Реферат: Радиорелейная и радиотропосферная связь

--PAGE_BREAK--Радиорелейная станция Р-415
РРС Р-415 предназначена для создания временных быстроразвертываемых малоканальных радиорелейных линий связи. Радиостанция допускает встречную работу в радиолинии с радиорелейной станцией типа Р—405М. По условиям эксплуатации станция может быть установлена в автомобилях, самолетах, вертолетах. РРС изготавливается в шести вариантах, отличающихся количеством и типом приемопередатчиков (Н, В, НВ) и напряжением питания (27 В, 220 В 50 Гц/27 В).

<img width=«287» height=«423» src=«ref-1_446911219-18408.coolpic» hspace=«20» vspace=«20» v:shapes="_x0000_s1029">

Рисунок 1.1.1 – Внешний вид станции Р-415

Р-415 обеспечивает следующие режимы работы:
режим внутреннего уплотнения, при котором обеспечивается одновременная работа по двум телефонным и двум телеграфным каналам; режим внешнего уплотнения аппаратурой типа “Азур” по трем оперативным и одному служебному телефонным каналам; режим внешнего уплотнения аппаратурой передачи данных со скоростью 12—4 8 кБит/с; режим дистанционного управления КВ или УКВ радиостанциями; симплексный режим, при котором обеспечивается работа по одному из телефонных каналов с повышенной девиацией частоты; режим автоматизированного контроля, обеспечивающий определение неисправного блока.
Технические данные


 

Диапазон 1(“Н")

Диапазон 2(“В”)

Диапазон частот, МГц 

80-120

390-430

Количество рабочих частот

800

200

Дискретность сетки частот, кГц

50

200

Минимальный дуплексный разнос, МГц

8,05

15,00

Мощность передатчиков, Вт:

номинальная

10

6

пониженная

0,5-2,5

0,3-1,3

  Чувствительность приемников при отношении сигнал/шум 35 дБ, мкВ:

в первом канале ТЧ

2,2

5,0

во втором канале ТЧ

5,5

5,0

Коэффициент усиления антенн, дБ

7

11

  Дальность связи:

при работе на направленные антенны при высоте подвеса 16 м, км

не менее 30

при работе на ненаправленные антенны в движении, км

10

  Электропитание станции Р—415 осуществляется. В:

постоянным током

+27

переменным однофазным током 50 Гц

220

переменным трехфазным током 50 Гц

380

  Максимальная мощность, потребляемая станцией, ВА:

от сети переменного тока

240

от сети постоянного тока

180

  Масса аппаратуры, кг:

однодиапозонной

78

двух диапазонной

106

Рабочий диапазон температур, °С

(-30.....+50)

Относительная влажность при +40 °С,%:

98

Пониженное атмосферное давление, гПа

613
    продолжение
--PAGE_BREAK--Pадиорелейная станция Р-419С
РСР—419 С предназначена для организации самостоятельных радиорелейных и кабельных линий связи, а также для ответвления каналов от многоканальных радиорелейных, тропосферных и проводных линий связи на стационарных объектах связи. Станция имеет семь вариантов исполнения, отличающихся комплектацией (количество приемопередатчиков, наличие блока сопряжения, типы антенных устройств), 
<img width=«201» height=«279» src=«ref-1_446929627-13287.coolpic» hspace=«7» vspace=«7» v:shapes="_x0000_s1030">  Рисунок 1.1.2 – Внешний вид станции Р-419С ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ


Основные параметры

Приемопередающая аппаратура станции работает в диапазонах частот: 
160...240 МГц (диапазон «2») 240...320 МГц (диапазон «3») 320...480 МГц (диапазон «4») 480...645 МГц (диапазон «5») 
РРС обеспечивает в условиях среднепересеченной местности при отношении сигнал/шум в канале ТЧ 35 дБ создание радиорелейных линий следующей протяженности:

диапазоне 160—645 МГц при 6—канальной работе 

до 300 км (6—8 интервалов)

диапазоне 240—645 МГц при 12—канальной работе 

до 75 км (2 интервала) 

