ПРИЕМНЫЙ РАДИОЦЕНТР

Полезная модель относится к радиосвязи и может быть использована в коротковолновых радиоузлах стационарного и мобильного типов.
Известны приемные радиоцентры коротковолновой (KB) радиосвязи, обеспечивающие одновременное взаимодействие с радиоабонентами на радиотрассах различных направлений и протяженности при изменяющихся рабочих частотах. В состав приемных радиоцентров (ПрмЦ) входят комплект приемных антенн коллективного пользования, коммутационно-распределительный тракт, выходы которого соединены со входами N радиоприемных устройств (по количеству одновременно обслуживаемых радиоабонентов), N демодуляторов, комплект промежуточной и оконечной аппаратуры (аппаратура внутриузловой связи, аппаратура уплотнения и каналообразования, оконечная аппаратура), пульт оператора [1, 2].
Недостатками этих приемных радиоцентров являются:
- значительные площади, необходимые для размещения комплектов полноразмерных коротковолновых приемных антенн коллективного пользования, обеспечивающие в диапазоне рабочих частот (1,5...30) МГц взаимодействие ПрмЦ с радиоабонентами на радиотрассах различных направлений (азимутов) и различных протяженностей;
- низкая помехоустойчивость ПрмЦ, обусловленная наличием группового коммутационно-распределительного тракта с широкополосными высокочастотными усилителями на входах, компенсирующими потери при делении мощности выходного сигнала приемной антенны коллективного пользования на входы радиоприемных устройств [1].
Известен приемный радиоцентр [3], содержащий N антенных единичных элементов (АЭ), N многоканальных радиоприемных устройств (МРПУ), устройство демодуляции и декодирования сигналов, МРПУ содержит согласующее распределительное устройство на М выходов, вход которого является входом МРПУ и соединен с выходом единичного антенного элемента, каждый из М выходов согласующего распределительного устройства соединен с входом каждого из М аналого-цифровых трактов, состоящих из аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и последовательно соединенных через свои входы и выходы высокочастотного тракта (перестраиваемого полосно-пропускающего фильтра - ППФ), управляемого аттенюатора, причем, вход ППФ является входом аналого-цифрового тракта, при этом все N антенных элемента размещаются на местности в соответствии с заданной конфигурацией, вход АЦП через выход и вход высокочастотного усилителя соединен с выходом управляемого аттенюатора, выход АЦП соединен с первым входом цифрового преобразователя, входящего в состав аналого-цифрового приемного тракта, при этом цифровой преобразователь содержит последовательно соединенные квадратурный преобразователь, вход
которого является входом цифрового преобразователя, выход косинусной составляющей квадратурного преобразователя соединен через вход и выход первого цифрового фильтра нижних частот (ЦФНЧ) со входом первого децимирующего фильтра (ДФ), выход которого, как и выход второго, ДФ, соединен с соответствующими входами мультиплексора МРПУ, вход второго ДФ соединен через выход и вход второго ЦФНЧ с выходом синусной составляющей квадратурного преобразователя, на косинусный и синусный входы опорного сигнала которого поступают сигналы с косинусного и синусного выходов соответственно цифрового синус-косинусного генератора (ЦСКГ), первые и вторые управляющие выходы блока управления и синхронизации (БУС) МРПУ соединены с управляющими входами ППФ и управляемого аттенюатора соответственно каждого из М аналого-цифровых приемных трактов МРПУ, второй управляющий вход-выход БУС МРПУ соединен с управляющим входом-выходом ЦСКГ цифрового преобразователя, третий выход БУС МРПУ подключен ко входу опорного сигнала ЦСКГ цифрового преобразователя, первые (косинусные) и вторые (синусные) выходы каждого из М аналого-цифровых приемных трактов соединены с соответствующими входами мультиплексора МРПУ, первый вход-выход которого соединен с первым управляющим входом-выходом БУС МРПУ, первый выход опорного сигнала мультиплексора МРПУ соединен с первым входом опорного сигнала БУС МРПУ, второй выход мультиплексора МРПУ соединен со вторым входом тестовых сигналов БУС МРПУ, через четвертый выход БУС МРПУ
тестовые сигналы поступают на второй вход согласующего распределительного устройства, вторые входы-выходы мультиплексора МРПУ каждого из N МРПУ, являющиеся входом-выходом МРПУ, соединены через линии связи МРПУ с соответствующими первыми входами-выходами мультиплексора сети приемного радиоцентра, первые выходы которого соединены с первыми входами блока формирования диаграмм направленностей (БФДН), М информационных выходов которого соединены с М информационными входами устройства демодуляции и декодирования сигналов, М аналоговых информационных выходов которого подключены к М входам коммутатора информационных каналов, М выходов дискретной информации (данных) устройства демодуляции и декодирования сигналов соединены с М входами блока контроллеров (БК), первые входы-выходы которого соединены с управляющими входами-выходами устройства демодуляции и декодирования сигналов, вторые входы-выходы БК подключены к соответствующим первым управляющим входам-выходам коммутатора информационных каналов, вторые входы-выходы которого соединены с первыми входами-выходами аппаратуры уплотнения и каналообразования (АУК), при этом вторые входы-выходы АУК являются входами-выходами приемного радиоцентра, а третьи входы-выходы АУК соединены с третьими входами-выходами БК, четвертые входы-выходы которого соединены с входами-выходами аппаратуры передачи данных, пятые входы-выходы БК соединены с входами-выходами ЭВМ, являющейся пультом оператора приемного радиоцентра, шестые входы-выходы БК
соединены с управляющими входами-выходами генератора тестовых сигналов, выходы коммутатора информационных каналов соединены со входами оконечной аппаратуры, первые управляющие входы-выходы БФДН соединены с седьмыми входами-выходами БК, первый вход БФДН, так же как и (М+1)-й синхронизирующий вход блока демодуляторов, соединен с первым выходом блока опорных сигналов, вторые выходы которого соединены с первыми входами мультиплексорами сети приемного радиоцентра, вторые управляющие входы-выходы мультиплексора сети приемного радиоцентра соединены с восьмыми входами-выходами БК, а второй вход мультиплексора сети приемного радиоцентра соединен с выходом генератора тестовых сигналов.
