книги / Устройство, эксплуатационно-техническое обслуживание и ремонт станционного оборудования радиорелейных линий связи

	пендикулярно плоскости					рисунка.
	Вырезы 2 на краях диска обеспе­
	чивают круговую поляризацию маг­
	нитного поля в линии и замед­
	ление	скорости		распространения
	электромагнитной			волны.		Исполь­
	зование	таких		дисков		позволяет
	уменьшить размеры				циркулятора и
	расширить его рабочую полосу час­
	тот.	рис.	132, а		показана		схема
	На
	антенно-волноводного тракта, позво­
	ляющая	совместить			в одном		тракте	Рис. 131. Диск микрополосково-
	до четырех		дуплексных			стволов
								го ферритового циркулятора

(двухступенчатая схема) . Для разде­ ления сигналов приема и передачи

используют ФЦ, а частотную селекцию каждого ствола осущест­ вляют устройством разделения и объединения стволов РОС.

При трехступенчатом уплотнении фидерного тракта, приме­ няемом на РРЛ емкостью до восьми дуплексных стволов, исполь­ зуют и ФЦ, и ПС. На ступени / уплотнения производится селек­ ция по частоте, ступень II выполнена на ФЦ, a III — на ПС.

Рис. 132. Схема двухступенчатого (а) и трехступенчатого (б) уплотнения фи-

Устройство разделения и сложения стволов позволяет сложить и передать в одном волноводе сигналы четырех передатчиков, а также разделить сигналы, предназначенные для четырех при­ емников, и направить в каждый приемник сигнал, частота кото­ рого соответствует его настройке.

Основным элементом устройства РОС являются разделитель­ ные фильтры — полосовые или режекторные (заградительные).

Полосовые пропускают сигнал в определенной полосе частот, а режекторные — не пропускают (отражают обратно сигнал в той полосе частот, на которую они настроены). В сантиметровом диа­ пазоне частот фильтр конструктивно представляет собой несколь­ ко объемных резонаторов. Каждый резонатор — это отрезок вол­ новода (рис. 133, а), на концах которого установлены диафраг­ мы 1 .

Размеры резонатора и диафрагм определяются длиной волны в волноводе К, которая меньше длины волны в свободном прост­ ранстве К при одной и той же частоте сигнала. Это объясняется тем, что скорость распространения электромагнитной энергии в волноводе меньше скорости света с. Диафрагму выполняют в виде щели или решетки из параллельных прутьев, и в зависимости от их расположения она может быть эквивалентна емкости (рис. 133, а) или индуктивности (рис. 133,6).

Один резонатор имеет недостаточно хорошие фильтрующие свойства, поэтому в фильтре их устанавливают несколько один за другим либо непосредственно (рис. 133, в), либо через проме-

2

Рис. 133. Схемы объемных резонаторовд фильтров (а, б), полосовых фильтров из трех (в) и четырех (г) резонаторов, а также упрощенное изображение полосовых

фильтров (д ) и общее обозначение их на схемах (е)

жутки (рис. 133, г), длина которых должна быть кратна нечетно­ му числу четвертей длины волны (четвертьволновая связь). Упрощенное изображение фильтров с такими резонаторами дано на рис. 133, д, а обозначение полосовых фильтров в схемах — на рис. 133, е.

По сути дела, резонатор — это колебательный контур СВЧ.

Он может быть открытым с двух сторон, и электромагнитная энергия проходит через него (рис. 133, a), a может быть открытым только с одной стороны и электромагнитная энергия в этом слу­ чае лишь ответвляется в него — объемный резонатор. Индуктив­ ность или емкость резонатора можно в некоторых пределах ре­ гулировать ввинчиванием (вывинчиванием)'стержня 2 , размещен­ ного в одной из стенок резонатора. У объемных резонаторов иног­

да	для этой цели делают подвижной (перемещающейся) одну
из	стенок, обычно торцевую, находящуюся против диафрагмы.