диапазоне 480—645 МГц при 24, 60—канальной работе

до 20 км (1 интервал)

Передаваемый цифровой информационный поток со скоростями, кБит/с:

в диапазоне 160...480 МГц 

48

в диапазоне 480...645 МГц

480 

Мощность передатчиков на антенном выходе составляет, Вт:

в диапазонах «2», «3» 

10

в диапазонах «4», «5» 

6 

Чувствительность приемников при отношении сигнал/шум 35 дБ в канале ТЧ, мкВ:

в диапазонах «2», «3», «4»

4,5

в диапазоне «5»

8,9

Потребляемая мощность, Вт

200...500

Габариты стойки аппаратной, мм

606х520х785 

Масса стойки аппаратной, кг

130

Рабочий диапазон температур, °С

(-30...+50)

Относительная влажность при +40 °С, % 

98 

Пониженное атмосферное давление, гПа 

613

Радиорелейная  станция Р-419А


<img width=«419» height=«237» src=«ref-1_446942914-8985.coolpic» hspace=«10» vspace=«10» v:shapes="_x0000_i1026">
Рисунок 1.1.3 – Внешний вид станции Р-419А
PPC P-419 А предназначена для создания временных быстроразвертываемых малоканальных радиорелейных линий связи, PPC смонтирована на автошасси ЗИЛ-131 в кузове K2-13L

Станция имеет три варианта исполнения, отличающихся используемой транспортной базой:
Р-419 А — используется новая транспортная база; Р-419 АР — используется транспортная база из морально устаревших изделий; Р-419 БР — вариант станции без транспортной базы.     продолжение
--PAGE_BREAK--ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ






1.2. Надежность работы радиорелейных станций


а) Основные положения

Радиорелейная линия связи содержит цепочку стан­ций, каждая из которых представляет собой сложный комплекс аппаратуры, содержащей большое число элементов: электровакуумных приборов, различных деталей и устройств. Каждый из перечисленных элементов мо­жет выходить из строя, т. е. является элементом ненадежным, что влечет за собой выход из строя радиоре­лейной линии в целом или ухудшение качества ее работы. Поскольку таких ненадежных элементов в линии очень большое число, то и вероятность выхода ее из строя, в том случае, если не приняты соответствующие меры, получается большой.

Насколько велика вероятность выхода из строя ра­диорелейной линии с достаточно большим числом ретрансляций, видно из следующего примера. Можно счи­тать, что сложность (по количеству элементов) совре­менной коротковолновой радиостанции и радиорелей­ной станции примерно одинакова. Если имеется линия связи протяженностью в1 000 км, то ее работа в слу­чае использования коротковолновых станций обеспечи­вается2 станциями, а в случае использования радиоре­лейных станций—21 станцией при длине интервала 50 км. Следовательно, количество аппаратуры в послед­нем случае возрастает примерно в20 раз, а вероятность выхода из строя возрастает еще значительнее.

Для увеличения надежности радиорелейной линии не­обходимо повышать надежность элементов, входящих в нее. Однако на современном уровне техники повысить надежность элементов радиорелейных линии до достаточной величины не всегда удается. Поэтому прибегают к резервированию аппаратуры станций.

В простейшем случае резервирование может осу­ществляться ручной сменой поврежденного узла, блока или элемента на исправный резервный. Однако такое резервирование сопряжено со значительным перерывом связи, достигающим3—5 мин и более. Для сокращения этих перерывов применяют автоматическое резервиро­вание. Кроме того, вследствие сокращения обслуживаю­щего персонала и из экономических соображений не­которые станции радиорелейных линий могут быть не­обслуживаемыми. На таких станциях введение резерва, очевидно, может производиться только автоматически.

Та или иная степень ненадежности радиорелейной линии в конечном счете для абонентов, обслуживаемых ею, будет характеризоваться средним временем пере­рывов и числом перерывов связи за определенный отре­зок времени(сутки, месяц, год). Эти характеристики линии зависят не только от надежности аппаратуры, о которой говорилось выше, но и от условий распростра­нения радиоволн на интервалах радиорелейной линии, а также от квалификации обслуживающего персонала и организации технической эксплуатации и управления линией.              

