Тема 4.1.4. Тропосферні телекомунікаційні системи.

ФАКУЛЬТЕТ З ПІДГОТОВКИ ОФІЦЕРІВ

ЗАПАСУ ЗА КОНТРАКТОМ ХУ ПС

 

 

Кафедра №10-04

ЗАТВЕРДЖУЮ

Завідувач кафедри 1004

В.Ф.Вальтер

"___" 2005 року

 

ЛЕКЦІЯ

з навчальної дисципліни:

" Засоби малоканального радіорелейного та тропосферного зв¢язку ".

 

Тема 4.1.4. Тропосферні телекомунікаційні системи.

Заняття 1: Особливості тропосферного зв’язку.

Навчальна група - студенти.

Час: 90 хвилин.

Місце_ ________

Навчальна та виховна мета:

1. Засвоїти принцип тропосферного радіозв’язку, принцип та особливості побудови тропосферних станцій.

2. Дати класифікацію та загальну характеристику тропосферних телекомуніка-

ційних систем.

Навчальні питання і розподіл часу:

Вступ.	- 5 хв.
1. Принцип тропосферного радіозв’язку.	- 30 хв.
2. Особливості побудови тропосферних станцій.	- 30 хв.
3. Класифікація та загальна характеристика тропосферних телекомунікаційних систем.	- 20 хв.
Підведення підсумків заняття.	- 5 хв.

Навчально-матеріальне забезпечення: -Полілюкс (Слайди № 1, 2, 3, 4)

Навчальна література:

1. Системи радіозв¢язку. Книга 2, частина 1. І.М.Бондаренко ХІ ВПС Харків 2003

2. Радиорелейная и тропосферная связь. Л.Г.Ошерович. ВАС, 1972.

 

Харків 200_

 

 

ЗМІСТ ЗАНЯТТЯ ТА МЕТОДИКА ЙОГО ПРОВЕДЕННЯ.

 

Напередодні заняття викладачеві необхідно поставити задачу відпові-дальному з дисципліни про особливості проведення даного заняття та на забезпечення заняття необхідною кількістю навчальних посібників.

Особливу увагу викладач звертає на те, що заняття потребує від кожного студента знання навчального матеріалу про загальні принципи побудови радіорелейних ліній зв¢язку, а також особливості побудови приймально-передавальної апаратури радіорелейних ліній зв¢язку з ЧРК і частотною модуляцією.

Під час підготовки до заняття необхідно відпрацювати навчальний матеріал, викладений на лекціях:

№ 5 «Загальні принципи побудови радіорелейних ліній зв¢язку».

№ 6 «Приймально-передавальна апаратура радіорелейних ліній зв¢язку».

№ 7 «Антени радіорелейних ліній зв¢язку».

Під час проведення вступної частини викладач приймає рапорт про готовність навчальної групи до заняття, перевіряє кількість студентів згідно журналу, їх зовнішній вигляд та готовність групи до заняття (наявність конспектів та рекомендованої літератури).

Після чого оголошує тему, мету та навчальнi питання.

При розгляді першого питання необхідно доповісти принцип тропосферного радіозв’язку, дати визначення систем тропосферного радіозв'язку та тропосферних ліній зв'язку.

При розгляді другого питання необхідно розкрити принцип побудови та особливості реалізації апаратури тропосферного радіозв'язку, для чого застосувати слайди № 1, 2, 3.

При розгляді матеріалу покласифікації тропосферних станцій дати загальну характеристику тропосферних телекомунікаційних систем та особливості їх застосування.

Під час проведення заключної частини підвести підсумки заняття, зробити висновки по викладеному навчальному матеріалу, дати відповідь на запитання та завдання для самостійної роботи.

 

 

ВСТУП.

 

Досить значний період в науковому середовищі існувало переконання, що ультракороткі хвилі за межами горизонту поширюються строго відповідно до дифракційної теорії.

