книги / Радиопередающие устройства

t

пулируются в соответствии с телеграфным кодом, как показано на рис. 9.8.

Достоинства тональной телеграфии следующие:

возможность приема на слух на обычный приемник (в то вчемя как прием телеграфных сигналов незатухающими колебанья­ ми возможен только на приемник с дополнительным гетеродином), большая помехоустойчивость приема в условиях сильных по­

мех.

Поэтому радиотелеграфию тонально-модулированными колеба­ ниями применяют в передатчиках ответственного назначения, в ко­ торых требуется повышенная надежность связи, например в су­ довых и некоторых авиационных и навигационных передатчиках и др.

Радиомаяки работают в режиме однополосной тональной те­ леграфии с ослабленной несущей. Достоинство этого метода пере­ дачи в том, что ширина спектра такого сигнала оказывается в 2 раза уже, чем двухполосного, и не должна превышать 1400 Гц (ГОСТ 21062—80).

Однополосными тонально-модулированными колебаниями пода­ ется сигнал тревоги и бедствия автоматическим передатчикам сиг­ налов тревоги и бедствия (АПСТБ). Этот сигнал состоит из си­ нусоидальных колебаний звуковой частоты двух тонов, передавае­ мых поочередно в течение 0,5... 1 мин. Один звук имеет частоту 2200 Гц, другой^— 1300 Гц. Длительность излучения колебаний с каждой частотой 250 мс. Такая передача предназначена для авто­ матического приема, но может быть принята и на слух на обыч­ ный радиоприемник.

Недостатки тональной телеграфии:

уменьшение мощности передатчика по сравнению с телеграфи­ ей несущими колебаниями;

более широкая полоса частот, чем при телеграфии несущими колебаниями (при тональной телеграфии полоса частот, излучае­ мых антенной передатчика, увеличивается на двойную частоту

средней частоты /НОм(^ср) модулируется низкочастотными импуль­ сами прямоугольной формы с девиацией А /= 0,5 (fi—f2).

Значения сдвигов частот стандартизованы. Причем чем выше скорость телеграфирования, тем больше требуется сдвиг частот и шире полоса излучения. Спектр частот при скорости манипулиро­ вания 100 Бод и сдвиге частот 170 Гц приведен на рис. 9.11. Вид­ но, что ширина спектра при частотной манипуляции значительно уже, чем при амплитудной, при одинаковой скорости телеграфиро­ вания. При манипуляции импульсами со скругленными фронтами ширину полосы излучения можно определить по приближенным формулам:

П «2 ,6 A f+ 0,55 В при 1 ,5 ^ М < 5 ,5 ; П «2,1 Д /+ 1,9 В при 5 ,5 < М < 1 0 ,

где M =A f/F — индекс частотной модуляции; В — скорость теле­ графирования в бодах.

Так, при скорости телеграфирования 200 Бод и сдвиге частот манипуляции f1— ^2 = 1000 Гц полоса частот составляет 3600 Гц, а

Мощность излучения при частотной манипуляции больше, чем при амплитудной.

Кроме того, постоянство амплитуды колебаний позволяет по­ давлять амплитудные помехи установкой ограничителя в прием­ нике. Это обеспечивает выигрыш на стороне приема, эквивалент­ ный увеличению мощности передатчика в 4 9 раз по сравнению с режимом амплитудной манипуляции. При частотной манипуля­ ции передатчик работает с полной мощностью непрерывно и пе­ реходные процессы при переходе с одной частоты на другую про­ являются незначительно, что уменьшает искажения телеграфных посылок и позволяет повысить скорость телеграфирования. По­ этому частотную телеграфию широко применяют на линиях маги­ стральной радиосвязи.

Основными требованиями, которым должны удовлетворять схе­ мы частотной манипуляции, являются: высокая стабильность несу­ щей частоты и девиации частоты Дf, отсутствие побочных излуче­ ний. Поэтому для частотной манипуляции используют кварцевые автогенераторы. Изменение частоты в соответствии с телеграфным кодом в кварцевых автогенераторах достигается с помощью до­ полнительной последовательной или параллельной индуктивности. Такие схемы позволяют получить нужные и стабильные девиацию частоты и несущую частоту.

