Существуют и другие виды дальнего распространения волн, преимущественно диапазонов УВЧ и СВЧ. Они проявляются при образовании в атмосфере протяженных и сравнительно четко вы­ раженных неоднородностей в виде слоя. Волны распространяются внутри подобного слоя, последовательно отражаясь от его границ, либо между поверхностью земли и нижней границей слоя. Эти два случая схематически изображены на рис.3.6.

Рис. 3.6

Еще один вид дальнего распространения в микроволновых диапазонах - отражение от следов метеоров.

В атмосферу непрерывно проникают, сгорая в ней, потоки небольших метеоров. Этот процесс тоже имеет следствием воз­ никновение неоднородностей (в отличие от предыдущих - времен­ ных), способных эффективно отражать волны; поскольку он нерав­ номерен во времени, условия распространения хаотично изменя­ ются. По этой причине метеорное распространение волн применяется в специальных системах радиосвязи, учитывающих его специфические особенности.

3.5. Помехи радиосвязи

Современное глобальное развитие радиосвязи стало воз­ можным благодаря тщательному и строгому регулированию рас­ пределения и использования радиоволн. Каждая радиолиния за­ нимает полосу частот, отведенную ей на основании международ­ ных соглашений и решений национальных администраций связи. Принимаются меры, чтобы передатчик не излучал колебаний с частотами за пределами отведенной ему полосы. Приемник конст­ руируется так, чтобы при приеме радиосигналов в этой полосе частот он не реагировал на колебания, частоты которых выше или ниже ее границ. Таким образом реализуется важнейший ресурс развития радиосвязи - частотный ресурс: частотное разделение излучений и частотная селекция сигналов при радиоприеме.

Помимо принимаемого радиосигнала на приемник действуют посторонние колебания различного происхождения - радиопоме­

хи, частотные спектры которых могут захватывать полосу, отве­ денную для данной линии радиосвязи. Они могут вызвать искаже­ ния принимаемых сообщений. При радиотелефонной связи они могут проявляться в виде щелчков, треска и шума, ухудшающих разборчивость речевых сообщений; приемный телеграфный аппа­ рат печатает неверные знаки; на бланке факсимильного аппарата получаются лишние линии, портящие изображение. Эти посторон­ ние колебания, называемые радиопомехами, могут быть по интен­ сивности сравнимыми с радиосигналами от нужного корреспонден­ та или превосходить его; в этом случае правильный прием пере­ данных сообщений обычно оказывается либо сильно затрудненным, либо невозможным.

Основным способом ослабления и устранения действия по­ мех на радиосвязь служит частотная фильтрация, но она оказыва­ ется неэффективной если спектр помех накладывается на спектр передаваемых радиосигналов.

Наиболее характерными видами помех являются следующие: 1. Посторонние радиосигналы. Поскольку потребность в ра­

диосвязи очень велика, а диапазоны радиочастот не безграничны, реализация в полной мере частотного разделения не удается и приходится допускать одновременное использование одних и тех же частот на многих линиях радиосвязи. Чтобы избежать взаимных помех общие частоты применяют на отдаленных друг от друга ра­ диолиниях; кроме того, применяют остронаправленные антенны.

Направленность передающих антенн позволяет сосредото­ чить излучение на территории, на которой находится принимаю­ щий корреспондент, и не создавать помехи приемным радиостан­ циям на других территориях. Направленность приемных антенн позволяет исключить возможность приема радиоволн, приходящих в место приема с направлений, не совпадающих с направлением в котором находится нужный корреспондент Таким образом реали­ зуется ресурс развития радиосвязи, называемый пространствен­ ной селекцией.

2. Побочные излучения радиопередающих устройств. Ра­ ботая на отведенной ему частоте, передатчик может создавать одновременно излучения волн с другими частотами. Для того, что­ бы избежать побочных излучений, необходимо чтобы несущие ко­ лебания передающих радиостанций были моногармоническими, синусоидальными. В реальных условиях эти колебания получают­ ся посредством мощных электронных усилителей. Характеристики электронных приборов, применяемых для усиления в передатчи­ ках, нелинейны; усиливаемые колебания в них отличаются от си­ нусоидальных. Вследствие этого спектр несущих колебаний, наря­

ду с основной синусоидальной составляющей нужной частоты, со­ держит составляющие с удвоенной, утроенной и другими частота­ ми - так называемые гармоники. Хотя гармоники ослабляются в цепях передатчика, обладающих свойством частотной фильтра­ ции, они могут частично проникать в антенну и создавать излуче­ ния волн - побочные излучения. Помимо гармоник, возможны по­ бочные излучения и с другими частотами.