Недостатками этого приемного радиоцентра являются:
п ДРЧ
п ДРЧ
- низкое значение коэффициента усиления (КУ) результирующих диаграмм направленностей (ДН) ПрмЦ в нижней части коротковолнового (KB) диапазона рабочих частот, обусловленное большим значением необходимого коэффициента перекрытия К по диапазону рабочих частот (ДРЧ) ПрмЦ [К=(10...20)];
- ограниченный диапазон рабочих частот ПрмЦ, определяемый фиксированным расстоянием между АЭ при размещении их на местности;
- влияние параметров АЭ на результирующие ДН приемного радиоцентра при двукратном и более изменении диапазона рабочих частот принимаемых сигналов;
A
A
- значительный диапазон изменения электрических параметров единичного АЭ (например, для антенны «Штырь 10 м» активная составляющая в диапазоне рабочих частот (1,5...30 МГц) изменяется в пределах R=(2,0...1000) Ом; а реактивная составляющая в этом же диапазоне рабочих частот (1,5...30 МГц) изменяется в пределах Х=(минус 2000...плюс 200) Ом; [4], с.79; / коэффициент перекрытия по частоте принимает значение 20 раз), обуславливает значительное рассогласование выхода единичного АЭ с фидером и входными цепями МРПУ.
Попытка реализовать достаточно высокое значение КУ результирующих диаграмм направленностей ПрмЦ в нижней части KB диапазона рабочих частот за счет оптимизации расстояния между АЭ в нижней части ДРЧ и оптимизации геометрических размеров АЭ приводит при работе в высокочастотной части ДРЧ к появлению значительного количества дифракционных максимумов в результирующих ДН ПрмЦ с величинами, сравнимыми с величинами главных максимумов ДН ПрмЦ, и снижению вследствие этого эффективности работы ПрмЦ в целом.
A
P
A
P
A
A
P
Двукратное и более чем двукратное увеличение значения рабочих частот по отношению к характерной (резонансной) частоте АЭ приводит к резкому снижению КУ АЭ (и ПрмЦ в целом) вдоль поверхности земли, а при h λ (для вертикальных несимметричных АЭ) и 1 2λ (дла симметричных АЭ), [h(1) - геометрическая высота (длина) вертикального несимметричного (симметричного) АЭ; λ - длина волны, соответствующая рабочей частоте принимаемого радиосигнала], КУ АЭ
вдоль поверхности земли равен нулю ([5], с.31, 32; рис.2.3 г, 2.3д), при этом биссектриса ДН антенного элемента направлена под углом возвышения Δ=54° относительно поверхности земли (для вертикального несимметричного излучателя), что обуславливает резкое снижение КУ результирующей ДН ПрмЦ при малых углах возвышения.
Задача полезной модели - снижение уровней дифракционных максимумов результирующих ДН ПрмЦ, повышение эффективности приема ПрмЦ сигналов при малых углах возвышения (вдоль поверхности земли) и улучшения согласования выходного сопротивления АЭ с фидером и входными цепями МРПУ.
