требования укв радиостанции

Для того чтобы сформулировать требования, предъявляемые к любительской УКВ радиостанции, необходимо ответить на вопрос: от чего зависит эффективность такой радиостанции и каковы пути ее повышения.

Для любого вида связи, в том числе и для радиосвязи на УКВ, характерны потери сигнала на пути следования и наличие внешних и внутренних помех.

Рассмотрим, от чего зависят потери на радиолинии. Для упрощения будем считать, что распространение радиоволн происходит п свободном пространстве,

т. о. на пути следования радиоволн от коо-респондента к корреспонденту отсутствуют их поглощение и переотражение. Подобный случай характерен для радиосвязи в космическом пространстве, а также с небольшими поправками для наземной радиосвязи в пределах прямой видимости. К тому же при всех прочих видах распространения ультракоротких воли потери на радиолинии можно оаз-делить на потери свободного пространства и дополнительные потери, присущие данному виду распространения.

Предположим, что один из корреспондентов использует антенну, одинаково излучающую во все стороны (так называемый изотропный излучатель). Тогда на расстоянии

Рнс. 1. Диаграмма направленности изотропного излучателя.

г излучаемая передатчиком мощность /пер равномерно распределится по поверхности сферы (рис. 1), имеющий площадь S=nr. В результате на вход приемника второго корреспондента попадает сигнал мощностью Рт\ = Рпер Snp/S, где S„p - плошадь приемной антенны. Следовательно, потери на лнннн связи составят:

В случае, если передающая антенна обладает направлениымн свойствами, мощность принимаемого сигнала возрастет и потери будут равны:

Т с пер

- пp-; г )

где Опер-коэффициент усиления передающей антенны.

Из полученной формулы можно сделать важный вывод - эффективность антенны зависит от ее площади, т. е. для поддержания эффективности антенны надо сохранять ее площадь независимо от рабочей длины волны. (Об этом часто забывают при освоении высокочастотных диапазонов.) Так, например, если использовать один и тот же тип антенны (например, восьмиэлементный волновой канал) для диапазонов 144 и 432 МГц, то на верхнем диапазоне мы получим проигрыш в 9 раз. Для диапазона 1296 МГц этот проигрыш составит уже 81 раз, т. е. для получения тех же потерь на линии нужно или у одного нз кор-

ррюндентов установить систему из 81 антенны «волновой нанал», или у обоих pfuhobhib по девять таких антенн. Это, в частности, следует нз формулы

£ -пер -пр qnep пр

Г=Х2 ~ (47гг)2

которую можно получить, используя известное соотношение 0=4л5/ЯД где G - коэффициент усиления антенны, S -ее площадь, а Я -длина волны.

Видно, что при неизменной конструкции антенны, а следовательно, неизменном коэффициенте усиления потерн L растут при уменьшении длины волны в квадратичной зависимости. Единственная мера борьбы - это повышение коэффициента усиления антенн. Не следует, однако, забывать о том, что при повышении коэффициента усиления сужается диаграмма направленности, узконаправленные антенны не облегчают радиосвязь на УКВ.

Действительно, на коротких волнах, где в основном используются слабопа-правлениые антенны, для установления радиосвязи необходимо выполнение двух условий - совпадение времени работы в эфире и совпадение частот (мы не берем в расчет условий прохождения радиоволн). На УКВ к этим условиям добавляется еще одно - антенны двух корреспондентов должны быть направлены друг на друга.

Рассмотрим теперь, от чего зависит дальность радиосвязи на УКВ. Для повышения дальности необходимо увеличивать размеры антенн. Это, конечно, очень трудоемкий путь, однако это единственный способ, практически не имеющий ограничений. Второй способ повышения дальности - это увеличение мощности передатчика. Однако максимальная мощность любительского передатчика определена соответствующим разрешением и не должна превышать 5 Вт. И, наконец, третий способ - это повышение чувствительности приемника. Здесь наши возможности в конечном счете ограничены внешними шумами и помехами, такими как индустриальные помехи, космические шумы и тепловые шумы, излучаемые атмосферой и земной поверхностью.

Для того, чтобы оценить предельные возможности радиостанции, удобно ввести понятие ее «энергетического потенциала». Энергетический потенциал численпо равен максимально допустимому значению потерь (в децибелах) на трассе распространения сигнала при связи с однотипной радиостанцией. Рассмотрим подробнее, как он определяется и от чего зависит.

Прежде всего определим минимальную мощность сигнала, который необходимо подвести ко входу приемника. При отсутствии внешних помех чувствительность определяется уровнем собственных шумов, который для удобства расчетов обычно приводится ко входным зажимам приемника.