В дециметровом диапазоне волн аналогичные резонаторы выпол­ няют на коаксиальных линиях, однако в этом случае перестраи­ вающиеся резонаторы делают только на жестких фидерах с эле­ ментами настройки в виде поршня, а резонаторы на гибких линиях делают без элементов перестройки, рассчитанными на определен­ ную (достаточную широкую) полосу частот.

Применяют также фильтры, выполненные на полосковых ли­ ниях. В фильтре низких частот, состоящем из последовательно чередующихся отрезков МПЛ с высоким и низким волновым со­ противлением (рис. 134, а) отрезки МПЛ с низким волновым сопротивлением представляют собой, по сути дела, резонаторы (если длина отрезка равна половине длины волны). Конструкция таких звеньев показана на рис. 134, б.

Фильтры на четвертьволновых стержнях (рис. 134,6) закора­ чивают на одном конце. Из резонаторов, сконструированных на МПЛ, наиболее простым получается резонатор на полуволновой линии. Ее не надо замыкать на концах, а для того чтобы не было

Рис. 135. Схема объединения стволов при пе-	Рис. 136. Коаксиально-волновод-
редаче	ный тройник

излучения от концов такой линии, ее сворачивают в кольцо, т. е. замыкают саму на себя. Электромагнитная энергия циркулирует по кольцу, электрические и магнитные поля бегущей волны синфазны. Такие резонаторы имеют небольшие размеры, весьма малые потери и неплохую добротность (Q = 200-^300).

Рассмотрим процесс сложения сигналов стволов с помощью фильтров при передаче (рис. 135). Сигнал от передатчика Пд\ частотой f | проходит через полосовой фильтр I на вход 1 феррито­ вого циркулятора /. Здесь он передается из плеча 1 в плечо 2 и да­ лее в циркулятор //, где из плеча 3 поступает в плечо 1 и на фильтр 2. Но фильтр 2 настроен на другую частоту и не пропустит (отразит обратно) этот сигнал. После отражения сигнал f\ поступает из плеча I циркулятора II в плечо 2 и далее в циркулятор III и т. д. По такому же принципу проходят сигналы передатчиков Пд2, Пдз, Пд4 с частотами f2, /з, В результате на выходе схемы бу­ дет сигнал четырех стволов.

Поглощающая нагрузка ПН нужна для поглощения волн, воз­ никающих из-за недостаточной согласованности циркуляторов. Она представляет собой отрезок волновода с ферроэпоксидным материалом, поглощающим электромагнитную энергию. Точно так же работает устройство РОС, разделяя сигналы стволов при приеме.

Однако если оно выполнено на режекторных фильтрах, то процессы разделения там протекают иначе. В этом случае кроме режекторных фильтров в устройстве имеются коаксиально-вол­ новодные тройники (рис. 136). При возбуждении тройника со сто­ роны А энергия в плечо С не проходит, а делится в плече В между В | и В2 поровну, причем фазы сигналов в В\ и В2 совпадают. При возбуждении тройника со стороны С (коаксиальное плечо с узким концом К перегородки П) энергия поступает в волноводы Si и В2 в противофазе, делясь поровну, а в плечо А не поступает. Если энергия поступает в тройник со стороны Si и В2 в одинако­ вой фазе, то она пройдет в плечо Л и не пойдет в плечо С, так как пластина П и ее узкий конец К не возбуждаются. Если же энергия со стороны Si и В2 поступает в противофазе, то пластина

164

Рис. 137. Схема устройства разделения стволов при приеме

П возбуждается и энергия поступает в плечо С, а не в плечо А. На рис. 137 показано устройство РОС на режекторных филь­ трах, обеспечивающее разделение двух стволов при приеме сигна­ ла. Устройство состоит из двух одинаковых блоков, в каждый из которых входят по два коаксиально-волноводных тройника 1 и по два четырехрезонаторных режекторных фильтра 2 , сдвинутых относительно друг друга на Хв/4. Фильтр первого блока настроен на частоту f\ и отражает сигналы этого канала обратно в тройник, но из-за сдвига резонаторов в плечах В| и Й2 на Хв/4 отраженные волны возвращаются в В\ и Въ в противофазе и, следовательно,

попадают в плечо С.