Если частоты побочных излучений совпадают с частотами, выделенными другим радиолиниям, то возможны помехи этим ли­ ниям. При конструировании радиопередатчиков принимаются ме­ ры к ослаблению до минимума побочных излучений.

3. Атмосферные помехи. Электрические явления в атмо­ сфере, особенно молния, создают электромагнитные волны, дале­ ко распространяющиеся во всех направлениях и оказывающие влияние на прием нужных радиосигналов. Спектры атмосферных помех в разных частотных диапазонах неодинаковы: уровень их растет с понижением частоты, поэтому вредное влияние этих по­ мех заметно проявляется в диапазонах СЧ и НЧ. На ВЧ и, тем бо­ лее, в микроволновых диапазонах их влияние на радиосвязь про­ является в значительно меньшей степени.

4. Индустриальные помехи. Эти помехи могут вызываться электромагнитными излучениями промышленных, транспортных, медицинских, научных, бытовых и прочих электрических установок. Они возникают главным образом при наличии электрических искр, дуги, либо при резких изменениях тока в электрических цепях, В этой связи уместно напомнить, что на первых этапах столетнего развития радиотехники излучения в результате электрических искр и дуги использовались в передатчиках радиосигналов. Соответст­ венно и паразитные излучения современных электрических уст­ ройств, в которых происходят аналогичные процессы, могут рас­ пространяться по соединенным с этими устройствами проводам на большие расстояния, излучаться в окружающее пространство и действовать на антенны радиоприемных устройств. Количество электрических устройств всевозможных назначений огромно и продолжает расти. Если не принимать меры, то они могли бы сде­ лать радиосвязь практически невозможной. Поэтому индустриаль­ ные помехи устраняются в местах их возникновения. Каждый техник, разрабатывающий, устанавливающий и эксплуатирующий электрические устройства и сети, обязан знать сущность процес­ сов, ведущих к образованию радиопомех, и принимать меры к их ликвидации. Но полностью избежать индустриальных помех не удается: для этого потребовались бы слишком сложные и дорого­ стоящие мероприятия и устройства. Исходя из экономических Со­

ображений, международные организации и национальные ведом­ ства устанавливают для индустриальных помех предельные нор­ мы, превышение которых рассматривается как нарушение закона.

Как и атмосферные помехи, индустриальные помехи прояв­ ляются в микроволновых диапазонах в меньшей мере, чем в диа­ пазонах более длинных волн.

5. Внутренние шумы радиоприемника. К помехам этого вида относятся устранимые и неустранимые электрические колебания, возникающие в самом приемнике.

Устранимыми являются переменные токи, связанные с не­ достаточным сглаживанием питающих напряжений в выпрямите­ лях при питании приемников от электросети переменного тока: ко­ лебания напряжений, вызываемые неудовлетворительным качест­ вом контактов в некоторых электрических цепях и т. п. В правильно сконструированном приемнике эти помехи не играют существен­ ной роли.

Неустранимыми являются так называемые флуктуационные шумы, возникающие в электронных приборах, применяемых для усиления и преобразования сигналов, - в транзисторах, диодах и др. а также и вообще во всех цепях приемника. Причина флуктуационных шумов состоит в том, что токи представляют собой не идеально равномерный процесс, а потоки частиц - электронов. Плотность этих потоков хаотически изменяется (флуктуирует) изза теплового движения зарядов в электрических цепях и из-за неравномерности испускания их эмиттерами в электронных приборах.

Внутренние шумы приемников проявляются во всех частот­ ных диапазонах. Роль их особенно возрастает в диапазонах ОВЧ, УВЧ и СВЧ потому, что в этих диапазонах интенсивность атмо­ сферных и индустриальных помех уменьшаемся настолько, что флуктуационные шумы становятся главным видом помех.

Наибольшее значение имеют шумы во входных и ближайших к антенне цепях, поскольку они усиливаются во всех последующих звеньях приемника. Для ослабления этих шумов при разработке радиоприемников для слабых сигналов необходим тщательный выбор типов электронных приборов. Для обеспечения приема особенно слабых сигналов, например в космической радиоаппара­ туре, тепловые шумы ослабляют применяя криогенное охлажде­ ние ближайших к антенне узлов конструкций.

