Виктор Борисов - Юный радиолюбитель [7-изд]

Для связи на большие расстояния в диапазоне УКВ может быть создана радиорелейная линия связи.

Этот способ дальней многоканальной дуплексной связи осуществляется с помощью радиорелейных станций (PPС — приемопередающих радиостанций, работающих в диапазоне УКВ. На радиорелейной линии связи радиочастотный сигнал передается от одного пункта связи к другому через ряд рентрансляционных пунктов, роль которых выполняют РРС. Схема такой линии связи показана на рис. 409.

Рис. 409. Схема радиорелейной линии связи

Пункты связи А и Б условно названы «Орел» и «Ястреб». Сигнал станции 1 «Орел» на частоте f1 передается промежуточной станции 2, усиливается ею и ретранслируется на частоте f3 к станции 3, которая на частоте f5 излучает усиленный сигнал к станции 4 «Ястреб». Таким же образом, но в обратном порядке, передается сигнал от «Ястреба» к «Орлу» на частотах f6, f4 и f2. Здесь станции 1 и 4 — конечные, а станции 2 и 3 — промежуточные. Поскольку сигналы от станции к станции передаются на разных частотах, взаимные помехи между станциями практически исключены.

Для повышения эффективности использования любых линий связи широко применяют метод уплотнения каналов, позволяющий по одной линии связи передавать одновременно несколько телефонных сообщений без взаимных помех. Этот метод применяют и в радиорелейной связи. Сущность такого уплотнения заключается в том, что на передающем конце линии связи разговорный спектр речи преобразуют в более высокие частоты, которые и передают по радиолинии. На приемном конце линии происходит обратное преобразование сигнала. Выделяя для каждого такого канала связи вполне определенные полосы на разных частотных участках, одновременно передают несколько сообщений по одной радиорелейной линии связи.

Радиорелейную связь применяют не только в военном деле. Ее широко используют в народном хозяйстве, например для многоканальной связи между станциями союзных республик и областными центрами страны, в телевидении.

Во время Великой Отечественной войны радиолокация помогала нашим воинам своевременно обнаруживать вражеские самолеты и корабли и наносить по ним сокрушающие удары. Сейчас она — верный страж границ нашей Родины.

Радиолокация является средством обнаружения и определения местоположения различных объектов в воздухе, на воде, на земле, в космосе при помощи радиоволн. Она основана на свойстве радиоволн отражаться от предметов, встречающихся на их пути. Это явление было открыто немецким ученым Г. Герцем. Отражение волн от больших объектов наблюдал изобретатель радио А. С. Попов еще в 1897 г. во время опытов по радиосвязи на Балтийском море. Однако бурное развитие радиолокации началось лишь в период Великой Отечественной войны.

В чем сущность радиолокации?

Ты, конечно, знаешь, что эхо — явление отражения звука. Его можно наблюдать в больших пустых аудиториях, в горах. Оно может быть использовано для определения расстояния до предмета, препятствия. Вот конкретный, близкий тебе пример. Ты отправился с товарищами в поход. На вашем пути оказалось ущелье, а за ним — почти отвесная скала. Можно ли, не сходя с места, определить расстояние до скалы? Можно! Для этого надо только иметь точный секундомер. Крикни громко и отрывисто. Через некоторое время ты услышишь отголосок созданного тобой звука. Это звуковое эхо. Короткая очередь звуковых волн долетела до скалы, отразилась от нее и вернулась к тебе. Допустим, что время, которое прошло с момента выкрика до момента прихода эха, оказалось равным 6 с. Звуковые волны распространяются в воздухе со скоростью 340 м/с. За 6 с они прошли путь от тебя до скалы и обратно. Длина этого пути 340х6 = 2040 м. Значит, расстояние до скалы 2040:2 = 1020 м.

Явление эха используется также для измерения глубин морей и океанов. Для этого существуют специальные аппараты — эхолоты. В днище корпуса судна укреплены излучатель мощных ультразвуковых волн, имеющий направленное действие, и устройство для приема этих волн после отражения их от морского дна (рис. 410).

