Наземні радіостанції зв’язку

 

Призначення

Наземні радіостанції зв’язку призначені для забезпечення радіозв’язком як у наземних радіомережах штабів управління і командних пунктів, так і між літальними апаратами. Наземні радіостанції також використовуються для передачі команд управління від наземних пунктів наведення до літаків-винищувачів.

 

Класифікація

Бойове використання наземних радіостанцій зв’язку визначається їх діапазоном частот і потужністю передавача. За діапазоном частот наземні радіостанції зв’язку поділяються на короткохвильові (КХ) та ультракороткохвильові (УКХ) радіостанції. За потужністю наземні радіостанції зв’язку поділяються на радіостанції малої потужності (до 100 Вт), середньої (від 100 до 1 000 Вт), та великої потужності (від 1 до 10 кВт).

Ультракороткохвильові радіостанції малої потужності використовуються для забезпечення командно-стартового зв’язку з літальними апаратами. Короткохвильові радіостанції використовуються для забезпечення дальнього зв’язку з літальними апаратами. Радіозв’язок між об’єктами на аеродромі забезпечується за допомогою малопотужних УКХ радіостанцій.

Наземні радіостанції зв’язку мають забезпечувати стійкий радіозв’язок на заданих частотах, швидке перенастроювання з однієї частоти на іншу та високу надійність в роботі.

 

Основні тактичні характеристики

Основною тактичною характеристикою є дальність зв’язку – це найбільша відстань між станціями лінії радіозв’язку, на якій можливе встановлення стійкого двостороннього зв’язку, при умові отримання на виході приймача нормального сигналу (номінальної величини сигналу при заданих його спотвореннях). Необхідна дальність зв’язку забезпечується правильним вибором частоти зв’язку, потужністю передавача, чутливістю приймача, використанням досконалих методів модуляції, застосуванням ефективних антен. Дальність зв’язку залежить від умов поширення радіохвиль та від потужності радіозавад у точках приймання.

Для радіозв’язку в УКХ діапазоні необхідна пряма видимість між антенами радіостанцій, оскільки ультракороткі хвилі не огинають земну поверхню. Дальність УКХ зв’язку з урахуванням слабкої рефракції обчислюється за формулою

,

де Н ₁ та Н ₂ – висоти піднімання передавальної та приймальної антен відповідно у метрах.

По лінії «земля – літак» дальність обчислюється за формулою

,

де Н _п – висота польоту літака у метрах.

Якщо висоту польоту виразити в кілометрах, то дальність зв’язку обчислюється таким чином

.

За наведеними формулами обчислюється максимально можлива дальність. Для конкретних умов необхідно враховувати потужність передавача, чутливість приймача, рівень завад у точках приймання, спрямовані властивості (коефіцієнт підсилення) антен.

В УКХ діапазоні можливий і дальній зв’язок до 1 000 км між наземними пунктами. Він може бути таких видів:

а) дальній тропосферний зв’язок;

б) дальній іоносферний зв’язок.

При тропосферному зв’язку використовується розсіювання УКХ радіосигналів від неоднорідностей у тропосфері, які мають локальний характер з причини турбулентності повітряних мас, зміни температури, вологості і тиску атмосфери. Джерелом вторинного випромінювання є розсіювальний об’єм тропосфери (рис. 4.1).

Для тропосферного зв’язку на УКХ необхідні наземні радіостанції великої потужності (1…10 кВт) з високочутливими приймачами та гостроспрямованими передавальними і приймальними антенами з коефіцієнтами підсилення антен 35…50 дБ.

Ультракороткохвильовий радіозв’язок на дальність більше 1 000 км можливий при використанні відбиття радіохвиль від розсіювальних об’ємів в іоносфері, які мають неоднорідну електронну густину. Розсіювальні об’єми – це іонізовані «хмари» в іоносфері, які знаходяться у безперервному хаотичному русі. Таке розсіювальне відбиття відбувається на висотах 70…90 км. Ультракороткохвильовий іоносферний радіозв’язок потребує складної та потужної апаратури. Передавачі повинні мати потужність до декілька десятків кВт.