Решение поставленных задач достигается тем, что в приемный радиоцентр, содержащий N основных антенных элементов (АЭ), N многоканальных радиоприемных устройств (МРПУ), устройство демодуляции и декодирования сигналов, МРПУ содержит согласующее распределительное устройство на М выходов, вход которого является входом МРПУ и соединен с выходом антенного элемента, каждый из М выходов согласующего распределительного устройства соединен с входом каждого из М аналого-цифровых трактов, состоящих из аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и последовательно соединенных через свои входы и выходы высокочастотного тракта (перестраиваемого полосно-пропускающего фильтра - ППФ), управляемого аттенюатора, причем, вход ППФ является входом аналого-цифрового тракта, при этом все N антенных
элемента размещаются на местности в соответствии с заданной конфигурацией, вход АЦП через выход и вход высокочастотного усилителя соединен с выходом управляемого аттенюатора, выход АЦП соединен с первым входом цифрового преобразователя, входящего в состав аналого-цифрового приемного тракта, при этом цифровой преобразователь содержит последовательно соединенные квадратурный преобразователь, вход которого является входом цифрового преобразователя, выход косинусной составляющей квадратурного преобразователя соединен через вход и выход первого цифрового фильтра нижних частот (ЦФНЧ) со входом первого децимирующего фильтра (ДФ), выход которого, как и выход второго ДФ, соединен с соответствующими входами мультиплексора МРПУ, вход второго ДФ соединен через выход и вход второго ЦФНЧ с выходом синусной составляющей квадратурного преобразователя, на косинусный и синусный входы опорного сигнала которого поступают сигналы с косинусного и синусного выходов соответственно цифрового синус-косинусного генератора (ЦСКГ), первые и вторые управляющие выходы блока управления и синхронизации (БУС) МРПУ соединены с управляющими входами ППФ и управляемого аттенюатора соответственно каждого из М аналого-цифровых приемных трактов МРПУ, второй управляющий вход-выход БУС МРПУ соединен с управляющим входом-выходом ЦСКГ цифрового преобразователя, третий выход БУС МРПУ подключен ко входу опорного сигнала ЦСКГ цифрового преобразователя, первые (косинусные) и вторые (синусные) выходы каждого из М аналого-цифровых
приемных трактов соединены с соответствующими входами мультиплексора МРПУ, первый вход-выход которого соединен с первым управляющим входом-выходом БУС МРПУ, первый выход опорного сигнала мультиплексора МРПУ соединен с первым входом опорного сигнала БУС МРПУ, второй выход мультиплексора МРПУ соединен со вторым входом тестовых сигналов БУС МРПУ, через четвертый выход БУС МРПУ тестовые сигналы поступают на второй вход согласующего распределительного устройства, вторые входы-выходы мультиплексора МРПУ каждого из N МРПУ, являющиеся входом-выходом МРПУ, соединены через линии связи МРПУ с соответствующими первыми входами-выходами мультиплексора сети приемного радиоцентра, первые выходы которого соединены с первыми входами блока формирования диаграмм направленностей (БФДН), М информационных выходов которого соединены с М информационными входами устройства демодуляции и декодирования сигналов, М аналоговых информационных выходов которого подключены к М входам коммутатора информационных каналов, М выходов дискретной информации (данных) устройства демодуляции и декодирования сигналов соединены с М входами блока контроллеров (БК), первые входы-выходы которого соединены с управляющими входами-выходами устройства демодуляции и декодирования сигналов, вторые входы-выходы БК подключены к соответствующим первым управляющим входам-выходам коммутатора информационных каналов, вторые входы-выходы которого соединены с первыми входами-выходами аппаратуры уплотнения и
каналообразования (АУК), при этом вторые входы-выходы АУК являются входами-выходами приемного радиоцентра, а третьи входы-выходы АУК соединены с третьими входами-выходами БК, четвертые входы-выходы которого соединены с входами-выходами аппаратуры передачи данных, пятые входы-выходы БК соединены с входами-выходами ЭВМ, являющейся пультом оператора приемного радиоцентра, шестые входы-выходы БК соединены с управляющими входами-выходами генератора тестовых сигналов, выходы коммутатора информационных каналов соединены со входами оконечной аппаратуры, первые управляющие входы-выходы БФДН соединены с седьмыми входами-выходами БК, первый вход БФДН, так же как и (М+1)-й синхронизирующий вход блока демодуляторов, соединен с первым выходом блока опорных сигналов, вторые выходы которого соединены с первыми входами мультиплексорами сети приемного радиоцентра, вторые управляющие входы-выходы мультиплексора сети приемного радиоцентра соединены с восьмыми входами-выходами БК, а второй вход мультиплексора сети приемного радиоцентра соединен с выходом генератора тестовых сигналов введены как минимум 2N дополнительных антенных элемента, 3N дополнительных полосно пропускающих фильтров с фиксированными значениями полос пропускания по частоте, N сумматоров высокочастотных сигналов, выходы которых соединены со входами каждого из N МРПУ, а к трем входам каждого из N сумматоров подключены выходы объединенных по три полосно пропускающих фильтров с фиксированными значениями полос пропускания
по частоте (ППФ с ФЗППЧ), перекрывающих диапазон рабочих частот ПРМЦ, входы ППФ с ФЗППЧ соединены с соответствующими выходами АЭ.