На рис. 9.12 приведена схема частотной манипуляции: на тран­ зисторе VT1 собран оконечный каскад электронного манипулятора, осуществляющего сдвиг частоты, на транзисторе VT2 собран ав­ тогенератор по емкостной трехточечной схеме с кварцем. Коллек­ тор транзистора заземлен по радиочастоте через конденсатор С. Последовательно с кварцем включают манипуляционные индук-

Е

Рис. 9.12. Схема частотной манипуляции

Рис. 9.13. Эквивалентная схема генератора

тивности Ы и L2. Эквивалентная схема автогенератора приведе­ на на рис. 9.13.

При отпущенном телеграфном ключе К транзистор VT1 закрыт и обе индуктивности L1 и L2 оказываются включенными последо­ вательно с кварцем. Частота генерации будет меньше номиналь­ ной (в практических схемах сдвиг частоты равен 85 Гц). При на­ жатом ключе транзистор VT1 открывается и переходит в насы­ щенное состояние. При этом малое сопротивление открытого тран­ зистора VT1 шунтирует катушку L2 по высокой частоте. Частота генерации увеличивается по сравнению с номинальной. Если де­ виация частоты равна 85 Гц, то сдвиг частоты составляет 170 Гц.

Нагрузкой автогенератора является резистор R1. Снимаемое с него напряжение подается на следующий каскад — смеситель, ку­ да подводится напряжение от опорного генератора. Недостаток такой схемы в том, что она понижает стабильность частоты воз­ будителя на один — два порядка по сравнению со стабильностью частоты опорного генератора. Схема с использованием варикапов также не обеспечивает высокой стабильности частоты.

Высокую стабильность частоты обеспечивают схемы частотной манипуляции, в которых стабильность как средней частоты, так и частотных сдвигов определяется стабильностью частоты опорного генератора. В качестве опорного генератора в радиостанциях гражданской авиации используется генератор «Гиацинт-М».

Двухканальное частотное телеграфирование. Для увеличения пропускной способности канала радиосвязи и более эффективного использования оборудования применяют различные виды уплотне­ ния каналов связи.

В настоящее время на магистральных линиях радиосвязи ши­ роко применяют системы двухканального частотного телеграфи­ рования. В таких системах одновременно работают два телеграф­ ных аппарата. При этом возможны четыре комбинации посылок, которые преобразуются в колебаниях четырех частот с определен­ ным сдвигом, как показано на рис. 9.14.

В результате передатчик в каждый момент времени излучает в зависимости от сочетания посылок телеграфных аппаратов коле­ бания одной из четырех частот:

канал, уменьшается в п2 раз. Поэтому при неблагоприятных усло­ виях связи приходится уменьшать число рабочих каналов.

Фазовая манипуляция. При фазовой манипуляции в соответст­ вии с телеграфным кодом изменяется начальная фаза колебаний, соответствующих телеграфному сигналу. Антенна передатчика при фазовой телеграфии излучает колебание одной и той же частоты и постоянной амплитуды непрерывно. Но если при нажатии ключа колебания начинаются с одной фазой, то при отпускании ключа фаза колебаний изменяется на 180°. Это показано на рис. 9.15. Видно, что фазовая манипуляция, как и частотная, является рабо­ той с активной паузой.

Спектр фазово-манипулированного колебания в общем содер­ жит колебание средней частоты и симметрично от него располо­ женные колебания боковых частот, отстоящих одно от другого по частоте на значение манипуляции FM. При манипуляции фазы на 180° в спектре колебание средней частоты полностью исчезает. Амплитуда боковых колебаний при этом увеличивается вдвое. Сле­ довательно, энергия боковых составляющих, несущих информацию, при фазовой телеграфии возрастает. А при равномерном распре­ делении энергии колебаний в спектре помехоустойчивость фазовой телеграфии значительно повышается, что эквивалентно увеличе­ нию мощности передатчика в 4 раза по сравнению с амплитудной телеграфией и в 2 раза по сравнению с частотной.