 

Рис. 4.1. Дальній тропосферний зв'язок в УКХ діапазоні

 

Дальній зв’язок з літаками встановлюється у КХ діапазоні, в якому радіохвилі відбиваються від іоносфери. Як відомо, основною причиною виникнення іоносфери є ультрафіолетове випромінювання Сонця, а також рентгенівське та корпускулярне його випромінювання, космічні промені, потік метеорів. Під дією названих причин гази верхніх шарів атмосфери іонізуються, тобто утворюються вільні електрони та позитивні іони. Одночасно виникає і рекомбінація, але ж іонізація переважає. Тобто, іоносфера – це іонізована область простору, яка має шарову структуру.

Існують чотири максимуми іонізації: D, E, F 1, F 2, які називаються шарами іонізації. Шар іонізації D існує вдень і знаходиться на висотах від 60 до 90 км, а вночі з причин рекомбінації іонів він зникає. Шар іонізації D сильно поглинає радіохвилі.

Шар іонізації Е існує цілодобово і знаходиться на висотах 90…120 км.

Шари іонізації F 1 та F 2 утворюються вдень з шару F, який знаходиться на висоті 250…450 км. Таке розташування шару F характерне тільки для літніх місяців (травень – вересень). Висотність шарів F 1 та F 2 така: шар F 1 існує на висотах 200…230 км, шар F 2 існує на висотах 300…450 км. Шар F має найвищу електронну концентрацію, а шар D – найменшу.

Через наявність у просторі заряджених частинок (електрони та іони) змінюється діелектрична проникливість (ε) і коефіцієнт заломлення середовища (n). Залежність коефіцієнта заломлення n від концентрації електронів N та частоти f має такий вигляд:

 

,

де N – електронна концентрація (ел/см³); f – частота радіосигналу у кГц.

При великій електронній концентрації можливе повне відбиття радіохвилі від шару іоносфери. Існує максимальна частота сигналу, при якій радіохвилі ще здатні відбиватися від іоносфери. При заданих електронній концентрації та куту падіння радіохвилі φ_о максимальна частота для радіозв’язку визначається таким чином:

.

Поширення коротких хвиль зображено на рис. 4.2. Зв’язок можливий за допомогою небесних та земних променів. Небесний промінь утворюється після відбиття від іоносфери. Земний промінь поширюється огинанням земної поверхні.

На коротких хвилях є зона, в якій неможливий радіозв’язок – це «мертва» зона. Вона виникає від наземної радіостанції приблизно на відстані 200…250 км і причиною її виникнення є те, що земний промінь вже сильно затухає і зникає електромагнітне поле достатньої величини, а небесний промінь ще не з’явився.

 

Рис. 4.2. Поширення коротких хвиль

 

Величина напруженості електромагнітного поля, яка створюється наземною радіостанцією, визначається за співвідношенням (формула ідеальної радіопередачі)

,

де R – відстань від передавача до точки приймання (м);

ρ₀ = 120π – хвильовий опір вільного простору;

P _Σ – потужність випромінювання передавача (Вт);

D – коефіцієнт спрямованої дії передавальної антени.

Багатопроменевість поширення радіохвиль у КХ діапазоні зумовлює таке явище, як завмирання сигналу, тобто періодичні зменшення амплітуди до нуля, а потім збільшення рівня сигналу. Щоб зменшити проявлення цього явища приймачі радіостанцій повинні мати ефективну систему автоматичного регулювання підсилення.

Іншими тактичними характеристиками радіостанцій є:

а) кількість каналів попереднього настроювання (КХ радіостанції до 10 каналів, УКХ радіостанції до 20 каналів);

б) час автоматичного настроювання радіостанції (1…5 с).

 

Основні технічні дані

До основних технічних даних наземних радіостанцій відносяться:

– діапазон робочих частот;

– потужність передавача (Вт);

– чутливість приймача (мкВ);

– стабільність частоти передавача;

– технічна надійність радіостанції.

Технічні характеристики визначаються тактичним призначенням наземної радіостанції.

Діапазоном робочих частот називають ділянку спектра радіочастот, в межах якої може працювати радіостанція. Його характеризують крайніми частотами – верхньою та нижньою. Діапазон робочих частот може бути безперервним або дискретним. У першому випадку радіостанція налаштовується на будь-яку частоту діапазону, в другому – тільки на певні фіксовані частоти через частотний інтервал дискретної сітки частот, який у сучасних радіостанціях може бути 1 або 25 кГц. Радіостанції старого зразка мають дискретність сітки частот 50; 83,3; 100 кГц.