1/1
1/2
1/3
N/1
N/2
N/3
1/2
1/3
1/2
1/3
N/2
N/3
1/1
1/2
1/3
N/1
N/2
N/3
1
N
1
N
1
M
1
N
На фиг.1 показана структурная схема приемного радиоцентра, содержащего 3N антенных элементов 1, 1, 1,...,1, 1, 1, из которых 2N антенных элементов (1, 1; 2, 2;...и 1, 1) являются дополнительными антенными элементами, 3N дополнительных полосно пропускающих фильтров с фиксированными значениями полос пропускания по частоте 2, 2, 2,...,2, 2, 2, N сумматоров высокочастотных сигналов 3,...,3, N многоканальных радиоприемных устройства (МРПУ) 4...,4, каждое из которых содержит согласующее распределительное устройство 5, М аналого-цифровых трактов (6,...,6), содержащих высокочастотный тракт (перестраиваемый попоено-пропускающий фильтр - ППФ) 7, управляемый аттенюатор 8, высокочастотный усилитель 9, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 10, цифровой преобразователь 11, содержащий квадратурный преобразователь 12, первый цифровой фильтр нижних частот (ЦФНЧ) 13, первый децимирующий фильтр (ДФ) 14, второй ЦФНЧ 15, второй ДФ 16, управляемый цифровой синус-косинусный генератор (ЦСКГ) 17, блок управления и синхронизации (БУС) МРПУ 18, мультиплексор МРПУ 19, N линий связи МРПУ (20...20), мультиплексор сети приемного радиоцентра 21, блок формирования диаграмм направленностей (БФДН) 22, устройство демодуляции и декодирования сигналов 23, блок контроллеров (БК) 24, блок опорных сигналов 25,
коммутатор информационных каналов 26, оконечная аппаратура 27, аппаратуры уплотнения и каналообразования (АУК) 28, аппаратура передачи данных 29, ЭВМ (пульт оператора приемного радиоцентра) 30, генератор тестовых сигналов 31.
1/1
1/2
1/3
N/1
N/2
N/3
1/1
1/2
1/3
N/1
N/2
N/3
1
N
1
N
1
N
1/1
1/2
1/3
N/1
N/2
N/3
1/1
1/2
1/3
N/1
N/2
N/3
1/1
1/2
1/3
N/1
N/2
N/3
1
N
1
N
1
M
Взаимосвязь между элементами приемного центра осуществляется следующим образом. Антенные элементы 1, 1, 1,...,1, 1, 1 своими выходами подключены к входам 3N дополнительных полосно пропускающих фильтров с фиксированными значениями полос пропускания по частоте 2, 2, 2,...,2, 2, 2, выходы N сумматоров высокочастотных сигналов 3...3 соединены со входами каждого из N МРПУ 4...4, а к трем входам каждого из N сумматоров 3...3 подключены выходы объединенных по три полосно пропускающих фильтров с фиксированными значениями полос пропускания по частоте (ППФ с ФЗППЧ) 2, 2, 2,...,2, 2, 2, при этом каждые три бъединенных ППФ с ФЗППЧ перекрывают диапазон рабочих частот ПРМЦ, входы ППФ с ФЗППЧ 2, 2, 2,...,2, 2, 2 соединены с выходами объединенных по три разновеликих по размерам АЭ (1, 1, 1,...,1, 1, 1,) входы МРПУ 4...4 являются входами согласующего распределительного устройства 5 на М выходов, входящих в состав каждого из МРПУ 4...4. Каждый из М выходов согласующего распределительного устройства 5 соединен с входом каждого из М аналого-цифровых трактов (6...6), состоящих из последовательно соединенных через свои входы и выходы высокочастотного тракта (перестраиваемого полосно-пропускающего
1/1
1/2
1/3
N/1
N/2
N/3
фильтра - ППФ) 7, управляемого аттенюатора 8, высокочастотного усилителя 9, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 10, причем, вход ППФ 7 является входом аналого-цифрового тракта 6. Все 3N антенных элементов 1, 1, 1,...,1, 1, 1 размещаются на местности в соответствии с заданной конфигурацией (линейной, кольцевой). Выход АЦП 10 соединен с первым входом цифрового преобразователя 11, входящего в состав аналого-цифрового приемного тракта 6, при этом цифровой преобразователь 10 содержит последовательно соединенные квадратурный преобразователь 12, вход которого является входом цифрового преобразователя 11, выход косинусной составляющей квадратурного преобразователя 12 соединен через вход и выход первого цифрового фильтра нижних частот (ЦФНЧ) 13 с входом первого децимирующего фильтра (ДФ) 14, выход которого, как и выход второго ДФ 16, соединен с соответствующими входами мультиплексора МРПУ 19, вход второго ДФ 16 соединен через выход и вход второго ЦФНЧ 15 с выходом синусной составляющей квадратурного преобразователя 12. На косинусный и синусный входы опорного сигнала квадратурного преобразователя 12 поступают сигналы с косинусного и синусного выходов соответственно цифрового синус-косинусного генератора (ЦСКГ) 17. Первые и вторые управляющие выходы блока управления и синхронизации (БУС) МРПУ 18 соединены с управляющими входами ППФ 7 и управляемого аттенюатора 8 соответственно каждого из М аналого-цифровых приемных трактов 6 МРПУ 4, второй управляющий вход-выход БУС МРПУ 18 соединен с