Полоса частот спектра фазовой телеграфии в общем случае примерно равна ширине спектра при амплитудной телеграфии.

При приеме фазоманипулированных колебаний фаза их срав­ нивается с фазой того же колебания, но на другом интервале вре­ мени или с фазой колебаний опорного генератора. В этом случае стабилизация частоты опорного генератора осуществляется по при­ нимаемому сигналу. А это не обеспечивает устойчивой работы в условиях помех, меняющих фазу опорного генератора на 180°.

Лучшей помехозащищенностью обладает относительно-фазовая телеграфия, при которой фаза модулированного колебания срав­ нивается с фазой того же колебания, но на другом интервале времени. При относительно-фазовой телеграфии изменение фазы радиочастотных колебаний происходит только при переходе к пау­ зе, в момент нажатия фаза не изменяется, а совпадает с фазой предыдущего сигнала.

Для более полного использования полосы частот канала радио­ связи при больших скоростях передачи цифровой информации при­ меняют многократные методы относительно-фазовой телеграфии.

Для осуществления фазовой манипуляции в простейшем случае можно использовать свойство параллельного симметричного коле­ бательного контура, являющегося нагрузкой двухтактного генера­ тора: напряжения на его зажимах противофазны. На рис. 9.16 приведена схема, поясняющая принцип фазовой манипуляции. На контуре имеется напряжение постоянной амплитуды и частоты. На­ пряжения на зажимах контура сдвинуты по фазе на 180°, так как заземлена средняя точка контура. Диоды VD1 и VD2 работают

Рис. 9.18. С хем а относительной ф а ­ зовой манипуляции

тельного манипулирующего напряжения открываются диоды VD1 и VD2. При этом постоянный ток от источника манипулирующего напряжения протекает через диоды VD1, VD2 и обе полуобмотки обоих трансформаторов. Так как через полуобмотки трансформа­ торов эти токи протекают в противоположных направлениях, то магнитные потоки, создаваемые этими токами, взаимно компен­ сируются. Напряжение несущей частоты создает ток через откры­ тые диоды VD1 и VD2: от точки 1 через VD1, первичную обмотку трансформатора Т2, диод VD2 к точке 2. В следующий период колебаний радиочастоты ток пройдет по тому же пути, но в про­ тивоположном направлении. На выходе создается колебание ра­ диочастоты. Продолжительность излучения посылки будет соот­ ветствовать продолжительности нажатия ключа.

При изменении полярности телеграфной посылки ток от источ­

пуляции. Ток радиочастоты пройдет через открытые диоды VD3 и VD4. При этом произойдет изменение фазы тока радиочастоты на 180°. В результате выходное радиочастотное напряжение ока­ зывается манипулированным по фазе знакопеременным манипу­ лирующим напряжением.

Схема фазовой манипуляции на микросхеме 122УД1В приведе­ на на рис. 9.18. В ней напряжение поднесущей частоты подается на вход транзисторного манипулятора на транзисторах VT2 и VT3. Транзистор VT1 постоянно открытый. Режимы транзисторов VT2, VT3 потенциометром R подбираются так, что при открытом в ис­ ходном состоянии транзисторе VT2 транзистор VT3 закрыт. При манипуляции напряжение поднесущей частоты подается на транс­ форматор Т через открытый транзистор: или VT2 или VT3. В ре­

Г л а в а 10. МНОГОКАНАЛЬНАЯ РАДИОСВЯЗЬ

10.1. ПРИНЦИП МНОГОКАНАЛЬНОЙ с в я з и

Любая информация передается от передатчика к приемнику через физическую среду с помощью технических устройств. В системах радиосвязи средой для передачи информации является атмосфера.