Опыт эксплуатации радиорелейных линий показы­вает, что упомянутые выше характеристики зависят в основном от надежности аппаратуры.

б) Некоторые понятия теории надежности


Надежностьесть свойство устройства или системы (элемента), обусловленное главным образом ее безотказностью и ремонтопригодностью и обеспечивающеевыполнение задания в установленном для системы объ­еме.
Вероятность безотказной работы обозначается через P(t) и обладает следующими очевидным свойством:

0 £P(t) £1

Ясно, что:

Р(0) = 1,  Р(¥) = 0

Типичное изменение вероятности безотказной работы представлено на рисунке 1.2.1.
<img width=«331» height=«190» src=«ref-1_446951899-3977.coolpic» v:shapes="_x0000_i1027">

Рисунок 1.2.1 – График изменение вероятности безотказной работы в течении времени
Видно, что с течением времени она уменьшается. Для большинства элементов и, в частности, для электровакуумных приборов в большинстве случаев полагают, что P(t) изменяется по экспоненциальному закону.

Надежность можно оценивать по вероятности отказа. Так как отказ и безотказная работа – события противоположные, то

q(t) = 1 – p(t),

где q(t) – вероятность отказа.
Интенсивность отказов – отношение частоты отказов к вероятности безотказной работы не восстанавливаемой при работе системы (элемента). Определяется по формуле:

<img width=«92» height=«63» src=«ref-1_446955876-402.coolpic» v:shapes="_x0000_i1028">

Типичная кривая интенсивности отказов для устройств, содержащих большое число приборов приведена на рисунке 1.2.2.
<img width=«325» height=«186» src=«ref-1_446956278-4298.coolpic» v:shapes="_x0000_i1029">

Рисунок 1.2.2 – Типичная кривая изменения интенсивности отказов аппаратуры во времени
Видно, что на участке 0 – t1интенсивность отказов резко уменьшается, что объясняется выходом из строя элементов, имеющих внутренние дефекты. Если элементы проходит предварительную тренировку, то этот участок отсутствует.

На участке t1– t2интенсивность отказов примерно одинакова. Рост ее на участке t>t2объясняется износом элементов.


1.3. Использование луны в качестве пассивного ретранслятора
а) Основные сведения

Стремление получить большие дальности связи при минимальном количестве ретрансляций заставило обратиться к такому «пассивному ретранслятору», как Луна.

<img width=«452» height=«451» src=«ref-1_446960576-37412.coolpic» v:shapes="_x0000_i1030">

Рисунок1.3.1. Схематическое представление линии связи, использующей Луну в ка­честве пассивного ретранслятора.

Возможность использования Луны для этой цели стала ясной, когда вначале теоретически в1943 г. Л. И. Мендельштамом и Н. Д. Папелекси, а затем в1946 г. экспериментально венграми и американцами была до­казана возможность отражения электромагнитной энер­гии от поверхности Луны. В1948 г.были проведены первые опыты по радиосвязи с использованием Луны в качестве пассивного ретранслятора.

Линия связи с использованием Луны схематически представлена на рис.1.3.1. При падении электромагнит­ной энергии, излучаемой антенной пункта А на поверх­ность Луны, последняя становится источником вторич­ного излучения, которое принимается антенной, распо­ложенной вовтоpoм пункте связи Б.


Характерной чертой такой ретрансляционной линии является большое расстояние Rот пунктов связки А и Б до пассивного ретранслятора — Луны, по сравнению с дальностью связи r. Так, среднее расстояние Земля— Луна, измеренное астрономическими способами, состав­ляет 3844*105км (Луна движется вокруг Земли приблизительно по эллиптической орбите, и расстояние R
изменяется от 3,54*105 до4,06*105км). Максимальная же дальность связи rможет составлять не более10 000 км.

б) Энергетические соотношения

По существу в линии связи Земля—Луна—Земля Луна является пассивным ретранслятором второго типа. Особенность такой линии в том, что здесь R1»R2=R, в энергетическом отношении для пассивной ретрансля­ции это наихудший случай. Кроме того, следует учи­тывать отражающие свойства Луны.

