Общие принципы построения приемо-передающей аппаратуры

Приемопередающая аппаратура РРЛ является основным оборудованием каждой радиорелейной станции. Приемники современной радиорелейной аппа­ратуры, как правило, строятся по супергетеродинной схеме. Приемник обычно начинается со смесителя, за которым следует усилитель промежуточной часто­ты (УПЧ). Иногда применяется входной усилитель СВЧ.

Передатчики многоканальных радиорелейных систем обычно строятся с пре­образованием частоты. Смеситель передатчика обеспечивает преобразование входного сигнала промежуточной частоты в СВЧ сигнал, который затем усили­вается до номинальной мощности в усилителе СВЧ. В системах средней и ма­лой емкостей усилитель СВЧ может отсутствовать и выходным сигналом пере­датчика является выходной сигнал смесителя.

На промежуточных станциях многоканальных радиорелейных систем соеди­нение приемника и передатчика происходит по промежуточной частоте. При необходимости выделения телевизионного сигнала на промежуточной станции в состав приемопередающей аппаратуры входит демодулятор, который подклю­чается к дополнительному выходу приемника на промежуточной частоте.

На оконечных и узловых станциях, где производится переприем сигналов телефонии в телефонных стволах и по видео- и звуковым частотам в телевизионных стволах, в состав станций входят частотные модуляторы и демодуля­торы.

В малоканальных радиорелейных системах и системах средней емкости применяется также построение аппаратуры, при котором модуляция и демоду­ляция сигналов производится на каждой промежуточной станции. Это позволяет вводить и выводить телефонные каналы на любой промежуточной стан­ции. В современной радиорелейной аппаратуре такого типа применяется фазо­вая модуляция на сравнительно низкой частоте и последующее умножение модулированного сигнала с доведением его частоты до СВЧ диапазона. Про­гресс в области транзисторных СВЧ усилителей позволяет создать новый вид приемопередающей аппаратуры для промежуточных станций с прямым усиле­нием на СВЧ.

Таким образом, по принципу построения приемопередающей аппаратуры про­межуточные станции можно разделить на два основных вида: промежуточные станции с модуляцией и демодуляцией сигнала; промежуточные станции без модуляции и демодуляции сигнала. Приемопередающую аппаратуру промежу­точных станций без модуляции и демодуляции сигнала в свою очередь можно подразделить в зависимости от метода образования гетеродинных сигналов для приемника и передатчика на приемопередающую аппаратуру с общим гетеро­дином, отдельными гетеродинами, а также с прямым усилением на СВЧ.

ТИПОВАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ПРИЕМОПЕРЕДАЮЩЕЙ АППАРАТУРЫ
С ОБЩИМ ГЕТЕРОДИНОМ

Упрощенная структурная схема приемопередающей аппаратуры этого типа приведена на рис. 1. Принимаемый сигнал, имеющий частоту f _ПM, через вход­ной полосовой фильтр (ПФ) поступает на вход смесителя приемника См_пм. На смеситель приемника одновременно поступает гетеродинный сигнал с час­тотой f _ГТПм. С выхода смесителя приемника сигнал промежуточной частоты f _ПЧ (обычно 70 МГц) подается на УПЧ приемника (УПЧ_Пм), в котором осуществляется основное усиление принимаемого сигнала. Усилитель имеет си­стему автоматической регулировки усиления (АРУ), благодаря чему уровень выходного сигнала остается почти неизменным при изменении уровня входного сигнала в широких пределах.

Рис. 1. Структурная схемаприемопередающей аппаратуры с общим гетеродином

На оконечных и узловых станциях сигнал с выхода УПЧ_Пм подается на демодулятор (Дм) для выделения сигналов, передаваемых РРЛ. На промежу­точных станциях сигнал с выхода УПЧ_Пм поступает непосредственно на вход усилителя промежуточной частоты передатчика (УПЧ_Пд). Этот усилитель обеспечивает необходимое для раскачки смесителя передатчика (СМ_ПД) усиление сигнала промежуточной частоты. В смесителе передатчика осуществляется пре­образование сигнала промежуточной частоты в сигнал СВЧ (f _Пд). Частота гетеродинного сигнала f _гтпд, поступающего на смеситель передатчика, отли­чается от f _Пд на величину промежуточной частоты. С помощью полосового фильтра боковой полосы (ФБП) производится выделение сигнала полезной по­лосы частот на выходе смесителя передатчика. Сигнал с выхода ФБП подается на усилитель СВЧ (УСВЧ).

С выхода УСВЧ сигнал через систему разделительных фильтров поступает в антенну. На оконечных и узловых станциях на вход УПЧ_Пд сигнал посту­пает от частотного модулятора (ЧМд) станции. В рассматриваемой структурной схеме (в режиме промежуточной станции) в основном тракте прохожде­ния сигнала производится только преобразование частоты. Модуляция и демо­дуляция осуществляются только на оконечных и узловых станциях. Отсутствие на промежуточных станциях демодуляции и последующей модуляции способ­ствует получению высоких качественных показателей ствола РРЛ, так как демодуляция и модуляция ЧМ сигнала всегда сопровождаются определенными искажениями передаваемого сообщения.

