Автор: Шамшин В.А.
Теги: электротехника электроника радиотехника издательство радио и связь журнал электрросвязь
ISBN: 0013-5771
Год: 1993
Текст
МИПМХВ11ВН
ЕЖЕМЕСЯЧНЫЙ
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ
ЖУРНАЛ
ПО ПРОВОДНОЙ И РАДИОСВЯЗИ,
ТЕЛЕВИДЕНИИ} РАДИОВЕЩАНИЮ
ERICSSON 2
Если Вы работаете на пределе собственных
возможностей, то дополнительные Вам предоста-
вит СП «ИНКОМ» — продаст за СКВ и установит
за рубли системы телефонной связи, не имеющие
аналогов в мире.
-nikota fa&la
ВРЕМЯ —ДЕНЬГИ!
НАШИ СИСТЕМЫ СВЯЗИ
СЭКОНОМЯТ
ВАМ И ТО И ДРУГОЕ!
К Вашим услугам продукция фирм:
ERICSSON — Швеция
NIKOLA TESLA — Хорватия.
СП «ИНКОМ» обеспечит:
• поставку в любую точку
страны
• проектирование
• монтаж
• наладку
• гарантийное
и послегарантийное обслужи-
вание
Если Вы начали работать по-новому,
Вам необходимы:
полностью цифровая,
с программным управлением
станция MD 110 — система
интеграции речи и данных.
Передать данные так же просто,
как и позвонить;
ц небольшие аналоговые и
цифровые бизнес-системы
емкостью от 5 до 150 абонентов.
Все эти системы позволяют подключать
не только аналоговые и цифровые те-
лефонные аппараты, автоответчики и те-
лефаксы, но и персональные компьюте-
ры, а также устройства радиопоиска.
Фирмы ERICSSON и NIKOLA TESLA
изготавливают также радиотелефонную
систему MRS-5000 и универсальную
систему для телефонных сетей общего
пользования АХЕ-10.
119895, Москва, Зубовский б-р, дом 27/26,
строение За.
Телефоны: 246-17-68, 246-15-02, 299-49-37
Факс (международный): 200-39-37, 209-29-96
Факс (для стран СНГ): 200-00-60
Телекс 414745 INCO SU (круглосуточно)
KttS/VPl
УЧРЕДИТЕЛИ — РЕГИОНАЛЬНОЕ
СОДРУЖЕСТВО В ОБЛАСТИ СВЯЗИ
И РОССИЙСКОЕ НАУЧНО-
ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЩЕСТВО
РАДИОТЕХНИКИ, ЭЛЕКТРОНИКИ И СВЯЗИ
ИМ. А. С. ПОПОВА
ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ
) ЕЖЕМЕСЯЧНЫЙ
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ
ЖУРНАЛ
В НОМЕРЕ:
Журнал «Электросвязь» — 1993 6
СВЯЗЬ В СТРАНАХ СНГ.
По материалам Форума «Евроком-92»
Булгак В. Б. Стратегические аспекты
развития электросвязи в Российской
Федерации 2
Проживальский О. П. Первоначальные
экономические соображения о повы-
шении качества электросвязи на
Украине 3
Грицук И. М. Состояние и перспективы
развития связи в Беларуси 5
СИСТЕМЫ СПУТНИКОВОЙ И
КОСМИЧЕСКОЙ СВЯЗИ
Московскому НИИ радиосвязи —
65 лет
Тематическая подборка
К читателям 7
Лисин А. В. Этапы становления и
перспективы развития Московского
научно-исследовательского института
радиосвязи 7
Мещеряков В. И. Система радиосвязи
с пилотируемыми космическими ко-
раблями. История. Пути совершенст-
вования 12
Немировский М. С., Волков Л. Н. Пер-
спективные системы и методы много-
станционного доступа: характеристи-
ки и проблемы реализации 16
Касаткин А. В., Орлов А. Г. Спутни-
ковые ретрансляторы связи: ретро-
спектива, проблемы, пути развития 22
Табаков А. В., Богатов Е. Л., Голи-
цын М. В., Елисеев Н. И., Овечкис Г. Н.