Потужність передавача – це потужність електромагнітних коливань, які випромінюються передавачем через антену. Величина потужності сучасних радіостанцій в УКХ діапазоні становить від до 500 Вт.

Чутливість приймача – це мінімальне значення напруги сигналу на вході приймача, при якому на виході приймача створюється необхідний рівень вихідної напруги при заданому відношенні рівня сигналу до рівня шуму. Чутливість приймача характеризує його здатність приймати слабкі сигнали. Величина чутливості приймачів радіостанцій становить одиниці мкВ.

Стабільність частоти передавача визначає надійну роботу лінії зв’язку. Розрізняють абсолютну та відносну нестабільності частоти. Абсолютна нестабільність визначається як Δ f = f ₀ – f _ПРД, де f ₀ – номінальне значення частоти передавача, f _ПРД – відхилення частоти передавача від номінального значення. Відносна нестабільність – це відношення абсолютної нестабільності до значення номінальної частоти передавача, тобто δ f = Δ f / f ₀. У сучасних радіостанціях відносна нестабільність частоти має значення (1…2) .

Технічна надійність радіостанції оцінюється ймовірністю безвідмовної роботи та середнім часом напрацювання на одну відмову. Технічні пристрої, такі як радіостанції, мають експоненціальний закон надійності, тобто ймовірність безвідмовної роботи P (t) протягом заданого часу t при відомій величині середнього часу напрацювання на одну відмову Т ₀ визначається як

.

Величина Т ₀ визначається статистично під час випробувань та експлуатації радіостанції.

Наземні радіостанції мають такі види робіт:

- телефонний (ТЛФ);

- телеграфний (ТЛГ).

У телефонному виді роботи використовуються амплітудна (АМ), частотна (ЧМ) та односмугова (ОМ) модуляції. Режим ОМ може виконуватись або на верхній боковій смузі (ВБС), або на нижній боковій смузі (НБС). Цей режим має значні переваги порівняно з АМ та ЧМ, а саме: вищу завадозахищеність та звуження смуги пропускання приймача. Односмугова модуляція має енергетичний виграш до 16 разів, оскільки не випромінюється несуча частота та одна бокова смуга. У телеграфному виді роботи використовуються амплітудна телеграфія (АТ), частотна телеграфія (ЧТ) та відносна фазова телеграфія (ВФТ).

Розглянемо основні наземні радіостанції, які забезпечують польоти авіації.

 

Радіостанція Р-845М

Радіостанція Р-845М працює в УКХ (МХ, ДМХ) діапазоні, може забезпечувати відкритий та закритий радіозв’язок, а також передачу команд наведення в автоматичних радіолініях екіпажам літаків-винищувачів. Апаратура змонтована в кузові на шасі автомобіля ГАЗ-66. Радіостанція має два однакові напівкомплекти. Кожний напівкомплект складається з передавача, приймача, центрального пульта управління, магнітофона МН-61, радіостанції Р-407 для дистанційного управління, виносного пульта управління та дискоконусної антени. Електроживлення радіостанції забезпечується від промислової мережі або від автономного бензоелектричного агрегату.

 

Основні тактико-технічні дані

Діапазон частот: метрових хвиль ……………………...…..……....100 …150 МГц

дециметрових хвиль ………….………...….… 220 … 400 МГц

Дискретна сітка частот…………………………………….…..……….…….25 кГц

Кількість каналів попереднього настроювання

кожного напівкомплекту ……………………….……………..………………….10

Час переходу з каналу на канал ……………….…………………….. не більше 6 с

Чутливість приймача ………………………………...………….…...……. 1,5 мкВ

Потужність передавача ……………….................................................................. 40 Вт

Дальність зв’язку з літаками (за висотами):

а) Н _п = 1 000 м …………………………………………..…………….. 120 км

б) Н _п = 10 000 м …………………………..………………………….... 350 км

Радіостанція має такі види роботи:

– телефонний з АМ

– телефонний з ЧМ

– телеграфний з частотною маніпуляцією у комплекті з апаратурою швидкодії Р-095 для передачі даних.

 

Принцип дії

Спрощена функціональна схема радіостанції зображена на рис. 4.3.