1
N
1
N
управляющим входом-выходом ЦСКГ 17 цифрового преобразователя 11, третий выход БУС МРПУ 18 подключен ко входу опорного сигнала ЦСКГ 17 цифрового преобразователя 11, а первые (косинусные) и вторые (синусные) выходы каждого из М аналого-цифровых приемных трактов 6 соединены с соответствующими входами мультиплексора МРПУ 19. Первый вход-выход мультиплексора МРПУ 19 соединен с первым управляющим входом-выходом БУС МРПУ 18, первый выход опорного сигнала мультиплексора МРПУ 19 соединен с первым входом опорного сигнала БУС МРПУ 18, второй выход мультиплексора МРПУ 19 соединен со вторым входом тестовых сигналов БУС МРПУ 18. Через четвертый выход БУС МРПУ 18 тестовые сигналы поступают на второй вход согласующего распределительного устройства 5, вторые входы-выходы мультиплексора МРПУ 19 каждого из N МРПУ (4...4), являющиеся входом-выходом МРПУ 4, соединены через линии связи МРПУ (20...20) с соответствующими первыми входами-выходами мультиплексора сети 21 приемного радиоцентра. Первые выходы мультиплексора сети 21 соединены с первыми входами блока формирования диаграмм направленностей (БФДН) 22, М информационных выходов которого соединены с М информационными входами устройства демодуляции и декодирования сигналов 23. Аналоговые информационные выходы (1...М) устройства демодуляции и декодирования сигналов 23 подключены к (1...М) входам коммутатора информационных каналов 26, М выходов дискретной информации (данных) устройства демодуляции и декодирования сигналов
23 соединены с М входами блока контроллеров (БК) 24, первые входы-выходы которого соединены с управляющими входами-выходами устройства демодуляции и декодирования сигналов 23. Вторые входы-выходы БК 24 подключены к соответствующим первым управляющим входам-выходам коммутатора информационных каналов 26, вторые входы-выходы которого соединены с первыми входами-выходами аппаратуры уплотнения и каналообразования (АУК) 28, при этом вторые входы-выходы АУК 28 являются входами-выходами приемного радиоцентра, а третьи входы-выходы АУК 28 соединены с третьими входами-выходами БК 24. Четвертые входы-выходы БК 24 соединены с входами-выходами аппаратуры передачи данных 29, пятые входы-выходы БК 24 соединены с входами-выходами ЭВМ 30, являющейся пультом оператора приемного радиоцентра, шестые входы-выходы БК 24 соединены с управляющими входами-выходами генератора тестовых сигналов 31. Выходы коммутатора информационных каналов 26 соединены с входами оконечной аппаратуры 27, первые управляющие входы-выходы БФДН 22 соединены с седьмыми входами-выходами БК 24, первый вход БФДН 22, так же как и (М+1)-й синхронизирующий вход устройства демодуляции и декодирования 23, соединен с первым выходом блока опорных сигналов 25. Вторые выходы блока опорных сигналов 25 соединены с первыми входами мультиплексорами сети 21 приемного радиоцентра, вторые, управляющие входы-выходы мультиплексора сети 21 приемного радиоцентра соединены с восьмыми входами-выходами БК 24, а второй вход мультиплексора сети 21
1/1
2/1
N/1
1/2
1/3
2/2
2/3
N/2
N/3
приемного радиоцентра соединен с выходом генератора тестовых сигналов 31. Основные 1, 1,...,1 и дополнительные 1, 1, 1, 1,...,1, 1 АЭ, в зависимости от заданных характеристик формируемых ДН ПрмЦ и решаемой ПрмЦ задачи, размещаются на местности в виде:
1/1
2/1
N/1
1
1/2
2/2
N/2
2
1/3
2/3
N/3
3
1/1
2/1
N/1
1
1/2
2/2
N/2
2
1/3
2/3
N/3
3