Состояние и перспективы развития
усилителей мощности для передаю-
щей аппаратуры спутниковой связи 29
Колоколов Ю. Д., Солошек Л. К. Со-
стояние и перспективы разработки ап-
паратуры линейных трактов прием-
ников и возбудителей передатчи-
ков 33
Романовский М. И. Особенности мно-
голучевых спутниковых систем связи
с коммутацией сигналов 37
@ Издательство
«Радио и связь»,
«Электросвязь»,
1993
Усл. кр.-отт. 8,82
Уч.-изд. л. 11,72
Усл. печ. л. 7,84
Цена 10 р.
Телефакс 924-52-90
Сдано в набор 19.11.92
Подписано в печать 25.12.92
Печать офсетная
Бумага тип. № 2
Мещеряков В. И., Соколов В. В. Осо-
бенности построения спутниковых
систем связи с космическими аппара-
тами на круговых орбитах 40
Соколов В. В., Пыльцов В. А. Пробле-
мы связности в системах спутнико-
вой связи на базе низкоорбитальных
космических аппаратов 41
Мещеряков В. И., Соколов В. В., Пыль-
цов В. А., Захарова В. И. Методы
повторного использования частот в
низкоорбитальных спутниковых систе-
мах связи 44
Воробьев В. С., Дьяков О. П„ Нор-
кин Г. А. Задачи разработки спе-
циализированной инерциальной нави-
гационной системы для станций спут-
никовой радиосвязи на подвижных
объектах 46
Соболев А. П. Использование инфор-
мации об угловом движении носителя
в подвижных адаптивных антенных
решетках 49
Анненков Ю. 3., Евдокимов Д. П.
О развитии аналоговых микроэлек-
тронных устройств для аппаратуры
спутниковой связи 52
Алыбин В. Г., Дмитриев Д. С. Кон-
вертер спутникового телевидения 53
Алыбин 3. Г., Дмитриев Д. С., Зяб-
ликов С. Ю. Гибридно-монолитные
устройства СВЧ 55
Анненков Ю. 3., Иванов П. Г., Мака-
ров В. М., Орлов В. С., Шварц А. Л.
Акустоэлектронные частотно-избира-
тельные устройства нового поколения
для систем связи 57
Орлов А. Г., Платонов Н. И. Матрич-
ный волноводный коммутатор для
многолучевых антенных систем мил-
лиметрового диапазона волн 60
ИНФОРМАЦИЯ
Хроника жизни НТОРЭС
им. А. С. Попова
Интеллектуальная сеть и оптическое
волокно.
Итоги конференций в Ростове Великом 21
ПРЕДСТАВЛЯЮТ ИНОФИРМЫ
По Волге — с фирмой SEL RFT 63
Презентация системы RURTEL в Ижев-
ске 64
Формат 60X88 1/8
Изд. № 23773
Зак. № Д9.
ПО ПРОВОДНОЙ И РАДИОСВЯЗИ,
ТЕЛЕВИДЕНИЮ, РАДИОВЕЩАНИЮ
ОСНОВАН В 1933 ГОДУ
CONTENTS
BULGAK V. В. Main ways of development of
communications in Russia — — — — — — — 2
PROZHIVALSKIY О. P. Economic base of quality
rise of communications in Ukraina —-----— — 3
GRITZUK 1. M. Actual state and outlook of
development of communications in Belarus---------5
LISIN A. V. History and outlook of Moscow
research institute of radiocommunications —------7
MESCHERJAKOV V. I. System of radiocommunica-
tion with spaceships — — — — — — — — — 12
NEMIROVSKIY M. S., VOLKOV L. N. Advanced
systems and methods of multiple access:
characteristics and design — — — — — — — 16
KASATKIN A. V., ORLOV A. G. Space repeaters:
history, actual state and outlook — — — — — 22
TABAKOV A. V., BOGATOV E. L., GOLIT-
ZIN M. V., ELISEEV N. I., OVECHKIS G. N.
Actual state and outlook of power amplifiers
for transmitters of satellite communication
equipment — — — — — — — — — — — — 29
KOLOKOLOV Ju. D„ SOLOSHEK L. K. Actual
state design outlook of line channels equipment
of receivers and transmitter drivers — — — — 33
ROMANOVSKIY M. I., Peculiarities of multipath
satellite communication systems with signal
switching--------------------------— — — — — — 37
MESCHERJAKOV V. I., SOKOLOV V. V.