У режимі «Передача» сигнал несучої частоти утворюється у гетеродині-збуджувачі. Від нього сигнал подається до широкосмугового підсилювача потужності, в якому підсилюється за потужністю.

Від виходу широкосмугового підсилювача потужності сигнал подається до резонансного підсилювача потужності, який перестроюється в залежності від робочої частоти. Утворений потужний сигнал несучої частоти проходить узгоджувальний пристрій та через антенний перемикач подається до антени для випромінювання.

Низькочастотний сигнал інформації від мікрофона або від виходу радіостанції дистанційного управління Р-407 подається через центральний пульт управління до широкосмугового та резонансного підсилювачів потужності для виконання амплітудної модуляції.

Частотна модуляція виконується низькочастотним сигналом у гетеродині-збуджувачі.

У режимі «Прийом» сигнал від антени через антенний перемикач подається до приймача радіостанції для перетворення. Приймач побудований за супергетеродинною схемою з двократним перетворенням частоти. Гетеродинні сигнали для перетворення утворюються у гетеродині-збуджувачі. Сигнал у приймачі підсилюється за амплітудою, перетворюється за частотою та детектується. Низькочастотний сигнал від виходу приймача через центральний пульт управління надходить до телефонів (гучномовця).

Зовнішній вигляд радіостанції Р-845М зображений на рис 4.4, а.

 

Радіостанція Р-844М

 

Радіостанція Р-844М працює в УКХ (МХ, ДМХ) діапазоні, який відповідає частотному діапазону Р-845М. Крім режимів, які є в радіостанції Р-845М, радіостанція Р-844М може забезпечувати роботу з факсимільною апаратурою в режимі спрямованого випромінювання з використанням тропосферного розсіювання радіохвиль. Радіостанція має додатковий підсилювач потужності, який забезпечує збільшення потужності радіостанції до 500 Вт. Радіостанція змонтована на шасі автомобіля ЗиЛ-131.

 

Радіостанція Р-161А2

Радіостанція Р-161А2 є автоматизованою широкодіапазонною радіостанцією та забезпечує симплексний або дуплексний радіозв’язок у телефонному або телеграфному видах роботи. У телефонному виді роботи радіостанція може працювати в режимі односмугової (ОМ) та частотної (ЧМ) модуляції.

У телеграфному виді роботи використовуються амплітудна телеграфія (АТ), частотна телеграфія (ЧТ) та відносна фазова телеграфія (ВФТ).

 

Основні тактико-технічні дані

Діапазон частот:

а) КХ ………………………………………….…………… 1,5 … 30 МГц

б) УКХ ………….………...………………………………... 30 … 60 МГц

 

 

Кількість каналів попереднього настроювання…..………….…….…….….10

Довжина робочих хвиль …………………………….……...……… 5 … 200 м

Дискретна сітка частот……………………………….……...…………. 100 Гц

Час переходу з каналу на канал ………………………....….... не більше 1,5 с

Потужність передавача ………………..................................................1 200 Вт

Дальність зв’язку:

а) у ТЛГ режимі……………………………………...………. до 2 000 км

б) у ТЛФ режимі ………………………………………………. до 300 км

 

Радіостанція Р-161А2 має у своєму складі:

1. Збуджувач-синтезатор «Лазурь» для формування телефонних і телеграфних радіосигналів у діапазоні 1,5…60 МГц. Він може бути попередньо настроєний на 10 фіксованих частот у діапазоні 1,5…30 МГц і на 10 фіксованих частот у діапазоні 30…60 МГц з частотним інтервалом дискретної сітки частот 100 Гц. Час готовності до роботи всіма видами сигналів (час прогріву) становить 18 хвилин.

2. Радіоприймач Р-160П для приймання телефонних і телеграфних сигналів у діапазоні частот 1,5…60 МГц. Приймач може бути попередньо настроєний на 10 фіксованих частот у діапазоні 1,5…30 МГц і на 10 фіксованих частот у діапазоні 30…60 МГц з частотним інтервалом дискретної сітки частот 100 Гц. Приймач забезпечує приймання таких видів радіосигналів: амплітудно-модульованих (АМ), односмугових (ОМ) та з частотною модуляцією (ЧМ), амплітудною (АТ), частотною (ЧТ) та відносною фазовою телеграфією (ВФТ). Чутливість приймача становить 1…1,8 мкВ. Приймач має трикратне перетворення частоти.