Сигналы второго ствола с частотой /2 проходят дальше и, так же, как /|, выделяются в плече С соответствующего тройника. Нагрузка 3 в каждом блоке предназначена для поглощения той части энергии, которая из-за неполной симметрии блока и неточ­ ной настройки проходит резонаторы и попадает в плечо С второго тройника этого блока. Для разделения сигналов четырех стволов потребуется устройство РОС, состоящее из четырех блоков.

Объединение стволов при передаче осуществляется аналогич­ но, но сигналы идут в обратном направлении и включение плеч коаксиально-волноводных тройников соответственно изменяется.

От различных элементов фидерного тракта, а также от его неоднородностей (фланцевых соединений и т. п.) возникает об­ ратная волна, ухудшающая условия передачи энергии в прямом направлении. Для поглощения отраженной энергии применяют

ферритовые вентили.

Ферритовый вентиль (Ф В)— устройство, пропускающее электромагнитную волну в одном направлении с малыми потерями, а в обратном направлении с большими потерями.

На рис. 138, а показан ФВ, в котором использовано смещение электромагнитного поля в волноводе. К волноводу 2 присоединен постоянный магнит 1. Внутри волновода к его узкой стенке при­ креплена ферритовая пластинка 4, а к ней приклеена пленка 3 из материала, хорошо поглощающего электромагнитную энергию. Под действием феррита, находящегося в магнитном поле, напря­ женность электрического поля волны прямого направления имеет минимальную интенсивность у пленки, а максимальную у проти­ воположной стенки волновода. Поэтому поглощающее действие

Рис. 138. Ферритовый вентиль (а) и его условное обозначение (б)

пленки здесь проявляется незначительно, и прямая волна прохо­ дит вентиль почти без потерь (0,2 дБ).

Для отраженной волны картина обратная (векторы £ пр и £ отр направлены противоположно!) напряженность электрического поля максимальна у пленки и электромагнитная энергия этой волны поглощается сильно (20—30 дБ). Условное обозначение ФВ на схемах показано на рис. 138,6.

Направленный ответвитель (НО)— устройство, ответвляющее часть электро­ магнитной энергии от основного направления ее распространения на вспомо­ гательное направление, для контроля и т. п.

На рис. 139, а показан двухдырочный ответвитель. Он состоит из двух волноводов — основного // и вспомогательного /. В общей стенке этих волноводов имеется два отверстия, расположенные на расстоянии Хв/4 друг от друга. Через эти отверстия во вспомо­ гательном волноводе возбуждаются две волны, одинаковые по амплитуде. Эти волны распространяются в нем в обе стороны, но в направлении Р0тв (совпадающем с направлением распростра­ нения основной волны) они складываются, так как от точки 1 до

б)

Рис. 139. Направленный ответвитель ( а ) и его условное обозначение (б)

точки 3 проходят одинаковые пути и в точке 3 оказываются в фазе. В направлении Р0бР (противоположном направлению распростра­ нения основной волны) они вычитаются, потому что в точке 2 оказываются в противофазе, так как одна волна попадает в точку 2 от точки 1 по ближнему пути, а вторая по дальнему, через точку «?, пройдя расстояние =

В идеальном случае должно быть Яобр = 0, но в реальных ответ­ вителях этого не получается, поэтому для поглощения небольшой энергии Р0бр устанавливают поглотитель Я. Условное обозначение направленных ответвителей на схемах показано на рис. 139,6.

Щелевой мост (ЩМ)— это разновидность направленного ответвителя, в котором ответвляется половина энергии.