а) коаксиально расположенных на плоскости земли, как минимум, трех кольцевых антенных решеток (АР), причем первая группа АЭ 1, 1,...1 образует первую кольцевую АР большего радиуса R, вторая группа АЭ 1, 1,...,1 образует вторую кольцевую АР среднего радиуса R, третья группа АЭ 1,1,...,1 образует третью кольцевую АР минимального радиуса R; первая группа АЭ 1, 1,...,1, образующая кольцевую АР большего радиуса R, своими геометрическими размерами согласована с нижней частью диапазона рабочих частот ПрмЦ, вторая группа АЭ 1, 1...1, образующая вторую кольцевую АР среднего радиуса R, своими геометрическими размерами согласована со средней частью диапазона рабочих частот ПрмЦ, а третья группа АЭ 1, 1,...,1, образующая третью кольцевую АР минимального радиуса R, своими геометрическими размерами согласована с верхней частью диапазона рабочих частот ПрмЦ;
1/1
2/1
N/1
1
1/1
2/1
N/1
1/1
2/1
N/1
б) параллельно размещенных как минимум трех линейных АР, направление базовых линий (т.е.линий, соединяющих центры АЭ линейных АР) которых совпадает с направлением азимута на радиоабонента (радиоабонентов); первая линейная АР, состоящая из первой группы АЭ 1, 1,...,1, своими геометрическими размерами (расстояние d между АЭ 1, 1...,1 и
геометрические размеры АЭ 1, 1,...,1) согласована
1/2
2/2
N/2
2
1/2
2/2
N/2
1/2
2/2
N/2
1/3
2/3
N/3
3
1/3
2/3
N/3
1/3
2/3
N/3
1/1
1/2
1/3
N/1
N/2
N/3
3
1/1
1/2
1/2
1/3
N/1
N/2
N/2
N/3
н
в
с нижней частью диапазона рабочих частот ПрмЦ; вторая линейная АР, состоящая из второй группы АЭ 1, 1...1, своими геометрическими размерами (расстояние d между АЭ 1, 1,...,1 и геометрические размеры АЭ 1, 1,...,1) согласована со средней частью диапазона рабочих частот ПрмЦ; третья линейная АР, состоящая из третьей группы АЭ 1, 1,...,1, своими геометрическими размерами (расстояние (d между АЭ 1, 1,...,1 и геометрические размеры АЭ 1, 1,...,1) согласована с верхней частью диапазона рабочих частот ПрмЦ. Размещение АЭ для рассмотренных случаев (N=8) показано на фиг.2а и 2б соответственно. Распределение полос пропускания ППФ с ФЗППЧ 2, 2, 2,...,2, 2 2 по диапазону рабочих частот ПрмЦ показано на фиг.3. При этом полосы удержания, характеризующиеся высоким значением коэффициента затухания К(f) ППФ с ФЗППЧ и расположенные между полосами пропускания (прозрачности) ППФ с ФЗППЧ 2 и 2; 2 и 2;...,2 и 2; 2 и 2 размещаются на частотной оси, как это показано на фиг.3, (f; f - верхнее и нижнее значения диапазона рабочих частот ПрмЦ) в интервалах, соответствующих расположению на частотной оси радиовещательных участков KB диапазона длин волн (т.н. «энергетических сгустков» - [6], с.68), на частотах: (5950...6200 кГц/«49 метров»); (7100...7300 кГц/«41 метр»);...,(17550...17990 кГц/«16 метров»), что обеспечивает снижение уровня помех на входах аналого - цифровых
1
N
трактов 6 МРПУ 4...4 и, тем самым, обеспечивает повышение помехоустойчивости предлагаемого ПрмЦ.
Приемный радиоцентр работает следующим образом. Перед началом проведения сеансов с радиоабонентами в ЭВМ (пульт оператора) 30 загружается специальное программное обеспечение (СПО) и исходные данные по ведению сеансов связи:
1/1
N/3
i
i
i
i
1/1
N/3
- координаты размещения на местности всех антенных элементов (1...1): R (x, У z), i=(1,2,...,3N), относительно фазового центра антенной решетки (АР), образованной антенными элементами (1...1);
- значения параметров радиотрасс (азимуты, протяженности) прихода сигналов от радиоабонентов;
m
- значения рабочих частот [длин волн λ, m=(1...М)] сигналов, поступающих от радиоабонентов;
- режимы работы с каждым радиоабонентом (характер принимаемой информации - речевая, данные; скорость поступления данных; классы излучения принимаемых сигналов и т.д.).
1/1
N/3
Σi,m
i,m
i
m
С использованием СПО и введенных исходных данных для каждого антенного элемента (1...1) определяется величина пространственного набега фазы Ф на расстоянии d при формировании m-ой диаграммы направленности, являющаяся скалярным произведением векторов R и r ([7], с.164):
m
xm
уm
zm
где: - r={ξ ξ,ξ} - единичный вектор, определяющий направление в пространстве т-го приходящего луча от радиоабонента, и, следовательно, положение в пространстве m-й биссектрисы формируемой диаграммы направленности, m=(1...М);
i
- R - вектор, соединяющий фазовый центр приемной АР, образованной антенными элементами, с местом размещения антенного элемента в пространстве; определен ранее.