6. Космические шумы. Эти помехи вызываются радиоизлу­ чениями из заатмосферного пространства. Например, с солнечны­ ми пятнами связано интенсивное радиоизлучение солнца в диапа­ зоне метровых волн. Заметные излучения приходят со стороны

некоторых созвездий и туманностей. Этот вид радиопомех особен­ но важно учитывать при создании и эксплуатации систем космиче­ ской радиосвязи.

Самый простой по идее способ борьбы с помехами в радио­ связи состоит в обеспечении в месте приема такой мощности сиг­ нала от передатчика, которая будет во много раз превышать мощ­ ность помех. К этому способу прибегают в радиовещании, так как в этом случае один передатчик одновременно обслуживает миллио­ ны приемников; по экономическим и социальным соображениям целесообразно идти на удорожание передатчика, чтобы население могло пользоваться сравнительно дешевыми приемниками.

В системах радиосвязи каждая передающая радиостанция единовременно связана всего лишь с одним или несколькими ра­ диоприемными устройствами. В этих условиях оказывается выгод­ нее усложнять формы радиосигналов и соответственно способы их обработки при радиоприеме, а также применять в приемнике раз­ личные специальные меры для ослабления искажений сигналов помехами. Эти меры придают системе свойство, называемое по­ мехоустойчивостью и состоящее в том, что приемник не реагирует на основные виды помех, разумеется, если их мощность не пре­ вышает некоторый предел.

4.ФИКСИРОВАННАЯ И ПОДВИЖНАЯ РАДИОСВЯЗЬ

ВДИАПАЗОНЕ ВЧ

4.1. Значение и особенности ВЧ радиосвязи

Для того чтобы обеспечить достаточно уверенную передачу информации на больших территориях, применяются одновременно различные системы и технические средства связи, обеспечиваю­ щие в совокупности достаточно высокую надежность информаци­ онных связей страны.

Радиосвязь в диапазоне ВЧ играет важную роль как средст­ во магистральной внутренней и международной, зоновой, подвиж­ ной и производственно-диспетчерской связи общего и ведомст­ венного пользования. Она обеспечивает магистральную, зоновую

иместную радиосвязь, сеть радиовещания, службу стандартных частот, служебные линии для земных станций спутниковой связи, авиационную связь земля-воздух, морскую связь берег-судно, ди­ пломатические службы, службы агентств новостей, службу радио­ связи железнодорожного транспорта, военную связь берег-судно

иземля-воздух, межсудовую связь в морском флоте, сеть радио­ связи Гидрометеослужбы, различные наземные подвижные радио­ службы, любительскую радиосвязь.

Несмотря на то, что в условиях быстрого развития высоко­ эффективных кабельных, радиорелейных и спутниковых линий связи удельный вес ВЧ радиосвязи понизился, сохраняется необ­ ходимость ее технического совершенствования. Основанием для этого является правильная оценка ВЧ радиосвязи, учитывающая

ее технический потенциал, народно-хозяйственное значение и экономическую эффективность, а также ее стратегическую роль как необходимого резерва.

За долгие годы существования ВЧ радиосвязи неоднократно высказывалось мнение, что другие виды связи полностью ее вы­ теснят. Действительно, во многих странах автоматизированная сеть связи строится на основе высокоэффективных кабельных и радиорелейных магистралей. В ближайшем будущем развитие волоконно-оптических линий, вероятно, снимет многие ограниче­ ния в увеличении пропускной способности сетей связи. Проблемы связи с малонаселенными территориями, отдаленными или отде­ ленными от промышленных центров труднопроходимой местно­ стью, смогут решать спутниковые системы связи. Быстро растет роль спутников и в сетях подвижной связи. В итоге, в условиях

развитой и нормально функционирующей общегосударственной и межгосударственной системы связи удельный вес ВЧ радиосвязи в общем объеме передачи информации существенно уменьшается.

