкостью Сп и т. д.). Эти параметры распределены по всей длине линии, поэтому длинные линии называются еще линиями с распределен­ ными параметрами. Ясно, что чем выше частота передаваемого радиосигнала, тем больше будут сказываться индуктивное сопро­ тивление линии XL =соL, включенное последовательно с нагруз­ кой /?н, и емкостное сопротивление линии Хс=1/((оС), которое включено параллельно нагрузке RH (оно уменьшается с увеличе­ нием частоты и таким образом «работает» на короткое замыка­ ние линии).

Если к длинной линии с одной стороны подключить источник электрических колебаний СВЧ (генератор) Г, а с другой сторо­ ны — нагрузку Я» (резистор, антенну и т. п.), сопротивление кото­ рой равно p=^/Ln/Cn, то в линии возникнет бегущая волна на­ пряжения и тока. При этом в любой точке линии фаза тока совпа­ дает с фазой напряжения, а вся энергия поглощается в нагрузке. Это оптимальный режим работы длинной линии.

Величина р называется волновым сопротивлением линии, а подбор сопротив­ ления нагрузки под значение р называют согласованием г грузки с линией.

Идеально точно согласовать сопротивление нагрузки с волне вым сопротивлением линии практически никогда не удается, и линия работает на несогласованную нагрузку. В этом случае часть энергии отражается от нагрузки и в линии возникает отраженная волна, распространяющаяся в обратном направлении (от нагруз­ ки к источнику эдс). Она взаимодействует с падающей волной, распространяющейся от источника эдс к нагрузке.

Процесс такого взаимодействия проще всего рассмотреть на крайних случаях. Пусть отрезок длинной линии разомкнут на конце, т. е. Ян=оо (какое уж тут согласование!). Раз на конце линии нет нагрузки, то вся электромагнитная энергия падающей волны отражается обратно (рис. 120).

Ток на конце разомкнутой линии всегда равен нулю. Если от­ ложить по линии от ее конца расстояния, равные четверти длины волны (Х./4), то в этих точках значения тока меняются от нуля до максимального. Если в первой точке ток максимален, то в следу­ ющей (еще через Х/А) ток снова равен нулю в любой момент времени и т. д. В линии по всей ее длине устанавливаются как бы узлы и пучности тока — образуется стоячая волна.

тудного) значения (рис. 120, б) и там образуется пучность напря­ жения. Через расстояние, равное четверти длины волны, будет узел напряжения и т. д. Расположение узлов и пучностей напряжения отличается на четверть волны (по фазе на 90°) от расположения узлов и пучностей тока. Таким образом, в линии образуется стоя­ чая волна напряжения.

Если длинную линию замкнуть на конце накоротко (/?„ = 0), то картина расположения пучностей и узлов тока и напряжения изменится. Все пучности и узлы сдвинутся на четверть волны (Х/4), так как ток в конце линий изменится на максимальный (короткое замыкание), а напряжение станет равным нулю.

Таким образом, в линии, замкнутой на конце, тоже образуется стоячая волна тока и напряжения. В стоячей волне узлы и пучно­ сти не перемещается (поэтому она и называется стоячей), как это происходит в бегущей волне, где максимальные значения напряжения и тока перемещаются со скоростью v, чуть меньшей скорости света от генератора к нагрузке.

Итак, рассмотрены два крайних случая работы длинной линии: Когда она либо замкнута, либо разомкнута на конце. Если же к ней подключена нагрузка, причем РНФ р, то этой нагрузкой будет поглощаться только часть энергии падающей волны. Остальная часть энергии будет отражаться. В линии одновременно образу­ ются бегущая и стоячая волны, но чем меньше отличается RHот р, т. е. чем лучше согласование линии с нагрузкой, тем большая часть энергии поглощается в ней, тем меньше отраженная волна и амплитуды тока и напряжения в пучностях стоячей волны.

Длинную линию необходимо согласовывать также с источни­ ком эдс. При передаче сигнала надо согласовывать выходное со­ противление передатчика с входным сопротивлением линии, ко­ торое равно отношению амплитуды напряжения к амплитуде тока в месте подключения линии:

Величина ZBXкомплексная и зависит от значения и характера нагрузки, от частоты источника эдс, а также от длины линии.

Для того чтобы исключить потери на излучение электромагнит­ ной энергии, длинную линию заключают в экран, а для того, чтобы уменьшить погонную емкость, один провод вообще убирают. По­ лучается так называемый коаксиальный кабель, который успешно используют на частотах до 3 ГГц.

Для передачи электромагнитной энергии на более высоких частотах приходится убирать и второй провод — получается вол­ новод. В коаксиальном кабеле и в волноводе энергия переносится уже не током высокой частоты, а электромагнитным полем (элек­ тромагнитной волной). Потери энергии в волноводе меньше, чем в коаксиальном кабеле, но его размеры определяются длиной волны и в дециметровом диапазоне он весьма громоздок. На час­ тотах порядка 3 ГГц (kæ 10 см) волноводы еще вполне приме­ нимы.

Кроме фидера в состав фидерного тракта входит ряд вспомо­ гательных элементов, необходимых для разделения стволов, со­ гласования, фильтрации сигналов определенных частот и т. п.

Совокупность всех этих элементов называется антенно-фидерным (АФТ) или антенно-волноводным трактом (АВТ).

Волновод представляет собой трубу круглого, прямоугольного или эллиптического сечения. Круглые и прямоугольные волноводы делают из легкого металла или сплава с толщиной стенок 3,5 мм. Внутреннюю поверхность стенок покрывают тонким (0,3 мм) слоем меди. Эллиптический волновод представляет собой гофрирован­ ную трубу из отожженной медной ленты, на которую наложены защитные оболочки. Такой волновод хорошо изгибается, поэтому его называют эллиптическим волноводом (гибким) ЭВГ

В зависимости от вида и размеров поперечного сечения пря­ моугольного волновода и от длины волны, передаваемой по нему, в волноводе могут возбуждаться разные типы волн. Если электри­ ческие силовые линии перпендикулярны широкой стенке волно­ вода, то магнитные силовые линии параллельны ей. Такая волна называется поперечной электрической ТЕ (тип Е). Иногда ее на­ зывают Н-волной, так как магнитное поле такой волны имеет продольную составляющую.

Если электрические силовые линии параллельны широкой стенке волновода, а магнитные — перпендикулярны ей, то волна