Для Оценки интенсивности собственных шумов приемника обычно пользуются единицами кТо. Здесь к - постоянная Больцмана (1,38-10- Дж/град), а Го - температура окружающей среды (около 300 К). Таким образом, \kT(, = \Q- Вт/Гц. Термин «интенсивность» в данном случае применяется потому, что данная единица характеризует не просто приведенную мощность входных шумов, а мощность, отнесенную к полосе пропускания. Это очень удобно, так как не надо каждый раз оговаривать полосу пропускания приемника, как это потребовалось бы при оценке шумов в единицах мощности - ваттах. В этом смысле еще больше неудобств доставляет пользование единицами напряжения - микровольтами, так как в данном случае надо еще указывать входное сопротивление приемника. Так, например, ответить на вопрос, какой приемник лучше- имеющий чувствительность 1 мкВ или 2 мкВ, можно только после того, как будут оговорены входные сопротивления и полосы пропускания данных приемников. Единица кТо имеет строго определенный физический смысл - такие тепловые шумы генерирует активное сопротивление, нагретое до температуры То-Если сопротивление, равное входному, подключить ко входу идеального приемника, то мощность шумов, приведенная ко входу, будет равна 1 кТ(,- В реальном приемнике к шумам внешнего сопротивленна добавятся собственные шумы, поэтому чувствительность реального приемника всегда больше 1 кТо- Числовой коэффициент, стоящий перед кТо, называется коэффициентом шума приемника. Он обозначается буквой F. Мощность собственных шумов приемника приведенную ко входу, можно определить, пользуясь формулой Рц,. вх -

= (f-1)йГоД/, где Д/ -полоса пропускания приемника. Например, тт-исщ. ность шумов приемника описываемой радиостанции в диапазоне 144 Ml и рй1на 1,8 кТа (т. е. собственные шумы равны 0,8 кТо). Определим, чему -ии iniiriet-

ствует в долях ватта при полосе пропускания приемника 3000 Гц. 13 !.....пртст-

вии с проведенными рассуждениями собственные шумы приемника в B;m;i,\, приведенные к его входу, будут равны:

Яш.вх = (1,8 - 1)-4-10-21-3000; 10-" Вт.

Теперь, когда известна мощность входных шумов, можно определить минимальное значение полезного сигнала. Для работы телеграфом при данной полосе пропускания пороговое значение сигнала может быть примерно в 10 раз меньше мощности шумов. Тогд; мощность сигнала равна: Рс = 10- Вт.

Пусть мощность передатчик;! раппа 5 Вт. Тогда без учета усиления антенн и при использовании на другом конщ Л11}1нн аналогичной радиостанции допустимо максимальное ослабление иа p;bUiii.miiiMii н .-Ю раз. Если для приема и передачи используются мапраплепмые .niniim.i с усилением 10 раз, то допустимые потери возрастут до 5-10™ \глл, пл\\ IO? дП, Таким o6)a:ii)M, и разобранном примере энергетический потенциал радппе!.шцнн ранен 207 дБ.

Теперь нетрудно подсчитать, какона предельная дал1а1ость деИсвия таких радиостанций в космическом пространстнс для днана:)()Н.-1 144 МГц:

г = 1/ 4 млн. км.

в обычных земных услоннях в связи с кривизной земной поверхности потери иа линии связи нарастают значительно быстрее. При стандартных условиях тропосферного распространения затухание 200 дБ соответствует расстоянию примерно 200-300 км. При благоприятных условиях дальность может увеличиваться до 400-500 км и более. Известны случаи, когда даже меньший энергетический потьнциал радиостанции позволял перекрывать расстояния около 2000 км.

Рассмотрим теперь вопрос о помехоустойчивости радиостанции. Приведенный расчет энергетического потенциала сделан с учетом только внутренних помех, т. е. с учетом собственных шумов, возникающих в приемном устройстве. Однако часто предельная дальность радиосвязи определяется помехами внешнего происхождения, которые условно можно разделить на три основные группы - помехи от других радиостанций, импульсные помехи и шумовые помехи. Помехи, относящиеся к первой группе, появляются под действием мощных сигналов близко расположенных любительских радиостанций, а также под действием мощных сигналов телевизионных и )адиовеп1ательных передатчиков. В первом случае мешающий сигнал попадает и полосу пропускания усилителя высокой частоты, смесителя, а часто п п полосу пропускания последующих каскадов. Под действием мощной помехи меняется режим работм этих каскадов, что может привести к полному пропаданию полезного сигнала.

Меры борьбы с подобными помехами -это ноньппепие линейности и возможно меньший коэффициент усиления каскадов, предшествующих узконолос-ному фильтру.

Помехи от телевизионных передатчиков могут непосредственно воздействовать на входной каскад УВЧ и проникать по так называемым комбинационным каналам. Рассмотрим практический пример. Конвертер диапазона 144-146 МГц имеет промежуточную частоту 4-6 МГц и, следовательно, частоту собственного гетеродина 140 МГц. Если выходная частота гетеродина получена- путем удвоения частоты 70 МГц, то при недостаточной фильтрации на смеситель неизбежно попадет и утроенная частота 210 МГц. При этом образуется паразитный канал приема на частотах 214-216 МГц, которые лежат в пределах 11-го телевизионного канала. По этой причине, например, большинство конвертеров, имеющих промежуточную частоту 4-6 МГц, непригодны для эксплуатации в условиях Москвы. Меры борьбы с подобными помехами - повышение качества гетеродина и улучшение селективности УВЧ.

Помехи, относящиеся ко второй группе, - импульсные помехи более характерны для городских условий. Это помехи от систем зажигания автомобилей, ог коллекторных электродвигателей, от искрения контактных проводов трамваев