Спутниковая радиосвязь (стр. 3 из 4)
В мощном ретрансляторе гетеродинного типа (рис. 4) частота входного сигнала понижается в смесителе UZ1, а затем после усиления в УПЧ А2 вновь повышается в смесителе UZ2. Гетеродинные тракты ГТ1 и ГТ2 выполнены по аналогичным схемам. Для усиления СВЧ сигнала служат предварительный A3 и выходной А4 усилители мощности. Выходная мощность достигает 200... 300 Вт. Подобную схему имеет ретранслятор на спутнике «Экран». В нем А4 выполнен на пролетном клистроне. В схеме принято «холодное» резервирование всех блоков. Переключатели К1– КЗ по команде с Земли выбирают рабочий комплект. Одновременно на него начинает поступать питающее напряжение.
Современные многоствольные ретрансляторы выполняют так, чтобы получить максимальную пропускную способность. В полосе 500 МГц, отводимой на один ИСЗ, можно разместить спектры сигналов 12 стволов. Обычно полоса ствола –36 МГц, а ЗЧИ между стволами – 4 МГц. Чтобы увеличить вдвое емкость ретрансляторов, вдвое уменьшают разнос между несущими соседних стволов, а необходимую развязку между перекрывающимися по спектру сигналами получают за счет поляризации. Для всех нечетных стволов (рис 5,а) берут, например, вертикальную поляризацию (ВП), а для четных – горизонтальную (ГП). Напомним, что применение линейной поляризации возможно в ИСЗ с жесткой стабилизацией на орбите. В той же полосе частот передают сигналы телеметрии (ТМ). Ретранслятор (рис. 5,6) имеет шесть антенн, причем WA1, WA2 и WA6 работают с волнами вертикальной поляризации, WA3, WA4 и WA5 – горизонтальной, где антенны WA1, WA3, WA5, WA6 –глобальные; WA2, WA4 –узконаправленные. Устройства совмещения (УС) служат для разделения волн приема и передачи. Итак, на ПФ Z1 приходят сигналы нечетных стволов. Оттуда они поступают в приемник Пр1, а затем через разветвитель A3 в передающие комплекты Ш и П2 и в антенны. Сигналы четных стволов проходят через ПФ Z2, приемник Пр2, передающие комплекты ПЗ и П4 и поступают в антенны. Минимальный частотный разнос между сигналами передатчиков, подключенных к одной антенне, составляет 80 МГц. Приемник содержит МШУ А1, смеситель UZ, ГТ и УСВЧ А2. В ретрансляторе применено однократное преобразование частоты. Переключатели К1 и К2 позволяют выбрать в качестве рабочих любые два приемника. Такое резервирование надежнее поблочного, показанного на рис. 4. Передающий комплект (рис. 5,е) содержит фильтр разделения стволов ФРС, коммутаторы входной Км 1 и выходной Км 2, усилители мощности рабочие (по одному на каждый ствол) и резервные, фильтры объединения стволов ФОС и фильтр гармоник ФГ. Кроме того, на рис. 5,в показано устройство 2, предназначенное для введения сигналов телеметрии.
б)
Первые ИСЗ с полностью полупроводниковой электронной аппаратурой появились в начале 80-х годов. Применение транзисторных УМ позволяет существенно улучшить электрические характеристики и надежность передающего тракта ствола, уменьшить массу и энергопотребление. Напомним, что во многих существующих ретрансляторах с выходной мощностью до нескольких десятков ватт УМ выполнены на ЛБВ, а число стволов в таких ретрансляторах составляет 6–12.
На рис. 5,6 показано шесть антенн. Практически их можно реализовать в виде двух МЛА, каждая из которых имеет три (или более) разные диаграммы направленности. Для волн ВП и ГП применяют отдельные антенны. На рис. 5,6 антенны закреплены за передатчиками и приемниками. В усовершенствованном варианте КС между антеннами и приемопередающей аппаратурой устанавливают антенные коммутаторы, которые позволяют по команде с Земли выбирать любую антенну (в МЛА – любую ДН) для приема и передачи, конечно, с учетом поляризации.
5. ЗЕМНЫЕ СТАНЦИИ
Земные станции подразделяют на передающие, приемные систем спутникового вещания, а также приемопередающие, предназначенные для организации дуплексной телефонной связи и для работы в сети обмена ТВ программами. Приемопередающие ЗС обычно являются многоствольными.