Как следует из структурной схемы рис. 1, для работы приемопередатчика необходимы два гетеродинных сигнала с частотами f _ГТПм и f _ГТПд. Эти сиг­налы образуются в гетеродинном тракте приемопередатчика. Задающий гене­ратор Г генерирует сигнал с частотой f _ГТПд. Этот сигнал поступает на сме­ситель передатчики и одновременно на так называемый смеситель сдвига (См_сдв). В этом смесителе частота f _ГТПд преобразуется в f _ГТПм, для чего на смеситель подается также сигнал с генератора частоты сдвига (f _сдв). Номи­нальное значение частоты f _сдвравно разности частот приема и передачи, ко­торая должна быть в соответствии с планом распределения частот.

Образованный в смесителе сдвига гетеродинный сигнал частоты f _ГТПм выделяется узкополосным фильтром (ФУП) и поступает на смеситель приемника.

В структурной схеме (рис. 1) возможны четыре варианта расстановки частот f _Пм, f _ГТПм, f _ГТПд и f _Пд.

Для станций типа «НВ»

При f _Пм< f _ГТПм:

f _ПЧ = f _ГТПм – f _Пм ;

f _ГТПм = f _ГТПд – f _сдв ;

f _ПЧ = (f _ГТПд – f _сдв) – f _Пм;

f _Пд = f _ГТПд – f _ПЧ = f _ГТПд – (f _ГТПд – f _сдв) + f _Пм = f _Пм + f _сдв.

При f _Пм > f _ГТПм:

f _ПЧ = f _Пм – f_{ГТ Пм};

f _ГТПм = f _ГТПд – f _сдв;

f _ПЧ = f _Пм – (f _ГТПд – f _сдв);

f _Пд = f _ГТПд + f _ПЧ = f _ГТПд – (f _ГТПд – f _сдв) + f _Пм = f _Пм + f _сдв.

Для станций типа «ВН»

При f _Пм< f _ГТПм:

f _ПЧ = f _ГТПм – f _Пм ;

f _ГТПм = f _ГТПд + f _сдв ;

f _ПЧ = (f _ГТПд + f _сдв) – f _Пм ;

f _Пд = f _ГТПд – f _ПЧ = f _ГТПд – (f _ГТПд + f _сдв) + f _Пм = f _Пм – f _сдв.

При f _Пм > f _ГТПм:

f _ПЧ = f _Пм – f _ГТПм ;

f _ГТПм = f _ГТПд + f _сдв ;

f _ПЧ = f _Пм – (f _ГТПд + f _сдв);

f _Пд = f _ГТПд + f _ПЧ = f _ГТПд – (f _ГТПд + f _сдв) + f _Пм = f _Пм + f _сдв.

Из изложенного следует, что на станциях типа «НВ» при преобразовании частоты в смесителе сдвига используется нижняя боковая частота, а на станциях типа «ВН» — верхняя боковая частота.

При преобразовании частоты в смесителе передатчика в случае f _Пм< f _ГТПм используется нижняя боковая полоса частот, а в случае f _Пм> f _ГТПм — верхняя боковая полоса частот.

На практике применяются все четыре варианта расстановки частот. При всех этих вариантах выходная частота приемопередатчика f _Пд на промежуточных станциях отличается от входной частоты f _Пм только на величину f _сдв. Это означает, что нестабильность частоты f _ГТПд основного гетеродина приемо­передатчика не влияет на нестабильность выходной частоты передатчика. Пос­леднее объясняется тем, что сигнал с частотой f _ГТПд дважды участвует в пре­образованиях частот при прохождении сигнала через основной тракт приемо­передатчика, что приводит к компенсации нестабильности частоты f _ГТПд. По этой же причине паразитная частотная модуляция частоты f _ГТПд частотой переменного тока питающей сети и низкочастотными составляющими шумов не накладывается на выходной сигнал передатчика. Эти два обстоятельства явля­ются преимуществом схемы приемопередатчика с общим гетеродином.

Так как частота f _сдв значительно ниже частоты передатчика f _Пд, то ее нестабильность относительно слабо влияет на общую нестабильность частоты f _Пд.

Однако нестабильность частоты основного гетеродина также должна быть в пределах определенных допусков с тем, чтобы отклонение среднего значения промежуточной частоты приемника не превосходило допустимую величину. Для обеспечения малых переходных шумов при передаче сигналов многоканальной телефонии в тракт усиления промежуточной частоты включаются корректоры, с помощью которых производится коррекция неравномерности группового времени запаздывания в средней части полосы пропускания приемопередатчика. Поэтому отклонение среднего значения промежуточной частоты выше определенных допусков приводит к возрастанию нелинейных шумов.