Звідси випливало, що створення в дециметровому й сантиметровому діапазонах систем радіозв'язку, що перекривають в умовах середньопересічної місцевості відстані більше 100—150 км без ретрансляцій, нездійсненно.

Під дифракцією радіохвиль розуміють явища, які виникають при зустрічі радіохвиль з перепонами. Радіохвилі, зустрічаючи при поширенні в однорідному середовищі перепони, змінюються по амплітуді і по фазі, відхиляючись від прямолінійного шляху.

Однак з початку 50-х років стали публікуватися численні повідомлення про успішні випробування систем радіо зв'язку на УКХ, що працювали на відстані в декілька сот кілометрів. Для зв'язку використовувалися спочатку метрові й декаметрові хвилі, а потім і хвилі порядку 10 см. Поряд з одиночними телефонними повідомленнями вдавалося забезпечити передачу багатоканальних сигналів, а іноді й телебачення. При цьому застосовувалися антени з посиленням до 40—50 дБ, досить чутливі приймачі СВЧ, а також потужні передавачі, нерідко потужністю в 10, 50, 100 кВт і більше. Головним у цьому відкритті було те, що зв'язок існував не епізодично, а постійно. Явище це не було випадкове як, наприклад, явище наддалекого поширення УКХ за рахунок виникнення просторових хвилеводів. Появилась, отже, можливість створення регулярно діючих ліній УКХ радіозв'язку на далекі відстані не залежних від пори року й доби. Крім того, на радіорелейних лініях могла бути значно збільшена довжина інтервалів, що дозволяло будувати радіорелейні лінії в районах з важкодоступною місцевістю.

Експериментальні дослідження ліній УКХ радіозв'язку незабаром дали можливість зробити висновок, що тільки до відстаней приблизно в 90—100 км ослаблення сигналу відповідає теорії дифракції, а на відстанях більше 100 км реальні втрати істотно менші і притому залежність втрат від довжини хвилі виражена значно слабкіше.

Відкрите фактично випадково, завдяки чутливим приймачам і потужним передавачам СВЧ, які з'явилися в післявоєнні роки, явище далекого поширення УКХ викликало великий інтерес. Було висловлено припущення, яке підтвердилося, що причиною далекого поширення УКХ у цьому випадку є неоднорідність діелектричної проникності повітряних мас тропосфери.

Явище дифракції має особливу роль при поширенні радіохвиль в середовищах, які містять локальні неоднорідності – множини хаотично розміщених перепон – хмар різної форми, які відрізняються електричними властивостями,

Після проведення численних експериментальних і теоретичних досліджень відкритого явища воно було названо «далеким тропосферним поширенням ультракоротких радіохвиль» (ДТП УКХ).

 

Системи радіозв'язку або радіолінії, які використовують це явище, одержали відповідно назву систем «тропосферного радіозв'язку» (ТРЗ), систем «дальнього тропосферного радіозв'язку» (систем ДТР), «тропосферних ліній зв'язку» (ТЛЗ), «тропосферних радіорелейних ліній зв'язку» (ТРЛЗ) і т.п.

У тропосферному радіозв'язку ще багато не до кінця досліджених питань, але цей вид зв'язку зайняв міцне місце серед інших видів зв'язку. Стаціонарні лінії зв'язку у світі по довжині становлять багато десятків тисяч кілометрів. На даний час в усьому світі налічується більше 70 тис. км тропосферних ліній зв'язку.

Рухливі засоби тропосферного зв'язку знаходяться на озброєнні армій ряду країн. Безупинно розвивається й удосконалюється техніка тропосферного зв'язку, тривають теоретичні й експериментальні дослідження явища ДТР.

В апаратурі тропосферних ліній зв'язку переважають системи із частотною модуляцією й частотним ущільненням, а також знайшло застосування дискретних радіосигналів і часового ущільнення.

Тропосферний радіозв'язок має парадоксальну особливість. Як і інші види радіозв'язку, він здійснюється за допомогою електромагнітних хвиль, але обов'язково вимагає повітряного середовища. Радіорелейним лініям зв'язку прямої видимості повітряне середовище приносить лише шкоду, знижуючи стійкість їхньої роботи.