Поскольку в данном случае распространение проис­ходит в свободном пространстве (V1==V2==l), потери в тракте распро­странения такой линии связи с учетом усиления прием­ной и передающей антенн будут:

<img width=«168» height=«48» src=«ref-1_446997988-553.coolpic» v:shapes="_x0000_i1031">                                          (1.3.1)

В эту формулу входит эффективная поверхность ЛуныQЭ Лкоторую необходимо определить.
<img width=«374» height=«409» src=«ref-1_446998541-28741.coolpic» v:shapes="_x0000_i1032">

Рисунок1.3.2. К определению мнимого фокуса отражающей поверхности Луны.
Сферическая поверхность Луны сильно изрезана и, по мнению советские ученых, состоит из пород, близких к горным туфам и вулканическим шлакам. Однако для радиоволн, длина ко­торых значительно боль­ше этих неоднородностей, можно считать, что лун­ная поверхность  пред­ставляет собой идеаль­ный отражатель. Эффек­тивную поверхность тако­го отражателя  можно найти следующим обра­зом.

Для «центральных лу­чей», падающих под очень малым углом daк радиусу (рис.1.3.2), можно най­ти так называемый мни­мый фокус F
,из которого как бы исходят отражен­ные лучи. Так как для от­раженных лучей угол к на­правлению падения равен 2dа, то мнимый радиус лежит на расстоянии от центра, равном половине радиуса.

Плотность потока мощности «центральных лучей» Р2 отраженных от Луны на расстоянии Rот фокуса, будет меньше плотности потока мощности на поверхности Луны во столько раз, во сколькоR2 больше квадрата фокусного расстояния <img width=«48» height=«51» src=«ref-1_447027282-294.coolpic» v:shapes="_x0000_i1033">, т.е.

<img width=«101» height=«48» src=«ref-1_447027576-393.coolpic» v:shapes="_x0000_i1034">

Подставив это в выражение для эффективной поверхности отражателя, получим

<img width=«187» height=«44» src=«ref-1_447027969-498.coolpic» v:shapes="_x0000_i1035">
тогда выражение(1.3.1) примет вид

<img width=«125» height=«48» src=«ref-1_447028467-455.coolpic» v:shapes="_x0000_i1036">                                         (1.3.2)

где аЛ = 1б738*103 км – радиус Луны.

Если считать, что поверхность Луны идеально диф­фузная, то она будет создавать максимальное излу­чение в направлении нормали и совсем не давать излу­чения в касательном направлении. Тогда эффективная поверхность Луны будет

<img width=«89» height=«41» src=«ref-1_447028922-329.coolpic» v:shapes="_x0000_i1037">
а. выражение(1.3.2) примет вид

<img width=«124» height=«48» src=«ref-1_447029251-450.coolpic» v:shapes="_x0000_i1038">                                       (1.3.3)

Проведенные за последние годы эксперименты пока­зали, что поверхность Луны не является идеально гладкой и идеально диффузной, а занимает какое-то промежуточное положение. Если бы поверхность Луны была бы идеально гладкой, то при отражении импуль­сов электромагнитной энергии достаточно малой дли­тельности они бы практически не искажались. Если считать, что поверхность Луны идеально диффузная, то отраженный импульс создается по принципу сложе­ния мощностей, создаваемых отдельными элементами лунной поверхности.

На рисунке1.3.3 приведена схема про­хождения короткого импульса мимо поверхности Луны.




Рисунок1.3.3 - Схема прохождения короткого импульса мимо Луны.

Из рисунка следует, что самый короткий импульс будет создавать вторичное излучение за время прохождения его вдоль всей видимой поверхности Луны, т. е. от точ­ки А до точки Б. Иными словами, импульс будет ра­стянут на время

<img width=«155» height=«41» src=«ref-1_447055046-387.coolpic» v:shapes="_x0000_i1043">

Эксперименты же показали, что удлинение импуль­сов имеет место, но значительно меньше и составляет 0,3 мсек, причем70% энергии импульса заключено в первой десятой миллисекунды. Это означает, что диск Луны имеет «темный нимб» и отражение происходит только в небольшой области, находящейся в центре видимого диска. Определено, что на частоте 120 Мгц эффективная по­верхность Луны имеет радиус1/3 аЛ.