Щелевой мост представляет собой (рис. 140) два прямоуголь­ ных волновода 4 и 3 с общей узкой стенкой, в которой прорезана щель (отсюда и название устройства). В щели помещен настроеч­ ный винт /, а напротив нее вдоль узких стенок волновода установ­ лены вкладыши 2 .

Электромагнитная волна типа Ню поступает во входное плечо I моста (рис. 140, 6 ) и попадает в область щели. Здесь ширина волновода почти в два раза больше, поэтому, наряду с волной типа Ню возникает волна типа Яго. Длина щели подобрана так, что эти две волны, взаимодействуя, складываются на уровне плеча I и вычитаются на уровне плеча II. Следовательно, в направлении плеча II электромагнитная энергия не пойдет (там и устанавли­ вают поглощающую нагрузку Я), а в направлениях III и IV эта энергия поступает, разделяясь поровну, правда, со сдвигом фаз на 90°

Рис. 140. Устройство щелевого моста (а), схема распространения в нем электро­ магнитной энергии (б) и условное обозначение на схемах (в)

Деление мощности на два (поровну) соответствует 3 дБ, поэто­ му такой мост называют иногда трехдецибельным. Вкладыши 2 устанавливают для того, чтобы ширина волновода в районе щели увеличилась не в 2 раза, а немного меньше, иначе там кроме допол­ нительной волны Я2о будет возбуждаться еще и волна //3о, что нарушит нормальную работу моста. Условное обозначение щеле­ вого моста в схемах показано на рис. 140, в.

Для разделения и сложения электромагнитной энергии в вол­ новодных трактах применяют различные тройники. Кроме коакси­ ально-волноводных (см. рис. 136) часто используют более простые тройники. Плоский тройник Т — это простейшее волноводное раз­ ветвление (рис. 141, а). Электромагнитная энергия в нем развет­ вляется благодаря наличию металлической перегородки, разме­ щенной перпендикулярно электрическим силовым линиям Е вол­ ны Яю. Перегородка 1 разделяет основной волновод с узкой стен­ кой а на два малых волновода 2,3 с узкими стенками а\, а2. При этом а < а |- |- а 2, но а> а\ и а > а 2. Соотношение а| = а2 не яв­ ляется обязательным. Если электромагнитная энергия поступает в волновод со стенками а, то в волноводах 2 и 3 будут рас­ пространяться волны равной амплитуды с одинаковыми фазами.

Существуют конструкции		плоских тройников без перегородок
с одинаковыми	толщинами	стенок до и после разветвления
(рис. 141,6, в),	Если плоскость разветвления совпадает с плос-

1 - <

~

лвт

ф

Рис. 141. Простейший ( а ), Н - ( б ) , Е - ( в ) , двойной	(ДВТ) (г)	волноводные тройни­
ки и их условные обозначения	на схемах	(д )

костью расположения магнитных силовых линий Н волны типа Ню, то это Н-тройник (рис. 141, б). Если же плоскость разветвле­ ния совпадает с плоскостью расположения электрических сило­ вых линий £, то это Е-тройник (рис. 141, в).

Если в Н-тройник электромагнитная волна поступает в плечо Л, то в плечах Б и В распространяются волны одинаковой ампли­ туды и фазы. Энергия между плечами Б и В делится поровну.

Аналогично распространяются волны в Е-тройнике, при подаче энергии в плечо Г, но в плечах Б и В волны будут в противофазе. При подаче энергии в плечи Б и В амплитуды волн на выходе тройника суммируются (удваиваются, если амплитуды волн в сим­ метричных плечах Б и В равны). Следует помнить, что в Н-тройник эти волны в плечи Б и В нужно подавать в фазе, а в Е-тройник — в противофазе.

Тройник, скомбинированный из Н- и £-тройника (рис. 141, г), называется двойным волноводным тройником ДВТ. Он обладает свойствами составляющих его тройников. Условные обозначения тройников на схемах приведены на рис. 141,6.