Peculiarities of design of satellite communication
systems for contacts with circle orbit spaceships 40
SOKOLOV V. V., PYLTZOV V. A. Liaison in
satellite communication systems based on low
orbit spaceships----------— — — — — — — 41
MESCHERJAKOV V. L, SOKOLOV V. V.,
PYLTZOV V. A., ZAKHAROVA V. I. Frequency
two times use methods in low orbit satellite
communication systems — — — — — — — — 44
VOROB’EV V. S„ D’JAKOV О. P„ NORKIN G. A.
Design of special innertial navigation systems
for radiocommunication satellite stations based
on mobile objects — — — — — — — — — — 46
SOBOLEV A. P. Use of information about angular
motion of carrier in mobile adaptive antenna
array — — — — — — —----------------— — — — 49
ANNENKOV Ju. Z„ EVDOKIMOV D. P. Develop-
ment of analog microelectronic sattelite com-
munication equipment — — — — — — — — — 52
ALYBIN V. G„ DMITRIEV D. S. Converter of
satellite television---------— — — — — — 53
ALYBIN V. G., DMITRIEV D. S., ZJABLIKOV S. Ju.
Hibrid-monolithic SHF devices — — — — — — 55
ANNENKOV Ju. Z., IVANOV P. G„ MAKA-
ROV V. M„ ORLOV V. S., SCHWARZ A. L.
Acoustic-electronic frequency selective devices
for advanced communication systems — — — — 57
ORLOV A. G., PLATONOV N. 1. Matrix waveguide
switcher for multipath EHF antenna systems 60
INFORMATION------------------------------21, 63, 64
Журнал переводится на английский язык
компанией Scripts Technika Inc. [США]
под названием Telecommunications and
Radio Engineering
ИЗДАТЕЛЬСТВО
«РАДИО И СВЯЗЬ»
МОСКВА
Набрано на ордена Трудового Красного Знамени
Чеховском полиграфическом комбинате
Министерства печати и информации
Российской Федерации
142300, г. Чехов Московской области
Отпечатано в Подольском филиале
142110, г. Подольск, ул. Кирова, 25
2
i SSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
СВЯЗЬ В СТРАНАХ СНГ
По материалам Форума «Евроком-92»
В октябре 1992 г. столица Венгрии Будапешт стала местом проведения первого Европейского смотра достиже-
ний средств телекоммуникации «Евроком-92». Организованный Международным союзом электросвязи, «Евро-
ком-92» — это не только выставка*, в которой приняли участие ведущие в мире производители и операторы
Оборудования связи, это и авторитетнейший, состоящий из трех симпозиумов — политического, экономического,
технического — Форум.
Политический и экономический симпозиумы были посвящены глобальным проблемам развития связи на тер-
ритории всей Европы в свете происшедших в ней преобразований, с учетом возрастающего потенциала рынка
Восточной Европы.
В рамках технического симпозиума обсуждались результаты научных исследований и разработок, внедрение
которых позволит выйти на качественно новый уровень развития телекоммуникаций.
На Форуме с докладами о перспективах развития средств связи России, Украины и Беларуси выступили
главы администраций связи этих стран.
СТРАТЕГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ
В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
В. Б. Булгак
Министр связи Российской Федерации
Электросвязь является важнейшим компонентом хозяйствен-
ной и социальной инфраструктуры любого государства.
Выступая как важная и непосредственная производительная сила
в экономике, связь создает условия для роста валового на-
ционального продукта (ВНП) в стране, а также условия для обще-
ния людей. Неслучайно такой показатель развития связи, как
телефонная плотность, принят Международным валютным фон-
дом как один из основных показателей, характеризующих
экономический уровень развития государства.
К сожалению, в течение многих десятилетий в бывшем
Советском Союзе связь развивалась, в первую очередь, в интере-
сах органов государственного управления, армии, органов
правопорядка и государственных предприятий, а для осталь-
ных отраслей народного хозяйства и населения — исходя из
«остаточного» принципа финансирования. Выделенных средств
было недостаточно для нормального развития связи.
В качестве примера можно привести следующие цифры:
относительные капитальные вложения США в связь ежегодно
составляют 6,6 % валового национального продукта, а в бывшем
СССР — лишь 0,24 %. С учетом разницы уровней ВНП в этих
странах капитальные вложения в связь в США были в 2,5 раза
больше.