Рис. 410. Измерение глубины моря с помощью эхолота

Излучатель включают на очень короткие промежутки времени. Возбужденный им импульс волн ультразвуковой частоты пронизывает толщу воды и, отразившись от дна, возвращается к приемному устройству. Скорость распространения ультразвуковых волн в воде известна: она равна 1450 м/с — почти в 5 раз больше, чем в воздухе. Если эту скорость, выраженную в метрах, умножить на время между моментами излучения и приема отраженного сигнала, а произведение разделить на 2, то результат и будет глубиной моря в метрах. Так, например, если эхолот зарегистрировал время прохождения сигнала 0,8 с, то глубина моря в этом месте равна 580 м.

В природе есть живые существа, которые при своем движении пользуются явлением отражения волн. Это, например, летучие мыши. Летучую мышь можно пустить в совершенно темную комнату с веревочной паутиной, и она, летая в комнате, ни разу не натолкнется на веревку. Природа наградила летучую мышь чувствительным органом приема ультразвуковых волн, излучателем которых является она сама. Если на пути полета мыши имеется какой-то предмет, то он отразит излучаемые ею волны, что явится для нее сигналом о препятствии — надо повернуть. Если чувствительный орган мыши не улавливает отраженные волны, значит, впереди препятствия нет — можно продолжать путь в том же направлении.

Радиоволны отражаются и рассеиваются различными предметами в разные стороны. Отраженные радиоволны — это радиоэхо. Они могут быть уловлены радиоприемником. Зная скорость распространения и время прохождения импульса радиоволн от его источника до отраженного предмета и обратно, нетрудно определить длину его пути. На этом и основана радиолокация.

Любая радиолокационная станция, называемая также радиолокатором, или сокращенно РЛС, содержит радиопередатчик, радиоприемник, антенну и индикаторы, позволяющие обнаруживать цели и определять их текущие координаты. Передатчик, работающий на постоянной частоте, излучает в пространство радиоволны. Если на их пути встречается какое-то препятствие, например самолет, оно отражает и рассеивает радиоволны во все стороны, в том числе и в сторону РЛС. Чувствительный приемник, настроенный на частоту передатчика, принимает отраженные волны, а включенный на его выходе индикатор дальности показывает расстояние до предмета.

Но мало знать, что отражающий радиоволны самолет находится на таком-то расстоянии. Надо знать еще и направление. Чтобы определить, в каком месте находится данный предмет, антенна РЛС должна посылать радиоволны не во все стороны, как радиовещательная станция, а направленным, сравнительно узким пучком, подобным световому лучу прожектора. В этом случае приемник радиолокатора зафиксирует сигналы, отраженные только тем самолетом, который находится в направлении излучения радиоволн.

Наилучшее отражение радиоволн происходит, когда их длина соизмерима с размерами предмета. Поэтому радиолокаторы работают на метровых, дециметровых, сантиметровых и миллиметровых волнах, т. е. на частотах свыше 600 МГц. Энергию радиоволн таких длин, кроме того, легче концентрировать в узкий пучок, что имеет немаловажное значение для «дальнобойности» радиолокатора и точности определения места нахождения того или иного объекта.

Каким же образом радиолокатор обнаруживает объект, если он излучает энергию радиоволн узким направленным пучком? Антенна его передатчика может вращаться, а также изменять угол наклона, посылая волны в различных направлениях. Она же является и приемной антенной.

Наиболее простая антенна РЛС, работающая в метровом диапазоне, показана схематически на рис. 411, а. Принципиально она имеет такую же конструкцию, как многоэлементные телевизионные приемные антенны, только снабжена еще механизмом вращения и наклона. Длина вибратора равна приблизительно половине длины излучаемой волны. Ток высокой частоты подводится к активному вибратору. Такая антенна посыпает радиоволны довольно узким направленным пучком в сторону директоров. Она же и принимает отраженные сигналы, которые плут со стороны директоров.

Другая конструкция антенны наземной РЛС метрового диапазона показана на рис. 411, б. Она имеет большое число излучаемых вибраторов, расположенных в одной плоскости. Металлическая конструкция, на которой смонтированы вибраторы, выполняет роль рефлектора антенны. Чем короче радиоволна станции, тем меньше размеры излучаемого вибратора и рефлектора и общие размеры антенны. Так, например, рефлекторная антенна станции миллиметрового диапазона может иметь размеры, не превышающие размеров тарелки.