На рис. 142 показана топология делителя мощности, выпол­ ненного на микрополосковых линиях. Это так называемый двух­ канальный синфазный направленный делитель. Его боковые пле­ чи 2 и 3 имеют одинаковое волновое сопротивление р и связаны резистором R, причем /?= 2р. Волновое сопротивление плеча 1 также равно р. Кольцевая часть делителя имеет несколько боль­ шее значение волнового сопротивления (в V2 раз).

Как видно из рисунка, проводящая полоска делителя тоньше. Если нагрузки всех плеч согласованы, то мощность, подводимая к плечу /, разделится поровну между плечами 2 и 3. Ток через резистор в этом случае не проходит, так как разность потенциалов между его выводами равна нулю.

Это балансный резистор: ток по нему пойдет, если нагрузки в плечах 2 и 3 не согласованы. Электромагнитные колебания на выходе плеч 2 и 3 синфазны, поэтому и делитель называется синфазным. Если сигнал подается на

	вход плеча 2 , то в	плечо 1
	попадет только половина	мощности
	этого сигнала, вторая половина мощ­
	ности поглощается резистором R и не
	поступит в плечо 3. То же самое прои­
	зойдет, если сигнал подать на вход
	плеча 3 : на выход плеча 1 проходит
	половина мощности сигнала, осталь­
	ная половина расходуется на сопро­
	тивлении резистора Ry и на выходе
	плеча 2 сигнала не будет.		Рис. 142. Топология делителя
	При подаче синфазных колебаний
			мощности, выполненного на
	с одинаковыми амплитудами в плечи		МПЛ

2 и 3 такое устройство работает как сумматор, т. е. ампли­ туда колебаний в плече 1 удвавается, а если на входы плеч 2 и 3 подавать противофазные сигналы одинаковой амплитуды, то на выходе плеча 1 сигнал отсутствует, т. е. электромагнитных коле­ баний не будет.

Кроме синфазных делителей применяют и противофазные, у которых на выходах 2 и 3 колебания в противофазе. Бывают квадратурные делители, у которых колебания на выходах 2 и 3 отличаются по фазе на 90° (2л/4).

Вопросы и задания

I . Что такое диаграмма направленности антенны? Нарисуйте диаграмму на­ правленности одной из антенн.

2.Укажите различия между антеннами АДГ и АДЭ.

3.Что такое «бегущая волна» напряжения и тока в длинной линии? Укажите условия, при которых она образуется.

4.Почему на частотах, меньших 3 ГГц, в фидерных трактах вместо волноводов применяют коаксиальный кабель?

5.Каковы достоинства и недостатки круглых, эллиптических и прямоугольных волноводов?

6.Что такое объемный резонатор?. Что общего у него с обычным колебательным контуром?

7.Как удается одну и ту же антенну использовать для передачи и приема одно­ временно?

8.Поясните назначение, устройство и принцип действия поляризационного се­ лектора.

9.Поясните устройство и принцип действия разделительного фильтра.

10. Где применяют направленный ответвитель и как он действует?

II.Поясните устройство и принцип действия щелевого моста.

12.В каких волноводных трактах и для чего применяют двойные волноводные

тройники?

ГЛАВА 11

ПРИЕМНО-ПЕРЕДАЮЩАЯ

И ОКОНЕЧНАЯ AnnAPAfyPA PPC

Приемно-передающая аппаратура имеется на всех РРС (оконеч­ ных, промежуточных и узловых), поэтому ее считают основной аппаратурой радиорелейных систем передачи. Как уже указыва­ лось в гл. 9, на оконечных РРС на каждый ствол имеется один при­ емопередатчик, на промежуточных РРС на каждый ствол необ­ ходимо два приемопередатчика, а на узловых — по крайней мере три и все это без учета аппаратуры резервирования.

§ 38. Приемники

Приемник ствола (рис. 143) состоит из малошумящего усилителя МШУ, смесителя СмПм, гетеродина Г, полосового фильтра ПФ и