«Остаточный» принцип финансирования отрасли связи в те-
чение значительного периода привел к тому, что сегодня Россий-
ская Федерация по телефонной плотности занимает лишь 33-е
место в мире и 21-е в Европе. Износ основных производственных
фондов в отдельных подотраслях связи достигает S0 %; доля
современного и, в первую очередь, цифрового оборудова-
ния, находящегося в эксплуатации, весьма невелика.
Вместе с тем, за последнее время были построены самые
длинные (протяженностью 9,5 тыс. км) кабельная и радиорелей-
ная линии связи Москва — Владивосток.
Е новых общественно-политических и социальных условиях
для успешной реализации экономической реформы в стране
роль связи неизмеримо возрастает; без современной и на-
дежной сети связи нельзя осуществить переход к свободным
рыночным отношениям. Придавая важное значение развитию
связи, Правительство Российской Федерации отнесло отрасль
к приоритетным направлениям своей внутренней политики.
По заданию Правительства Министерством связи разработан
проект «Концепция политики Российской Федерации в области
свхзн», в котором изложены пути развития связи на перспективу
(до 2610 г.). Проект концепции будет вынесен на рассмотрение
Правительства России.
* Статью нашего корреспондента о Выставке «Евроком-92» читайте в сле-
дующем номере журнала.
СТРАТЕГИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ РАЗВИТИЯ СВЯЗИ В РОС-
СИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ. В соответствии с концепцией,
основные принципы государственной политики в области связи
заключаются в следующем:
Создание правовых основ функционирования
связи в стране. Недавно Указом Президента Российской
Федерации введено в действие «Временное положение о связи»,
регламентирующее работу средств связи. На очереди разработ-
ка проекта Закона о связи, который будет обсуждаться
в Парламенте России.
В целом предусматривается принятие Верховным Советом
России ряда законодательных актов: указов Президента, по-
становлений Правительства, обеспечивающих условия для раз-
вития связи в стране и правовые гарантии защиты собствен-
ности, прав пользователя, лицензирования и сертификации.
Новая политика должна быть направлена на привлечение
инвестиций как отечественных, так и иностранных инвесторов.
Развитие отрасли предполагается осуществлять на базе собст-
венных и объединенных ресурсов ассоциаций, предприятий, бан-
ковских структур, а также физических лиц. Ассигнования из
бюджета государства предполагается использовать на реализа-
цию наиболее важных государственных программ.
Министерство связи проводит большую работу с зарубежными
партнерами по привлечению иностранных инвестиций. Нала-
жены тесные контакты с Комиссией европейских сообществ.
Европейским банком реконструкции и развития, Международным
валютным фондом, рядом зарубежных компаний и фирм.
В 1992 г. со стороны иностранных инвесторов мы планируем
привлечь около 200 млн. долларов США для реализации ряда
крупных проектов. В 1993 г. размер иностранных инвестиций,
по предварительным оценкам, составит около 500 млн. долл.
США.
Поощрительная государственная политика в
развитии связи предусматривает льготную налоговую и
кредитную системы. Эти льготы должны реализовываться при
выделении земельных участков под предприятия связи, аренде
помещений, распределении дотаций от местных органов
власти, при сокращении налогов, взимаемых с предприятий
связи. Полученные средства могут быть использованы для
инвестиций в отрасль «Связь».
Использование новых форм собственности в
отрасли и демонополизация в предоставлении
услуг связи. Предприятия связи будут создаваться с учетом
многообразия и на основе равенства форм собственности
в условиях свободной конкуренции. Сети и средства связи
могут находиться в федеральной собственности республик,
входящих в состав Российской Федерации, муниципальной
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
3
собственности, собственности юридических и физических лиц,
в том числе иностранных.
Ликвидация монополии на предоставление услуг связи пре-
дусматривает предоставление такого права некоторым операто-
рам связи. Будет рассматриваться вопрос и о предоставлении
права на концессии.
Структурная перестройка отрасли. Министерст-
вом связи Российской Федерации была разработана, а Прави-
тельством утверждена «Отраслевая программа акционирования
и приватизации в отрасли «Связь». В соответствии с этой Про-
граммой уже начато акционирование предприятий связи.
В ближайшей перспективе все предприятия будут выделены
в четыре самостоятельные структуры: Государственную ак-
ционерную телевизионную и радиовещательную компанию,
Региональные акционерные общества местной телефонной
связи. Акционерное общество междугородной и международ-
ной связи «Ростелеком», Государственный Департамент почты.