Однако вопрос об отмирании в обозримом будущем ВЧ ра­ диосвязи не стоит практически ни в одной стране мира; напротив, хотя последние годы характеризуются бурным развитием микро­ волновых средств дальней связи, увеличивается внимание к ее технической реконструкции. Существенной причиной сохранения и развития ВЧ радиосвязи является ее правильная оценка как край­ не важного резервного средства. Это определяется рядом свойств ВЧ радиосвязи, которые делают ее в определенных условиях не­ заменимой. Например, повреждение отдельных промежуточных станций радиорелейных линий при стихийных бедствиях или по другим причинам, а также выход из строя спутника могут привести к очень большим трудностям в общегосударственной сети связи или к полному нарушению ее функционирования на значительных участках территории. В аналогичных условиях ВЧ радиосвязь мо­ жет быть восстановлена в кратчайшие сроки при наименьших за­ тратах. При катастрофическом возникновении сильной ионизации атмосферы ВЧ радиосвязь, по-видимому, нарушается не в боль­ шей мере, чем другие радиотехнические системы, адаптируется же и восстанавливается быстрее других систем. Следует иметь в виду также, что ВЧ радиосвязь играет определенную роль в обес­ печении спутниковой связи наземными средствами: служебной, сигнализации и синхронизации. ВЧ радиосвязь широко применяет­ ся в целом ряде отраслей народного хозяйства, т. е. она остается важным звеном комплексной общегосударственной сети связи страны.

Высокочастотная связь на больших расстояниях с помощью мобильных станций небольшой мощности во многих случаях имеет значительное экономическое и тактическое преимущество перед проводной или радиорелейной. Однако, из-за замираний сигнала при ионосферном распространении и наличия "зон молчания" на­ дежность канала ВЧ связи может быть недостаточно высокой, а в отдельных случаях и очень низкой. Если команды управления большой региональной системы передавать только по ВЧ каналам, то искажения информации при передаче обернутся в этих случаях существенными потерями. Именно поэтому ВЧ радиосвязь широко применяют в качестве резервной для более надежных систем свя­ зи. Роль ее существенно возрастает в условиях, когда не исключе­ на возможность чрезвычайных ситуаций: пожаров, землетрясений, наводнений, селей и т. д. Живучесть ВЧ связи в этих условиях на­ много выше, чем проводной и радиорелейной.

Современный этап развития ВЧ связи характеризуется со­ вершенствованием ее технических средств, целью этого этапа должна быть максимальная степень автоматизации и адаптации к изменяющимся характеристикам каналов передачи информации. Автоматическое управление радиосвязью потребовало разработки автоматизированных радиоприемных и радиопередающих цен­ тров. Автоматизация радиоцентров повышает надежность радио­ связи, предотвращает или сокращает перерывы связи, сокращает время подготовки аппаратуры к работе, повышает экономичность системы связи при длительном отсутствии нагрузки и работе в ждущем режиме. Оборудование автоматизированных центров можно размещать в защищенных, упрощенных и удешевленных помещениях; отпадает необходимость в жилых и подсобных по­ мещениях. Автоматизация и устранение обслуживающего персо­ нала требует высокой надежности и резервирования как основно­ го, так и дополнительного оборудования.

Высокочастотная радиосвязь наряду со спутниковой остает­ ся одним из видов межконтинентальной связи как экономичный способ организации дальней радиосвязи. Системы связи в микро­ волновых диапазонах экономичны только при одновременной пе­ редаче нескольких сотен и тысяч телефонных каналов. В этом случае стоимость одного телефонного канала, определенная как результат деления общих капитальных и эксплуатационных расхо­ дов, затраченных на систему связи, на число каналов оказывается сравнительно небольшой.

Во многих случаях (связь с отдаленными районами, с кораб­ лями или самолетами и т.д.) не требуется большого числа кана­ лов. При этом ВЧ радиоаппаратура для передачи одного-двух те­ лефонных разговоров или работы нескольких десятков телеграф­ ных аппаратов обходится сравнительно недорого. К тому же, несмотря на многочисленность зарегистрированных радиостанций, сохраняется резерв в использовании пропускной способности ВЧ диапазона.

Поскольку потребность в числе каналов растет, а частотная емкость ВЧ диапазона ограничена, международная комиссия по радиочастотам разделила земной шар на 10 зон (70 подзон). Зоны отделены друг от друга территориально и используются с разне­ сением по времени суток, что дает возможность использовать од­ ни и те же частоты многократно. Так, каждый килогерц диапазона 1,5...30 МГц используется в 20-30 официальных частотных при­ своениях. Зоновые радиолинии состоят из внутризоновых и мест­ ных. В конкретных регионах принципы зонового деления террито­ рий для организации радиосвязи могут несколько различаться.