 

 

Телекомунікаційних систем.

Число каналів тональної частоти стаціонарних тропосферних ліній зв'язку найчастіше дорівнює декільком десяткам. Довжина цих ліній становить тисячі кілометрів.

Вид модуляції на стаціонарних лініях – як правило ЧМ.

Апаратура ущільнення — типова апаратура ущільнення проводових ліній зв'язку. Середня довжина участків порядку 300 км, але нерідко зустрічаються участки довжиною до 500— 600 км, а іноді й більше 600—700 км. Існують унікальні участки довжиною близько 1000 км.

Стаціонарні тропосферні лінії працюють в діапазонах 350—450, 755—985, 1700—2000 Мгц, але інколи і на більш високих частотах.

Станції забезпечують не менш чим чотириразовий рознесений прийом, найчастіше при дворазовому рознесенні в просторі й дворазовому рознесенні по частоті.

Антени параболічного типу мають підсилення до 55дБ і більше. Рефлектори виконуються у вигляді потужних металевих конструкцій із круглою апертурою діаметром до 25 м або із прямокутною апертурою 20х20м, 30х30 м і більше. В якості фідерів використовуються хвилеводи прямокутного перетину, які продувають підігрітим сухим повітрям.

Випромінювачі — рупорного типу.

Передавачі — потужністю до 10—50 кВт і більше, як правило, вони виконуються на охолоджуваних багаторезонаторних прольотних клістронах.

Приймачі — з коефіцієнтами шуму не більше 2—4 дБ, устатковані параметричними підсилювачами на варакторних діодах.

Для електроживлення станцій використовують дизель-електричні агрегати потужністю в десятки й сотні кіловат.

Надійність зв'язку забезпечується резервуванням передавачів, приймачів і інших пристроїв у цілому, а також резервуванням основних блоків кожного пристрою окремо.

Ретрансляційні рухомі станції завжди організують шляхом спільного розміщення двох самостійних рухомих станцій. Інакше кажучи, у тропосферному зв'язку, на відміну від радіорелейного зв'язку прямої видимості, не застосовується принцип включення двох комплектів (напівкомплектів) обладнання до складу однієї рухомої станції. Пояснюється це громіздкістю й дорожнечею апаратури.

 

Важкі рухомі лінії можуть забезпечувати дальність зв'язку в кілька тисяч кілометрів при довжині участків до 500 км і числі каналів тональної частоти в кілька десятків. Канали придатні для вторинного ущільнення й сполучення з каналами радіорелейних і провідних ліній зв'язку. Вид модуляції — ЧМ. Апаратури ущільнення або спеціальна, або застосовувана для ущільнення провідних ліній.

 

Час розгортання станцій екіпажем із шести-восьми чоловік займає від декількох годин до доби.

Дві розбірні антени параболічного типу мають діаметри до 8—10 м і більше.

Для роботи використовуються, як правило, дециметрові хвилі із частотами не нижче 700—800 Мгц. Сантиметрові хвилі застосовуються рідше.

Станції забезпечують зчетверений прийом при дворазовому рознесенні в просторі й дворазовому рознесенні по частоті. Рідше застосовуються інші комбінації методів рознесеного прийому.

Передавачі мають потужність до 10 кВт і виконуються на багаторезонаторних прольотних клістронах.

Приймачі забезпечуються параметричними підсилювачами й мають коефіцієнт шуму 2—4 дБ.

Живлення станцій здійснюється від дизель-електричних агрегатів потужністю в кілька десятків кіловат.

Надійність забезпечується резервуванням пристроїв і блоків.

 

Легкі рухомі тропосферні лінії зв'язку складаються з малого числа участків і дуже часто — з одного участку.

Довжина участку лежить у межах 150—300 км.