М. П. Долухановымвысказано предположение, что отражение импульсов от Луны происходит в основ­ном в пределах первой по­лузоны Френеля и носит не зеркальный, а частично диф­фузный характер ввиду на­личия на поверхности Лу­ны неровностей. Удлинение

импульсов до0,3 мсек получается из-за отражения от соответствующим образом ориентировочных неровностей на глубине D< аЛ = 45 км. На рисунке1.3.4 показано, что соответствует радиусу отражающей части поверхности Луны около 400 км. Последнее подтверждается тем, что при корот­ких импульсах основное отражение отделено от по­следующих более или менее явно выраженными им­пульсами. Этим объясняется явление так называемых «модуляционных потерь»— уменьшение интенсивности отражения по мере укорочения длительности импульса. При увеличении длительности импульса дополнитель­ные отражения накладываются на основные и интенсивность отражения возрастает.

<img width=«284» height=«223» src=«ref-1_447055433-13983.coolpic» v:shapes="_x0000_i1044">

Рисунок1.3.4. Отражающая часть поверхности Луны.

Зависимость потерь в тракте распространения от длины волны, учитываемая формулой1.3.3. Сравнение принятых сигна­лов на волнах15 и76 см показало, что мощность шумов в канале на волне15 см больше примерно на14 дб, чем на волне75 см.

Taк как отражение от лунной поверхности проис­ходит в основном в пределах первой полузоны Френеля и носит частично диффузный, то этим объясняется уменьшение эффективного значения коэффициента отражения противтеретического значения совершенно гладкой поверхности. Коэффициент отражения по данным экспериментовдля длины волны 10 см составляет 0,27±0,1.

Из первой фазы, когда происходит наиболее интенсивное отражение, следует, что длительность переднего фронта отраженного импульса будет равна длительности посланного импульса. Из второй фазы, когда площадь отражающей поверхности уменьшается, следует, что интенсивность отраженной энергии резко падает. Длительность заднего фронта отраженного импульса определяется временем прохождения электромагнитной энергией расстояния, равного глубине отражающей поверхности (если бы Луна представляла собой идеально гладкий отражатель, эта длительность равнялась бы 11,6 мсек). Форма отраженного импульса u(t) приведена на рисунке 1.3.5.

<img width=«459» height=«234» src=«ref-1_447069416-20101.coolpic» v:shapes="_x0000_i1045">

Рисунок  1.3.5. Форма отраженного от Луны импульса.

Задний фронт импульса можно аппроксимировать выражением:

<img width=«151» height=«75» src=«ref-1_447089517-474.coolpic» v:shapes="_x0000_i1046">

где n(t) – некоторая функция от t, приведенная на рисунке 1.3.5 пунктиром.


Введение в раздел
Первая тропосферная радиорелейная линия была сооружена в США в1955г.и работала в диапазоне частот500—700 Мгц с рас­стоянием между соседними станциями около250 км. В последую­щие годы наметился переход к более высоким частотам (до 5000—6000 Мгц), Дальность связи вследствие большего затухания при распространении радиоволн в этом случае уменьшается, од­нако возрастает пропускная способность системы связии уменьшаются искажения передаваемой информации. Для повышения на­дежности стали использовать счетверенный прием с пространственным и частотным разнесениями, а также прием более высокой кратности с угловым разнесением. Появились мобильные системы военной радиосвязи. Ведутся интенсивные работы по использова­нию линии ДТР для связи Земля-самолет и Земля-корабль. Раз­витие радиотехники и электроники позволило в последние годы построить линии тропосферной связи на частотах500—1000 Мгц, с расстоянием между соседними станциями до800, а в отдельных, благоприятных по условиям распространения радиоволн случаях, и до1000 км. Для этого потребовалось создать радиопередающие устройства с мощностью до100 кВт, антенные системы, площадь которых приближается к2000  м2  приемные устройства с шумо­вой температурой 70 — 150°К и специальные устройства, улучшаю­щие пороговые свойства ЧМ. Обычно ширина полосы передавае­мых сигналов на линиях сверхдальнего тропосферного распростра­нения (СТР) не превышает 100—200 кГц. Это позволяет переда­вать по ним12—24 телефонных канала.