Типовая приемопередающая ЗС, работающая в национальной ССС СССР или в ССС «Интерспутник» (рис. 6) содержит антенну WA1, УС, приемные и передающие устройства стволов, аппаратуру «Градиент-Н» и др. В схеме установлены приемные устройства типа «Орбита-2». Их комплектуют широкополосными ПФ Z1, волноводными переключателями К1 и К2, МШУ А1 и А4, стойками типа В (Ст В1 и Ст В2), стойками типа П (Ст П) и стойками типа PC (Ст PC). Фильтр Z1 пропускает сигналы всех рабочих стволов и служит для защиты широкополосных МШУ от возможных внеполосных помех. Разделение сигналов стволов выполняют ПФ Z2 и Z3, установленные на входе стоек типа В и настроенные на центральную частоту СВЧ сигнала своего ствола. Здесь стойки В1 предназначены для преобразования СВЧ сигналов ТВ ствола с центральной частотой f1 в сигнал ПЧ. Стойки В2 – для подобного преобразования СВЧ сигналов ТФ ствола с центральной частотой f2. В каждом стволе установлены рабочая и резервная стойки типа В. Кроме ПФ в составе стойки В показаны преобразователь частоты U1 и ПУПЧ А2. Стойка П содержит основной УПЧ A3 и демодулятор сигнала UR, на выходе которого получают ГС ТВ ствола. Разделение этого сигнала выполняет стойка PC. На выходе приемной части стойки PC получают ПТВС и СЗС.
Выбор рабочего комплекта МШУ выполняет К1, а рабочей стойки В–К2. Переключение с одного комплекта на другой происходит автоматически при получении АС от стойки контроля приемника (на схеме не показана).
Сигналы в ТФ ств.оле передаются методом ОКН-ЧМ-МДЧР. Центральная частота этого сигнала на выходе стойки В fпр= 70 МГц. В приемной части аппаратуры «Градиент-Н» происходит усиление сигнала ПЧ, разделение 200 ЧМ сигналов, каждый из которых передается на своей несущей, и их демодуляция. На выходе приемного устройства «Градиент-Н» получают ТФ сигналы.
Телефонные сигналы поступают на вход передающей части аппаратуры «Градиент-Н», в которой формируется сигнал ОКН-ЧМ-МДЧР в полосе частот 70±17 МГц. Этот сигнал поступает на передатчик ТФ ствола ЗС. В составе передатчика делитель мощности ПЧ А8, волноводные переключатели КЗ и К4, два блока преобразователя частоты и два блока УМ. Вторые блоки – резервные. Блок преобразователя частоты содержит МУПЧ А7, преобразователь частоты U2 и предварительный УМ А6. Блок УМ содержит выходной УМ А5 и фильтр гармоник Z4. Работой переключателей КЗ и К4 управляют АС, поступающие от блока контроля передатчика (на рис. не показан). Таким образом, между входом передающей части аппаратуры «Градиент-Н» на передающей ЗС и выходом приемной части аппаратуры «Градиент-Н» приемной ЗС организован канал ТЧ.
Групповой сигнал ТВ ствола формирует передающая аппаратура стойки PC. Передатчик ТВ ствола содержит модулятор UB. В остальном схемы передатчиков ТВ и ТФ стволов аналогичны. Для подачи передаваемых СВЧ сигналов нескольких стволов в общий АФТ служит блок РФ. На ЗС работают передающие устройства типа «Градиент», «Геликон», «Грунт».
Приемная ЗС «Москва» (рис. 7) содержит антенну WA, АФТ, МШУ А4 и приемную стойку Пр. Ст. В составе приемной стойки показан блок ПЧ и блок ТВ, фильтры для разделения ЧМ сигналов, передаваемых на поднесущих частотах 7 и 7,5 МГц, блок Зв для выделения СЗС и блок Рв для выделения СЗВ. Блок ПЧ предназначен для преобразования частоты входного сигнала в смесителе UZ1, который конструктивно совмещен с ПУПЧ А1. Блок ТВ содержит главный УПЧ А2, частотный демодулятор, состоящий из АО ZL и ЧД UR1, и выходной усилитель A3. В схему A3 включены режекторные фильтры для подавления сигналов, передаваемых на поднесущих частотах 7 и 7,5 МГц. На выходе выделяют ПТВС.
В блоке Зв (рис. 7,6) и Рв применены порогопонижающие демодуляторы. Они содержат частотный демодулятор СЗС UR2, вспомогательный преобразователь частоты, состоящий из смесителя UZ2, генератора G2, ФБП Z4, и цепь обратной связи по частоте ОСЧ. В составе цепи ОСЧ – частотный модулятор UB и фазовый корректор А7. Кроме того, в составе блока – выходной усилитель А5 и ВК А6. Частота ЧМ сигнала на входе блока звука
f1=fЗВ+ΔfmЗВuЗВ(t)
где f3B=7 МГц; ΔfmЗВ – максимальная девиация, развиваемая СЗС; u3B(t) –напряжение СЗС, причем | u3B(t)|≤1.
Напряжение uЗВ{t), выделенное на выходе UR2, поступает на UB. Частота колебаний на выходе UB
f2 = fг+A ΔfmЗВuЗВ(t).
где fг –частота колебаний G2; А – коэффициент передачи цепи ОСЧ. Частота колебаний на выходе Z4
fпр2 = f1-f2=f*пр2+(1-A) ΔfmЗВuЗВ(t)