3. Підсилювач потужності передавача для підсилення потужності сигналів, які надходять від збуджувача. Підсилювач потужності має два окремі тракти (КХ і УКХ) та виконаний на електронних лампах.

4. Узгоджувальний пристрій для узгодження підсилювача потужності передавача з різними типами антен.

5. Антенні пристрої: антена «V-типу», антена зенітного випромінювання, антена «λ-типу», штирьова антена та широкодіапазонна антена.

Для дистанційного управління у складі радіостанції Р-161А2 є додаткова радіостанція типу Р-415.

 

Радіостанція Р-140М

Радіостанція Р-140М є КХ радіостанцією для забезпечення радіозв’язку з літальними апаратами та між наземними пунктами управління. Радіостанція забезпечує такі види робіт: телефонний з ОМ та ЧМ; телеграфний з АТ та ЧТ. Радіостанція змонтована на шасі автомобіля ЗиЛ-131.

 

Основні тактико-технічні дані

Діапазон частот КХ.…..……………………………………….. 1,5 … 30 МГц

Дискретна сітка частот ……………………………………………….... 100 Гц

Кількість каналів попереднього настроювання …..……………....….……..10

Час переходу з каналу на канал ……………………………..... не більше 40 с

Потужність передавача ………………................................................. 1 000 Вт

Дальність зв’язку ……………………………………….…….. 500 … 2 000 км

 

Антенні пристрої радіостанції: симетричний похилий вібратор (двох розмірів); антена «Т-типу» (двох розмірів); штирьова; вертикальна напівтелескопічна антена та антена «V-типу».

 

Радіостанція Р-809М2

Радіостанція Р-809М2 є малогабаритною, малопотужною наземною радіостанцією УКХ діапазону. Використовується для зв’язку між об’єктами на аеродромі на невеликі відстані, наприклад для утворення наземної частини «21»-го аварійного каналу зв’язку, а саме між керівником польотів на КДП та з дальньою привідною аеродромною радіостанцією. Може також забезпечувати зв’язок з літальними апаратами у повітрі. Частотний діапазон радіостанції 100…150 МГц. Забезпечує дальність зв’язку з однотипною радіостанцією на землі до 10 км, а з літальними апаратами до 200 км. Маса радіостанції – 19 кг.

 

Радіостанція Р-853В1

Радіостанція Р-853В1 призначена для забезпечення симплексного радіозв’язку у телефонному виді роботи з бортовими радіостанціями літальних апаратів при виконанні польотних завдань на полігонах.

 

Основні тактико-технічні дані

Діапазон частот метрових хвиль ………………….………… 100 … 150 МГц

Дискретна сітка частот ………...……………..………….………….…. 25 кГц

Чутливість приймача …………………………………….…..………….. 4 мкВ

Потужність передавача ………………......................................................0,5 Вт

Напруга електроживлення (від акумуляторної батареї).............….11…13 В

Радіостанція працює в режимі амплітудної модуляції. До складу радіостанції входять: прийомопередавач з акумуляторною батареєю, гарнітура (мікрофон, телефон), антена штирьова, антена, яка вмонтована у ремінь. Функціонально прийомопередавач складається з таких частин: приймача, підсилювача потужності, контролера. Приймач радіостанції виконаний за супергетеродинною схемою з подвійним перетворенням частоти та має електронну систему настроювання. Підсилювач потужності забезпечує підсилення амплітудно-модульованих сигналів у передавачі. Модуляція виконується методом змінювання провідності електронного атенюатора. Синтезатор призначений для формування дискретної сітки частот. Контролер призначений для програмування подільника зі змінним коефіцієнтом поділу синтезатора та формування керувальної напруги для настроювання приймача. Значення робочої частоти радіостанції відображається індикаторним пристроєм, який виконаний на семисегментних напівпровідникових індикаторах.

Маса прийомопередавача – 2,5 кг. Радіостанція переноситься у комплектній сумці за допомогою плечового ременя.

 

Радіостанція Р-105М

 

Радіостанція Р-105М є малогабаритною, малопотужною, переносною радіостанцією УКХ діапазону ранцевого типу. Використовується для зв’язку між об’єктами на аеродромі на невеликі відстані – до 25 км. Частотний діапазон радіостанції 35…46 МГц. Маса комплекту – 20 кг.