Конверсия в области связи и, в частности, кон-
версия радиочастотного спектра предусматривают использова-
ние в интересах народного хозяйства и населения техни-
ческих средств, созданных ранее для оборонного комплекса.
Новая тарифная политика на услуги связи опре-
деляется либерализацией с сохранением элементов государст-
венного регулирования по нескольким позициям, имеющим
важное социальное значение.
Государственное лицензирование деятель-
ности юридических и физических лиц в области
связи, сертификация средств связи с целью регули-
рования рынка услуг связи.
Модернизация существующих сетей связи,
прежде всего на базе современного цифрового оборудования,
волоконно-оптических кабелей связи. В ближайшее время пла-
нируется также модернизация группировки спутников связи
на базе нового поколения спутников типа «Экспресс».
Предоставление новых видов услуг связи на
базе сетей передачи данных с коммутацией пакетов, цифровых
сетей связи с интеграцией услуг, сотовых сетей связи, спутнико-
вых систем — для местной телефонной связи в труднодоступных
и удаленных районах Сибири, Крайнего Севера и Дальнего
Востока.
Расширение сетей, используемых для органи-
зации приграничных связей с Норвегией, Финляндией,
Польшей, Китаем.
Важными составляющими государственной политики России
в области связи являются отношения со странами СНГ
и странами, входящими в Региональное содру-
жество в области связи. Эти отношения будут разви-
ваться по следующим основным направлениям.
1. бырабо-ьча скоординированной технической политики.
2. Разработка системы взаиморасчетов за предоставление
услуг связи, в максимальной степени приближенной к между-
народной.
3. Объединение научных, материальных и финансовых ресурсов
для разработки и реализации крупных совместных проектов.
4. Организация обмена программами телевизионного и зву-
кового вещания а соответствии с возникающими потребно-
стями.
5. Организация технического обслуживания общих элементов
сетей связи (линий связи, космической аппаратуры и др.).
6. Проведение совместных работ по стандартизации, уни-
фикации, созданию нормативной и технической документации.
7. Разработка мероприятий, касающихся совместных действий
и оказания взаимной помощи в случае возникновения чрезвы-
чайных ситуаций или других условий, наносящих ущерб
функционированию национальных сетей связи.
ПРИОРИТЕТНЫЕ ПРОЕКТЫ РАЗВИТИЯ СВЯЗИ В РОССИЙ-
СКОЙ ФЕДЕРАЦИИ.
1. Строительство трех международных телефонных станций
в Москве и Санкт-Петербурге общей емкостью около 10 тыс.
каналов. Стоимость проекта — 35 млн. долл. США. Инвестор —
компания US WEST. Срок ввода в эксплуатацию — декабрь
1992 г.
2. Строительство волоконно-оптической линии связи Копен-
гаген — Кингисепп с продолжением по цифровой радиорелей-
ной линии до Санкт-Петербурга и Москвы. Емкость — 15 тыс.
каналов. Стоимость проекта — 84 млн. долл. Инвесторы —
Большое северное телеграфное общество и ТЕЛЕКОМ (Да-
ния). Ввод в эксплуатацию — март 1993 г.
3. Создание волоконно-оптической линии связи Палермо —
Стамбул — Новороссийск — Москва и строительство между-
народной станции в Ростове-на-Дону. Общая стоимость проек-
та — 100 млн. долл. Срок ввода в эксплуатацию — 1994 г.
4. Строительство волоконно-оптической линии связи Россия —
Япония — Южная Корея и международной станции в Хабаровске.
Стоимость проекта — 60 млн. долл. Срок ввода в эксплуата-
цию — 1994—1995 гг.
5. Создание волоконно-оптической линии связи Москва —
Хабаровск в рамках международного консорциума, в который
войдут крупнейшие мировые компании-операторы связи.
Стоимость проекта — 500 млн. долл. Реализация проекта
могла бы начаться и раньше, если бы не дискриминация европей-
ских и азиатских проектов в области связи со стороны КОКОМ.
6. Строительство международных телефонных станций
в Самаре, Екатеринбурге, Новосибирске, Ростове-на-Дону, Хаба-
ровске. Стоимость проекта — 50 млн. долл.