Σi,m
С учетом исходных и расчетных данных ЭВМ 30 с использованием СПО вырабатывает коды управляющих сигналов для каждых из (N*M) ППФ 7, управляемых аттенюаторов 8, ЦСКГ 17 и БФДН 22. Значения кодов управляющих сигналов, поступающих на БФДН 22 определяется целой частью необходимого набега фазы Ф i-го антенного элемента при формировании m-й диаграммы направленности:
i,m
m
1
M
m
1
M
Σi,m
8
где: k=0, 1, 2 - целое число; с=3*10 м/сек; τ - период квантования АЦП 10; λ - длина волны принимаемого сигнала m-го аналого-цифрового тракта (6...6), m=(1...М),]...[ - знак выделения целой части числа. Значения кодов управляющих сигналов, поступающих на ЦСКГ 17, определяются λ - длиной волны принимаемого сигнала m-го аналого-цифрового тракта (6...6), m=(1...М) и дробной частью необходимого набега фазы [Ф]:
i,m
i,m
i,m
Σi,m
1
N
1
N
1
M
1
M
где: (k+Δk)=d/(с*τ); [...] - знак выделения дробной части числа. Такое представление необходимого набега фазы Ф i-го антенного элемента при формировании m-й диаграммы направленности обеспечивает минимальную ошибку формирование плоского фронта волны сигнала, приходящего от m-го радиоабонента. Управляющие сигналы с выхода ЭВМ 30 через пятые и восьмые входы-выходы БК 24, вторые и первые входы-выходы мультиплексора сети ПРМЦ 21, линии связи МРПУ 20...20, вторые и первые входы-выходы мультиплексоров МРПУ 19, БУС МРПУ 18 поступают на управляющие входы ППФ 7, управляемого аттенюатора 8, ЦСКГ 17 каждого из (N*M) аналого-цифровых трактов 6. После настройки всех аналого-цифровых трактов 6 производится их проверка с помощью генератора тестовых сигналов 31, выход которого через второй вход мультиплексора сети ПРМЦ 21, линии связи МРПУ 20...20, через второй выход мультиплексора МРПУ 19 и четвертый выход БУС МРПУ 18 подключается ко второму входу каждого из N согласующего распределительного устройства 5. Тестовые сигналы с частотами, соответствующими частотам настройки аналого-цифровых трактов 6...6, поступают на входы этих трактов. Пройдя через весь тракт, тестовые сигналы с выходов аналого-цифровых трактов 6...6 поступают на входы устройства демодуляции и декодирования 23, в котором с помощью СПО и под управлением ЭВМ 30 принимается решение об исправности каждого тракта и ПРМЦ в целом. После этого тестовые сигналы отключаются от второго входа согласующего распределительного устройства 5 и на его
1/1
N/3
1
N
1
M
1
N
первый вход подаются сигналы с выхода антенного элемента 1,...,1, поступающие от радиоабонентов. Сигналы с выходов согласующего распределительного устройства 5 каждого из МРПУ 4...4 поступают на входы аналого-цифровых трактов 6...6 каждого из МРПУ 4...4.
1
M
1
N
i
i
1
M
1
N
1
M
1
N
i
i
Входные сигналы (MxN) аналого-цифровых трактов 6...6 каждого из МРПУ 4...4 преобразуется с помощью квадратурного преобразователя 12 и ЦСКГ 17 в квадратурные сигналы с фазовым сдвигом, определяемым выражением (3), затем эти сигналы фильтруются первым ЦФНЧ 13 и вторым ЦФНЧ 15, и обрабатываются первым 14 и вторыи 16 децимирующими фильтрами соответственно. Выходные квадратурные сигналы C и S, i=1,2,... цифровых преобразователей 11 каждого из М аналоге - цифровых трактов 6...6 объединяются мультиплексорами МРПУ 19 и через линии связи 20...20 поступают на соответствующие входы-выходы мультиплексора сети ПрмЦ 21. С первых выходов мультиплексора сети ПрмЦ 21 выходные сигналы аналого-цифровых трактов 6...6 каждого из N МРПУ 4...4 поступают на вход БФДН 22, в котором квадратурные сигналы С и S каждого из i-x аналого-цифровых трактов 6 попарно суммируются (i=1,2,...,М), запоминаются и, в соответствии с выражением (2) выбираются для формирования m-й диаграммы направленности, причем суммарный сигнал, соответствующий m-й диаграмме направленности (m=1,2...М) содержит сумму N задержанных по фазе в соответствии с выражениями (2) и (3) сигналов. Полученные таким образом сигналы с М выходов БФДН 22 поступают на М
входов устройства демодуляции и декодирования 23, которое, в соответствии с программой радиосвязи, осуществляет демодуляцию и декодирование сигналов от М радиоабонентов. Сигналы телефонных классов излучения с М аналоговых выходов устройства демодуляции и декодирования поступают через входы и выходы коммутатора информационных каналов 26 на входы оконечной аппаратуры 27. Сигналы передачи данных (телеграфные) с выходов устройства демодуляции и декодирования 23 поступают через третий вход-выход БК 24 на третий вход-выход АУК 28, вторые входы-выходы которой являются выходами ПрмЦ. При поступлении от радиоабонентов сигналов, содержащих данные конфиденциального характера, сигналы с выходов устройства демодуляции и декодирования 23 через четвертые входы-выходы БК 24 поступают на входы-выходы аппаратуры передачи данных 29. Блок опорных сигналов 25 обеспечивает синхронизацию процессов обработки сигналов цифровыми преобразователями 11, блоком формирования диаграмм направленности 22, устройством демодуляции и декодирования сигналов 23, поступающих от радиоабонентов.