Дальнейшим возможным аспектом использования линии СТР является создание одноканальных линий внутриобластной связи с малыми энергетическими параметрами. Расчеты показывают, что такие линии могут быть весьма экономичными.

Наряду с увеличением длины участков линии развитие систем связи, использующих ДТР, идет по пути расширения полосы пе­редаваемых сигналов. Это достигается, вчастности, использованием узконаправленных антенн; хотя увеличения энергетических параметров аппаратуры почти не происходит, так как возрастают по­тери усиления антенн, узкий пучок электромагнитной энергии обе­спечивает малые запаздывания между отдельными компонентами многолучевого сигнала в месте приема и, вследствие этого, малые искажения. Расширение полосы передачи позволило передать по линиям ДТР телевизионные сигналы совместно со звуковым сопровождением. Имеются сообщения о применении на линиях ДТР импульсно-кодовой модуляции. Для расширения полосы частот и уменьшения искажений при использовании дальнего тропосферного распространения УКВ находят применение новейшие методы борь­бы с многолучевостью путем использования сигналов с широкой базой.


2. Тропосферная связь. Основные понятия
Тропосферная радиоволнараспространяется между точками земной поверхности по траектории, лежащей в тропосфере. Энергия тропосферной радиоволны короче 100 см рассеивается на неоднородностях тропосферы. При этом часть энергии попадает на приемную антенну РРС, расположенной за пределами прямой видимости на расстоянии 250 ...350 км. Цепочка таких РРС образует тропосферную радиорелейную линию(ТРЛ) (рис. 2.1).На любой РРС устанавливают антенны, приемно-передающую аппаратуру и вспомогательные устройства (аппаратуру телеобслуживания, служебной связи, гарантированного электропитания и др.). Комплекс аппаратуры, обеспечивающий нормальную работу РРЛ (или ТРЛ), называют радиорелейной системой.
<img width=«294» height=«194» src=«ref-1_447089991-9089.coolpic» v:shapes="_x0000_i1047">
Рисунок 2.1 – К пояснению принципа работы ТРЛ
Механизм проведения дальнего распространения радиоволн на УКВ может быть обусловлен многими факторами. Наиболее часто возможно дальнее прохождение с рассеянием радиоволн на неоднородностях тропосферы. Регулярная дальняя связь с использованием рассеяния волн на неоднородностях тропосферы требует высокого энергетического потенциала радиостанций. В любительских условиях при ограниченных размерах антенн и мощности передатчиков регулярная дальняя связь возможна при усилении антенны 10-16 dBd и мощности передатчика 10 Вт на расстояниях до 300-500 км. Сила сигналов невелика и они имеют характерные временные замирания (фединги) Наиболее удачное время для таких тропосферных связей — время после захода солнца. При повышении энергетического потенциала станций (усиление антенн 16-20 dBd pwr 1 KW) радиус подобных связей возрастает до 600-800 км.

В летний период на 2 метровом диапазоне учащается возникновение положительной рефракции. Наиболее часто оно наблюдается в утренние часы, возникая в ясную погоду, после прохладной ночи, при высоком атмосферном давлении, через 20-30 мин после восхода солнца и продолжаясь, порой, до нескольких часов. Сила сигналов существенно выше (на 10-20 dB), чем при тропосферном рассеянии.

Летом, а особенно осенью, возникает канальное тропосферное прохождение. Характерным признаками являются высокое атмосферное давление, начинающее понижаться, наличие атмосферных фронтов. Данное прохождение позволяет проводить связи на расстояния до 1000-2000 км при умеренной мощности, порядка 100 Вт, и антенне с усилением 10-15 dBd.


2.1. Некоторые виды используемых станций и их параметры


    продолжение
--PAGE_BREAK--