ПЕРВОНАЧАЛЬНЫЕ ЭКОНОМИЧЕСКИЕ СООБРАЖЕНИЯ
О ПОВЫШЕНИИ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОСВЯЗИ НА УКРАИНЕ
О. П. Проживальский
Министр связи Украины
Украина, по сравнению с другими государствами СНГ, об-
ладает достаточно высоким экономическим потенциалом: имеет
хорошо развитую промышленность, плодородные земли, много
полезных ископаемых (уголь, железо, уран, редкие металлы
и др.).
Украина, как независимое европейское государство, стремится
сегодня создать социально ориентированную экономику. Наши
усилия направлены на осуществление глубоких, последовательных
экономических реформ, создание качественно новой экономики
на основе передовых технологий.
К сожалению, связь в старой централизованной системе уп-
равления экономикой финансировалась по остаточному принци-
пу, вследствие чего телефонная плотность на Украине состав-
ляет сегодня 16 телефонов на 100 жителей, что почти в три
раза ниже оптимального уровня телефонизации. Отстаем мы и по
числу программ радиовещания и телевидения, в которых нуж-
дается население. Украина не имеет своей международной те-
лефонной станции, международной службы «Телекс», высокоско-
ростных сетей передачи данных, сотовой мобильной связи,
телематических служб «Телетекс», «Видеотекс».
Чтобы вывести отрасль связи на современный уровень,
преодолеть накопившееся за многие годы отставание, Мини-
стерством связи Украины разработана Государственная про-
грамма развития отрасли. Программой предусматривается до
2005 г. обеспечить 100-процентную телефонизацию семей юрод-
ских жителей и 50-процентную сельских. С этой целью потребует-
ся дополнительно ввести 14 млн. номеров на городских теле-
фонных сетях и более 3 млн. номеров на сельских. Предус-
мотрено также в короткие сроки (за 5 лет) построить совре-
менную сеть междугородной и международной связи, передачи
данных; организовать сотовую мобильную связь и др. Для реали-
зации программы нужно проделать работы огромного масшта-
ба, осуществление которых немыслимо без объединения уси-
лий научных, промышленных, строительных и эксплуатационных
4
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», H9 1, 1993
предприятий связи, применения современного оборудования
и технологий, без дополнительных и существенных инвестиций
в отрасль, в том числе и иностранных.
Финансирование — сложная проблема на пути ускоренного
развития отрасли. Нетрудно было бы реализовать намеченную
программу при выделении необходимых средств из бюджета.
Но сегодня экономика Украины находится в кризисном состоя-
нии в результате перехода от централизованного управления
к рыночному регулированию и затянувшегося «бракоразводного»
процесса между республиками бывшего СССР. В этих условиях
для развития связи государство не может выделить достаточ-
но средств из бюджета.
Можно было бы развивать связь ускоренными темпами
путем установления более высоких цен на услуги связи,
что позволило бы получить больше доходов и увеличить ин-
вестиции. Однако этот способ также не лишен недостатков, так
как из-за высоких цен снижается спрос на услуги связи
и желаемого результата трудно будет достигнуть.
Третий путь — это привлечение иностранного капитала. Но за-
рубежные партнеры вкладывают средства только в высокорен-
табельные услуги, такие как международная и междугород-
ная связь, а в низкорентабельные, тем более убыточные, на-
пример в сельскую телефонную связь, не рискуют.
В сложившейся ситуации мы планируем использовать раз-
личные способы финансирования. В первую очередь, будем бы-
стрыми темпами развивать международную и междугородную
телефонную связь. Для этого намечаем использовать соб-
ственные источники доходов, получаемых от предприятий связи,
кредиты банков, иностранные инвестиции. С этой целью, а также
для использования современных технологий создано совместное
предприятие «УТЕЛ», основанное предприятиями связи Украины
(51 % уставного капитала), американской компанией АТТ
(19,5%), голландской РТТ (10 %) и немецкой ДВР Telekom
(19,5 %). В рамках этого предприятия уже в текущем году в Киеве
начнет работать автоматическая международная телефонная стан-
ция, а в течение 3—4 лет в областях будут заменены на
станции новых типов устаревшие автоматические междугород-
ные телефонные станции. С использованием кредитов банков
в течение 5—7 лет будет произведена реконструкция первич-
ной междугородной сети. Это позволит в короткие сроки полу-
чить значительную прибыль и частично реинвестировать ее в
развитие местной телефонной связи.