Число каналів тональної частоти 2—24. Канали придатні для вторинного ущільнення й сполучення з каналами провідних ліній зв'язку.

Вид модуляції - ЧМ, але останнім часом широко починають застосовуватися дискретні методи модуляції, які підвищують ефективність використання пропускної здатності системи.

Одна-дві складні параболічні антени рухомих станцій мають діаметр не більше 4—5 м.

Для роботи використовується найчастіше довгохвильова частина сантиметрового діапазону хвиль, але іноді і його короткохвильова частина, аж до частот 8500 Мгц. Рідше застосовуються хвилі короткохвильової частини дециметрового діапазону.

Станції, як правило, працюють у режимі здвоєного прийому з рознесенням у просторі, але можливі й інші методи рознесення.

Передавачі мають потужність не більше 1—2 кВт і виконуються на багаторезонаторних прольотних клістронах.

Приймачі мають коефіцієнт шуму 5—10 дБ, нерідко забезпечуються малошумовими підсилювачами на тунельних діодах.

Живлення станцій здійснюється від бензо-електричних агрегатів або мережі змінного струму.

Надійність забезпечується резервуванням.

 

З А К Л Ю Ч Е Н Н Я.

Системи радіозв'язку або радіолінії, які використовують явище дифракції при поширенні радіохвиль в середовищах, які містять локальні неоднорідності, одержали назву систем тропосферного радіозв'язку.

Тропосферний радіозв'язок має парадоксальну особливість. Він, як і інші види радіозв'язку, здійснюється за допомогою електромагнітних хвиль, але обов'язково вимагає повітряного середовища. Радіорелейним лініям зв'язку прямої видимості повітряне середовище приносить лише шкоду, знижуючи стійкість їхньої роботи.

Тропосферний радіозв'язок має ряд специфічних особливостей, обумовлених безпосередньо явищем ДТП УКХ.

- Тропосферний радіозв’язок забезпечується ціною досить значних енергетичних затрат: застосуванням потужних. передавачів, чутливих приймачів і громіздких антен із значним підсиленням.

- На рівень сигналу ДТП впливає рельєф місцевості, яка розташована на деякій відстані в напрямі на кореспондента.

- На стійкість тропосферного радіозв'язку значною мірою впливають метеорологічні умови й, отже, кліматичні особливості району, по якому проходить траса.

- Антени при ДТП УКХ не реалізують повністю свого підсилення, яке вони мають в умовах вільного простору. Таке специфічне для тропосферного радіозв'язку явище «втрат підсилення антен» знижує їхню ефективність, вимагає деякого додаткового підвищення потужності передавача, чутливості приймача або підсилення самих антен.

- Сигнал ДТП не стабільний у часі.

- Багатопроменева структура радіосигналу ДТП приводить до сильного викривлення амплітудної і фазочастотної характеристик середовища поширення радіосигналу системи тропосферного радіозв’язку.

Через дуже низьку ефективність розсіювання й відбиття енергії УКХ неоднородностями тропосфери втрати на ділянці поширення досить великі й дуже швидко ростуть із відстанню R і скороченням довжини хвилі λ.

В апаратурі тропосферних ліній зв'язку переважають системи із частотною модуляцією й частотним ущільненням, а також знайшло застосування дискретних радіосигналів і часового ущільнення.

У тропосферному радіозв'язку ще багато не до кінця досліджених питань, але цей вид зв'язку зайняв міцне місце серед інших видів зв'язку.

 

ФАКУЛЬТЕТ З ПІДГОТОВКИ ОФІЦЕРІВ

ЗАПАСУ ЗА КОНТРАКТОМ ХУ ПС

 

 

Кафедра №10-04

ЗАТВЕРДЖУЮ

Завідувач кафедри 1004

В.Ф.Вальтер

"___" 2005 року

 

ЛЕКЦІЯ

з навчальної дисципліни:

" Засоби малоканального радіорелейного та тропосферного зв¢язку ".

 

Тема 4.1.4. Тропосферні телекомунікаційні системи.