Аппаратура «Горизонт-М»…

Можно рассказывать о ней, максимально точно цитируя «Техническое описание» и обильно снабжая текст математическими формулами, но такое решение будет интересно только узкому кругу специалистов. Гораздо интереснее сосредоточиться на способе решения сложнейших вопросов, становящихся перед разработчиками аппаратуры тропосферной связи, которые были реализованы в этой работе, решениях, не побоюсь этого слова, гениальных по задумке и изящных с точки зрения технической реализации, решениях, во многом опередивших все иностранные разработки и ставших основой для разработки аппаратуры нового поколения.

Можно начинать читать это описание с любого раздела, как с передающего оборудования, так и с приемного оборудования, но начать все равно придется с небольшой вводной части.

Необходимое введение

Не вдаваясь глубоко в теорию тропосферной связи, следует отметить ее основные особенности:

- очень слабый уровень принимаемого сигнала, приводящий к необходимости увеличения мощность передатчиков;

- высокую нестабильность принимаемого сигнала, вплоть до его полного пропадания, зависящую от конкретных условий распространения радиоволн на различных частотах, требующую принятия специальных мер по увеличению надежности приема и передачи информации.

Рассмотрим, как решались эти задачи в аппаратуре «Горизонт-М». Оговорюсь сразу, что за время своего существования, аппаратура была несколько раз модернизирована, в исходные схемы внесено огромное количество изменений, значительно повысивших надежность связи, хотя некоторые изменения дали и обратный результат. На последнем этапе работы система ТРРЛ была переведена на аппаратуру ТР-120, но это – отдельная тема.

За основу взята схема оборудования, внедренная на Восточном узле группой инженеров под руководством главного инженера узла подполковника Савина.

Приемное оборудование

Поскольку принимаемый сигнал характеризуется очень малым уровнем (порядка -146 дб/Вт), основным требованием к приемному оборудованию является низкий уровень собственных шумов, позволяющий выделить полезный сигнал и усилить его до необходимого уровня. Эта задача в аппаратуре решалась с помощью малошумящих параметрических усилителей. И если на начальном этапе это был параметрический усилитель-смеситель с генератором накачки на магнетроне (который приходилось менять каждые две недели с настройкой всего блока), то уже к 1978 году его заменил параметрический усилитель отражательного типа с генератором накачки на диоде Ганна – весьма надежный блок, не требующий частых настроек и обеспечивающий уровень собственных шумов на уровне 1,0 КТо. Следующий блок – УСМ, объединяющий в себе ТУВЧ (четырехкаскадный транзисторный усилитель с уровнем собственных шумов примерно 2-2,5 КТо), смеситель, преобразующий частоту принимаемого сигнала в промежуточную – 70 МГц, и предварительный УПЧ. Впоследствии в блоке ТУВЧ первый каскад был доработан для использования в нем новых малошумящих транзисторов, что дало возможность довести его уровень собственных шумов до 0, 5- 0,7 КТо и отказаться от использования параметрического усилителя.

Следующий узел – основной усилитель промежуточной частоты – шестикаскадный ламповый усилитель с автоматической регулировкой усиления, обеспечивающий усиление сигнала на 66 дБ при полосе пропускания 6 МГц. Задачей системы АРУ являлось обеспечение уровня сигнала на выходе УПЧ, обеспечивающего нормальную работу стойки «Аккорд-М». При этом за эталон усиления брался сигнал с наивысшим уровнем, соответственно, усиление остальных УПЧ, с меньшим уровнем сигнала, уменьшалось, вплоть до «запирания». Таким образом, система АРУ осуществляла еще и функцию автовыбора лучшего сигнала. Усилитель имел два выхода, сигнал с которых шел в стойку «Аккорд-М»

а) Стойка «Аккорд-М»

Основной задачей, стоящей перед стойкой «Аккорд-М» было сложение пяти копий передаваемого сигнала в одну, уменьшение девиации частоты сигнала, что дополнительно увеличивало помехозащищенность и выдача сигнала на демодулятор. Задача кажется простой только на первый взгляд, т.к. копии, подлежащие сложению, были разнесены на 1 МГц, т.е. решить проблему «в лоб» применением преобразователей частоты не представлялось возможным, кроме того, каждая копия приходила со своим фазовым сдвигом. Добавим к этому, что из-за особенностей способа формирования сигнала в ЧМГ, каждая копия приобретала «паразитную» амплитудную модуляцию с частотой 1 МГц, которую тоже следовало устранить до передачи сигнала на демодулятор.

Как были решены эти задачи в стойке «Аккорд-М»?