1/1
N/3
1
M
С точки зрения практической реализации элементов ПрмЦ в качестве антенных элементов 1...1 могут быть использованы широкополосные антенны как вертикальной поляризации [8], так и горизонтальной поляризации ([9], с.264), а в качестве аналого-цифровых трактов 6...6 - одноплатные цифровые тракты [10] с ППФ на входе, обеспечивающие необходимые характеристики как по полосе пропускания, так и
1
M
устойчивости по блокированию [11]. Мультиплексирование и коммутация сформированных цифровых потоков, поступающих с выходов аналого-цифровых трактов 6...6 на входы-выходы мультиплексора МРПУ 19, организуется на стандартных сетевых протоколах с использованием иерархической структуры устройств типа SWICH, что дает возможность наращивать количество МРПУ 4.
1/1
N/3
1/2
N/2
2
Варианты размещения АЭ 1...1 в виде кольцевой антенной решетки (КАР) и линейной антенной решетки (ЛАР) показаны на фиг.2а) и фиг.2б) соответственно. Следует отметить, что для случая КАР /фиг.2а)/ антенные элементы 1...1, образующие второе кольцо КАР с радиусом R, сдвинуты по окружности на угол Δφ=(π)/N, (где N - количество МРПУ 4) что обеспечивает дополнительную развязку между АЭ второго кольца КАР и АЭ, расположенными в других (первом и третьем) кольцах КАP, т.е. уменьшает влияния эффекта «затенения» АЭ.
1/1
2/2
N/1
1/2
2/2
N/2
1/3
2/3
N/3
1/1
2/2
N/1
1/2
2/2
N/2
1/3
2/3
N/3
На фиг.3 показаны амплитудно-частотные характеристики ППФ с ФЗППЧ 2, 2,...,2; 2, 2,...,2; 2, 2,...,2, своими входами подключенными к выходам АЭ 1, 1,...,1; 1, 1,...,1; 1, 1,...,1 соответственно. На фиг.3 знаками «49 м» («41 м»), «19 м» («16 м») обозначено положение на частотной оси радиовещательных участков KB диапазона длин волн, занимающих интервалы: (5950...6200 кГц/«49 метров»); [(7100...7300 кГц/«41 метр»)];...(15100...15600 кГц/«19 м»; [(17550...17990 кГц/«16 метров»)]. Выбор конкретного значения частотных интервалов, в которых производится подавление уровня сигналов
KB радиовещательных станций («энергетических сгустков»), определяется диапазонностью АЭ и диапазоном рабочих частот ПрмЦ в целом.
Выбор конфигурации размещения АЭ на местности в виде КАР или ЛАР определяется необходимым КНД результирующих ДН ПрмЦ при решении задач радиосвязи, т.к. КНД ЛАР при одинаковом расстояниях d между АЭ и одинаковом количестве АЭ в группе, равном N, характеризуется удвоенным значением по отношению к значению КНД КАР при тех же значениях параметров АР. При этом возможности КАР в части формирования ДН с постоянными параметрами в азимутальной плоскости значительно выше по сравнению с ДН ЛАР, ширина диаграммы направленности в азимутальной и угломестной плоскостях которой зависит от величины угла отклонения биссектрисы ДН ЛАР от нормали к базовой линии ЛАР (или вдоль базовой линии ЛАР - в зависимости от типа ЛАР) и значения рабочей частоты принимаемого в заданном направлении сигнала.
Источники информации
1. Челышев В.Д. Приемные радиоцентры. - М.: "Связь". - 1975. - 264 с.
2. Патент №47 597. Россия. МПК Н04В 1/06.
3. Патент №72 105. Россия. МПК Н04В 1/00, Н04В 1/06.
4. Захаров В.П, Левчук П.Ф., Муравьев Ю.К., и др. Характеристики антенн для радиосвязи. / Под ред. Ю.К.Муравьева. - Л.: Изд. ВКАС. - 1968. - 130 с.
5. Белоцерковский Г.Б. Антенны. - М.: «Сов. радио». - 1969. - 328 с.
6. Бобков А.М. Реальная избирательность радиоприемных трактов в сложной помеховой обстановке. - С - Пб: Изд. ООО «АБРИС». - 2001. - 216 с.
7. Антенны и устройства СВЧ. / Под ред. Д.И.Воскресенского. - М.: Радио и связь. - 1981. - 432 с.
8. Патент №2 226 021, Россия. МПК Н01Q 9/34.
9. Айзенберг Г.3., Белоусов С.П., Журбенко Э.М. и др. Коротковолновые антенны. - М.: Радио и связь. - 1985. - 536 с.
10. Валеев М.М. Новое поколение коротковолновых радиоприемных устройств для современных комплексов связи. // "Связь в Вооруженных Силах РФ". / Под общ. ред. Е.А.Карпова - М.: Изд. ООО "Информационный мост". - 2006. - С.142, 143.
11. Барашев А.С., Кудрявцев Г.С. Преселекторы радиоаппаратуры четвертого поколения. // Техника радиосвязи. - 1998. - Вып.4. - С.20-26.