На оконечных и узловых станциях, где нет непосредственной связи между трактами УПЧ_Пм и УПЧ_Пд, стабильность выходной частоты передатчика оп­ределяется как стабильностью частоты гетеродина передатчика f _ГТПд, так и стабильностью промежуточной частоты сигнала, поступающего на вход пере­датчика от частотного модулятора. На этих станциях стабильность промежу­точной частоты сигнала, поступающего с выхода приемника на демодулятор, так­же зависит от стабильности частоты гетеродина приемника f _ГТПм.

На участке РРЛ между двумя узловыми (или оконечными) станциями, на которых производится модуляция и демодуляция сигналов в основном тракте, отклонение промежуточной частоты от номинального значения на выходе при­емника последней станции участка может быть определена по формуле

,

где f _чмд — отклонение средней частоты модулятора от номинального значе­ния; f _ГТПд —отклонение частоты гетеродина передатчика от номинального значения на передающем конце участка; f _ГТПм—отклонение частоты гетеро­дина приемника от номинального значения на приемном конце участка; f _{сдв i} — отклонение частоты генератора сдвига от номинального значения на i -йпромежуточной частоте; s — число станций на участке приема.

ТИПОВАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ПРИЕМОПЕРЕДАЮЩЕЙ АППАРАТУРЫ
С ОТДЕЛЬНЫМИ ГЕТЕРОДИНАМИ

В транзисторной радиорелейной аппаратуре широко применяется схема приемопередающей аппаратуры с отдельными СВЧ гетеродинами для приемника и передатчика. Наличие отдельных гетеродинов делает работу приемника и передатчика независимой друг от друга. Это особенно удобно для оконечных станций, где приемник и передатчик работают в различных направ­лениях связи.

Упрощенная структурная схема приемопередающей аппаратуры с отдель­ными гетеродинами приведена на рис. 2. Прямой тракт приемопередатчика нарис. 2, включающий ПФ, См_Пм, УПЧ_Пм, УПЧ_Пд, СМ_Пд, ФБП и УСВЧ, в принципе ничем не отличается от прямого тракта приемопередатчика с общим гетеродином, который был рассмотрен выше, и поэтому нетребует особых пояснений. В системах малой и средней емкостей УСВЧ может отсутствовать, а передатчик – заканчиваться фильтром боковой полосы (ФБП), следующим за смесителем передатчика. Смеситель передатчика в такой аппаратуре работает на варакторном диоде и обеспечивает достаточную для данного типа аппаратуры выходную мощность передатчика.

Рис. 2. Структурная схема приемопередающей аппаратуры с раз­деленными гетеродинами

Для получения гетеродинного сигнала используются кварцевый генератор ГКв и цепочка умножителей, работающая на варакторных диодах.

В принципе, гетеродины приемника и передатчика построены одинаково. Различие в их схемах связано с тем, что от гетеродина передатчика требуется значительно большая мощность, чем от гетеродина приемника. Поэтому в гетеродинном тракте передатчика на входе умножителей применяются мощные усилители, а варакторные диоды должны быть рассчитаны на значительно большие подводимые мощности по сравнению с подводимыми мощностями к диодам в гетеродинном тракте приемника.

Недостаток гетеродинных трактов схемы рис. 2 проявляется в паразитных частотных шумах гетеродинов из-за большого коэффициента умножения часто­ты. Каждое удвоение частоты увеличивает частотные шумы гетеродина на 6 дБ. Так как в схеме с отдельными гетеродинами нет компенсации низкочас­тотных составляющих шумов гетеродинов приемника и передатчика, то получение достаточно малого уровня шума при передаче сигналов телевидения в диапазоне 6 ГГц и выше связано с большими техническими трудностями.

Значительно меньшими частотными шумами обладает гетеродин с фазовой автоподстройкой частоты (ФАПЧ). Упрощенная структурная схема гетеродина с ФАПЧ приведена на рис. 3.

Рис. 3. Упрощенная структурная схема гетеродина с ФАПЧ приведена на рис. 3.

Основой схемы является так называемый генератор, управляемый напря­жением (ГУН), работающий в СВЧ диапазоне. Частота этого генератора f _г может подстраиваться с помощью варикапа путем изменения подаваемого нанего напряжения. Схема работает следующим образом. С помощью цепочки делителей f _г делится в п раз и доводится до единиц килогерц. Поделенный по частоте сигнал подается на фазовый детектор (ФД), на другой вход которого поступает опорный сигнал, полученный путем деления частоты кварцевого гене­ратора ГКв в т раз. С выхода фазового детектора сигнал ошибки через фильтр нижних частот (ФНЧ) с полосой порядка нескольких герц подается на ГУН. В результате в установившемся режиме имеет место соотношение

f _г / n = f _ГКв / m.

Таким образом обеспечиваются стабильность частоты f _г, равная стабильно­сти частоты кварцевого генератора f _ГКв, и малый уровень частотных шумов.

Дата добавления: 2014-01-14