Городскую телефонную связь, особенно в больших городах,
мы планируем развивать на основе самоокупаемости, путем
установления соответствующих тарифов, выпуска облигаций, а
также за счет средств, полученных от «УТЕЛ» в виде платы за
использование местных сетей. Кроме того, предполагается не-
посредственное участие «УТЕЛ» в развитии ГТС.
Сотовая мобильная связь на Украине будет организована с
использованием иностранных технологий и инвестиций. Для этого
создано совместное предприятие, в котором доля уставного
фонда предприятий связи Украины составляет 51 %, компа-
ний телекоммуникаций Дании — 16,3 %, Германии — 16,3 %, Гол-
ландии — 16,3 %.
Наиболее сложной проблемой представляется изыскание ин-
вестиций для сельской телефонной связи. Если на развитие
всех подотраслей связи, в том числе и почтовой, программой
предусмотрено выделение (в ценах января 1992 г.) более
400 млрд, руб., то из этой суммы на развитие сельской
связи необходимо направить 230 млрд, руб., т. е. больше поло-
вины. Ясно, что на основе самоокупаемости эту подотрасль
развить не удастся. Поэтому для нужд сельской телефонной
связи предусмотрено выделение средств из бюджета, а также
частичное «переливание» капитала из высокорентабельных
подотраслей электросвязи в отсталую.
Учитывая, что связь в сельской местности будет развивать-
ся за счет бюджета и то обстоятельство, что сегодня орга-
низации и хозяйства телефоны уже имеют, мы планируем раз-
вивать связь на селе путем удовлетворения спроса на квартир-
ные телефоны, причем в первую очередь они будут устанавли-
ваться в пригородных населенных пунктах. Затем телефони-
зация будет осуществляться в направлении от райцентра
к периферии.
Что это дает?
Если построить телефонную сеть в отдаленном населенном
пункте, то возникает опасность «омертвления» части вложенных
инвестиций вследствие невысокого спроса на телефоны в этих
пунктах из-за низкой телефонной плотности в стране в целом,
что потребует установления более низких цен на услуги
связи. Если же вести развитие сети от райцентра к пери-
ферии, то при одинаковых капвложениях на первом этапе квар-
тирных телефонов можно будет установить больше, чем при
хаотическом развитии сети. Это достигается благодаря тому,
что расстояния до ближайших к райцентру сел небольшие,
а следовательно, и затраты на организацию соединительной
линии меньше, чем в случае телефонизации удаленных пунктов,
а значит и меньше удельные капвложения в расчете на 1 но-
мер (линию).
Кроме того, спрос на телефоны в пригородах выше, и сле-
довательно можно будет строить сеть исходя из того, что теле-
фон будет установлен в каждом дворе. По мере роста коли-
чества телефонов в районе будет увеличиваться и спрос на
телефоны в отдаленных населенных пунктах. Такой подход
позволит достичь достаточно высоких цен на услуги связи в
сельской местности, снизит опасность «омертвления» инвестиций,
ускорит темпы развития связи в условиях ограниченного вы-
деления средств из бюджета.
С учетом того, что украинская валюта сегодня неконвер-
тируема, мы стремимся к тому, чтобы необходимое обору-
дование и кабельная продукция производились на наших за-
водах. С этой целью созданы ассоциации «Астел» и «Укрте-
леком», которые объединили более 100 крупных заводов бывшего
военно-промышленного комплекса с переориентацией их на вы-
пуск оборудования связи.
Мы смогли организовать производство на украинских заводах
электронных АТС, цифровых систем передачи для местных сетей
и ряда другого оборудования. Если наши предприятия не в со-
стоянии выпускать высокотехнологичное оборудование или если
его разработка требует значительных затрат средств и вре-
мени, то мы стремимся привлечь иностранные компании к со-
зданию совместных предприятий для выпуска конкретного обо-
рудования. Так, в Киеве на заводе им. Королева с помощью
фирмы «Сименс» налажен выпуск коммутационной системы связи
типа EWSD. На этом же заводе будет организовано произ-
водство высокоскоростных систем передачи. Совместно с компа-
нией АТТ проводится реконструкция Черниговского радиозавода с
целью приспособить его для выпуска станций 5ESS.