Совокупность технических средств, обеспечивающих передачу со­ общений от источника к получателю, называется каналом связи.

Врадиолиниях связи сообщения передаются с помощью радио­ волн в открытом пространстве. Совокупность технических средств

исреды распространения, обеспечивающая передачу электромаг­ нитных сигналов в определенной области частот, называется кана­ лом передачи. А совокупность технических средств, формирующих каналы передачи, называется системой передачи. Системы пере­ дачи дискретных сообщений называются дискретными; системы пе­ редачи непрерывных сообщений называются непрерывными или аналоговыми.

Вназемных радиорелейных линиях используют дециметровые

иболее короткие волны. Все чаще применяют космические спут­ никовые радиолинии, в которых используют ретрансляционные космические станции, установленные на искусственных спутниках Земли.

Современные системы передачи обеспечивают передачу различ­ ных сигналов: телефонных, телеграфных, звукового вещания, теле­ визионных, радиолокационных, навигационных и др. Эти сигна­ лы — непрерывные и дискретные — являются непериодическими функциями времени. В общем случае им соответствует бесконечно широкий спектр частот составляющих. Но основная энергия сиг­ нала содержится в определенном, более узком диапазоне частот. Так, для обеспечения достаточной разборчивости телефонного сиг­ нала его спектр можно ограничить полосой 300... 3400 Гц, сигнала звукового вещания — полосой 300... 15000 Гц. Ширина спектра частот сигнала телевизионного вещания составляет 50 Г ц ...6 МГц.

Поскольку характеристики различных сигналов сильно отли­ чаются, воспользоваться одним типом канала для передачи любого

сигнала невозможно. Нужно несколько типовых каналов. В каче­ стве основного типового принят канал с полосой частот 30...

...3400 Гц, соответствующий ширине полосы частот телефонного сигнала. Такой канал называют каналом тональной частоты.

При использовании радиолиний совокупность технических средств, используемых для передачи одного сигнала, называют стволом. Для эффективного использования аппаратуры целесооб­ разно передавать по одному стволу одновременно и независимо большое число сообщений, т. е. создавать в одном стволе большое число независимых каналов.

Совокупность технических средств, обеспечивающих одновре­ менную и независимую передачу нескольких сигналов по одному стволу, называется многоканальной системой передачи. В составе системы передачи кроме среды распространения и оконечных станций могут быть промежуточные станции.

Упрощенная структурная схема многоканальной системы ра­ диосвязи приведена на рис. 10.1. На оконечной передающей стан­ ции исходные индивидуальные сигналы преобразуются модулято­ рами в канальные сигналы. Затем эти канальные сигналы объеди­ няются в устройстве объединения УО, образуя групповой сигнал.

Промежуточные станции увеличивают дальность передачи сиг­ налов. На приемной оконечной станции разделяющее устройство РУ выделяет из группового сигнала канальные, которые преобра­ зуются демодуляторами ДМ в исходные сигналы C \(t)y ..., CN(t).

Преобразование исходного сигнала на передающей оконечной станции необходимо для того, чтобы придать каждому канально­ му сигналу свои отличительные признаки, по которым на оконеч­ ной приемной станции можно будет разделить сигналы по соот­ ветствующим приемникам.

Для передачи дискретных сигналов (тонального телеграфа, пе­ редачи данных) в многоканальных системах используются каналы тональной частоты, а для большей пропускной способности — ши­ рокополосные каналы, образованные на базе первичного, вторич­ ного и третичного трактов. Первичный тракт содержит 12 каналов тональной частоты, вторичный — 60 каналов тональной частоты, третичный — 300 каналов тональной частоты.

Документальная электросвязь осуществляется по первичным широкополосным каналам в полосе 48 кГц при работе низкоскоростными аппаратами и ,по вторичным широкополосным каналам в полосе 240 кГц при работе высокоскоростными аппаратами. Для

Оконечная стан ци я

Рис. 10.1. У прощ ен н ая стр у к ту р н ая схема многоканальной системы рад и освязи