Первым блоком стойки, на которую приходил сигнал, была панель ПВД – преобразователя с вычитанием девиации. Задача панели заключалась в следующем: перенести каждую копию сигнала на дополнительную промежуточную частоту 20 МГц, убрать «паразитную» амплитудную модуляцию сигнала и передать суммарный сигнал на панель сложения. Как это было реализовано. Выше уже говорилось, что использовать просто преобразователи частоты на каждую копию было невозможно из-за сложности изготовления полосовых фильтров с очень жесткими характеристиками. Поэтому был разработан и применен следующий способ: один из сигналов, поступавших с панели УПЧ, пропускался через линию задержки, представлявшую собой бухту кабеля такой длины, чтобы ее постоянная времени равнялась 1/ F доп.мод. Использование в качестве ЛЗ кабеля позволяло получить абсолютно одинаковую и практически линейную фазо-частотную характеристику (или групповое время запаздывания) для сигналов, отличающихся другот друга на частоту, равную F доп. мод. Это позволяло получить для каждой копии исходного частотно-модулированного сигнала абсолютно одинаковую фазовую модуляцию. Затем эта часть сигнала подавалась на смеситель, где смешивалась с сигналом опорного генератора 20МГц, усиливалась и еще раз смешивалась с прямым сигналом с выхода УПЧ. На выходе стоял полосовой фильтр, настроенный на 20 МГЦ, который и выделял суммированный из пяти копий сигнал, но уже на частоте 20 МГц и с фазовой модуляцией. Оставалось только сложить синфазно сигналы от четырех разных приемников с помощью панели сложения и можно производить демодуляцию. Просто до гениальности. А попутно еще и от «паразитной» АМ избавились. Таким образом, осуществлено синфазное сложение 20 (!) независимо принятых копии полезного сигнала.

Однако с демодуляцией сигнала тоже возникла серьезная проблема. И опять с технической реализацией демодулятора. Тогда было решено ФМ сигнал преобразовать обратно в ЧМ сигнал, что позволяло использовать имевшийся частотный детектор.

ФМ-ЧМ преобразователь, это, пожалуй, самая «шаманская» часть аппаратуры, т.к. (кроме, естественно, разработчиков и математиков) никто толком не мог объяснить, как и за счет чего этот узел начинает работать в момент включения питания. Тем не менее, узел представлял собой управляемый автогенератор, где управляющим сигналом, вызывающим изменение частоты генератора являлась та самая фазовая модуляция, выделенная смесителем из сигнала, поступающего с выхода панели сложения с помощью все того же опорного генератора 20 МГц. Таким образом, нестабильность ОГ 20 МГц не оказывала никакого влияния на сигнал, поступающий на демодулятор.

Демодулированный сигнал подавался на групповой усилитель, где производилась коррекция предварительного искажения уровня группового сигнала, вводимого на передающей станции (для борьбы с тепловыми шумами, прямо зависящими от частоты сигнала), усиление его до необходимого уровня и далее через панель переключений групповой сигнал шел на стойку НЧ и далее на аппаратуру уплотнения. Отдельно с демодулятора выделялся канал служебной связи – НСК, который служил для контроля состояния «ствола» и управления по линии.

Передающее устройство

Передающая часть оборудования должна выполнить следующие задачи:

-сформировать частотно-модулированный сигнал;

-сформировать итоговый сигнал для передатчиков, состоящий из пяти независимых копий;

- произвести формирование рабочей частоты передатчика;

- усилить его до необходимой мощности и передать в антенну.

Формирование ЧМ сигнала особенностей не имело. Это производилось стандартным частотным модулятором, на который подавался групповой сигнал со стойки НЧ.

Особенностью частотного модулятора системы «Аккорд-М» являлся способ формирования пяти копий информационного сигнала. Конечно, можно было бы формировать каждую копию отдельно, затем их сложить, но это опять усложняло аппаратуру, поэтому задача была решена очень изящно.

Идея формирования пяти копий сигнала заключается в следующем: если на модулятор подать синусоидальный сигнал с частотой 1 МГц и посмотреть на спектр получающегося сигнала, то видно, что он состоит из набора частот, отстоящих друг от друга на 1 МГц. Остается только отфильтровать центральную частоту модулятора и по две боковые составляющие спектра, подобрать уровень генератора таким, чтобы амплитуда всех составляющих была примерно одинаковой (индекс модуляции 2, 4-2,6) и мы получаем пять несущих для нашего сигнала. Введем в этот же модулятор групповой сигнал – и пять несущих окажутся промодулированы им. Подбираем уровень группового сигнала таким, чтобы центральная частота каждой копии была минимальной по уровню и передаем получившийся сигнал на панель ПУМ, обеспечивающего работу одного из двух ЧМГ на два передатчика.

Формирование рабочей частоты производилось с помощью кварцевого генератора, умножителей и усилителя, затем полученный сигнал смешивался с сигналом ЧМГ и подавался в мощный каскад, представлявший собой прямопролетный четырехрезонаторный клистрон с водяным охлаждением. Высокое напряжение (около 9 кВ) подавалось со стойки высоковольтного выпрямителя, собранного по схеме трехфазного двухполупериодного выпрямителя. Питание на него подавалось с высоковольтного трансформатора, а регулировка осуществлялась с помощью атотрансформатора (АТСКТ), выходное напряжение которого, изменяющееся от 0 до 380В, и подавалось на высоковольтный трансформатор.

В передающем устройстве имелась также панель контроля, основной задачей которой был контроль состояния антенно-волноводного тракта по КБВ и контроль клистронного усилителя.