Такой подход позволяет не только решать проблемы, связан-
ные с конверсией, сдерживать нарастание безработицы, но и
снизить валютную часть стоимости оборудования до 30 %,
что немаловажно в условиях, когда рубль не конвертируется.
Законодательством Украины созданы благоприятные условия
для иностранных инвестиций. В соответствии с Законом «Об
иностранных инвестициях» они не подлежат национализации;
предусматривается возмещение убытков в случае неверных дей-
ствий государственных органов и должностных лиц, гарантирует-
ся перевод инвеститору доходов и прибыли после уплаты нало-
гов и обязательных сборов. Закон дает право тем предприя-
тиям, куда вложены иностранные инвестиции, самостоятель-
но определять цены на свою продукцию. Готовая продук-
ция и комплектующие, которые ввозятся из-за границы для
нужд таких предприятий, не облагаются налогом. Совместные
предприятия не облагаются налогом в течение пяти лет,
затем он устанавливается на 50 % меньше действующего.
Часть прибыли, реинвестированная на Украине, также налогом
не облагается.
Министерство связи заинтересовано в конкуренции и готово
ее поощрять. Однако, учитывая очень низкий уровень развития
отрасли, считаем, что на данном этапе конкуренция до-
пустима лишь по отдельным видам деятельности. До достижения
уровня насыщения, особенно в телефонии, конкуренция эффек-
та не даст. Поэтому договором с АТТ, РТТ и «Бундес пост
телеком» совместному предприятию «УТЕЛ» дано эксклюзивное
право на предоставление услуг междугородной и международ-
ной связи в течение 15 лет. Такой большой срок определен
исходя из того, что часть прибыли СП будет реинвестиро-
вана на развитие местных сетей.
Широкое привлечение иностранных инвестиций, передовых тех-
нологий и опыта зарубежных партнеров позволит в короткие
сроки сделать качественный прорыв в развитии телекоммуни-
каций Украины, обеспечить их интеграцию в общемировую
сеть связи.
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», Me 1, 1993
5
СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СВЯЗИ В БЕЛАРУСИ
И. М. Грицук
Министр связи и информатики Беларуси
Республика Беларусь, средняя по европейским меркам страна
площадью 207,6 тыс. кв. км с населением 10,5 млн. человек,
объявила государственную независимость 27 июля 1991 г.
Республиканским органом государственного управления, осуще-
ствляющим регулирование всех видов деятельности в области
связи, является Министерство связи и информатики Бела-
руси. Оно несет ответственность за организацию развития,
эксплуатации и предоставления услуг всех видов электросвязи,
почтовой связи, технических средств телевидения и радиовеща-
ния. Министерство располагает собственными проектными и
строительными организациями, в которых работает около 4 тыс.
человек, небольшими промышленными предприятиями по выпуску
техники связи, а также учебными заведениями по подготовке
кадров. В целом в отрасли связи республики работает около
65 тыс. человек, порядка 16 тыс. из них — инженерно-тех-
нический персонал.
В последние годы перед распадом СССР средства связи
Беларуси развивались довольно высокими темпами. Достаточно
сказать, что за 5 лет (с 1986 по 1990 г.) на телефонных
сетях общего пользования было введено в эксплуатацию более
720 тыс. номеров АТС. Такой объем для масштабов нашей
республики значителен и превышает объемы ввода за предшест-
вующие 15 лет.
По основным показателям развития сетей электросвязи Бе-
ларусь занимает лидирующие позиции среди государств СНГ. Се-
годня в республике установлено около 1,8 млн. телефонов
при средней телефонной плотности 17,4 телефона на 100 жителей.
Около 90 % всех абонентов имеют доступ к автоматической
междугородной телефонной связи. Из семи действующих в респуб-
лике AMTG пять оснащены достаточно современным квази-
электронным и электронным оборудованием с программным
управлением. Практически полностью удовлетворяется спрос на
услуги телеграфной св$|зи. Создана достаточно разветвленная
сеть абонентского телеграфирования, прямых соединений и низ-
коскоростной передачи Данных. В текущем году введена в
эксплуатацию первая очередь республиканской сети ПД с пакет-
ной коммутацией.
Однако несмотря на относительно высокие, по сравнению
с другими странами СНГ, уровни развития средств связи
в Беларуси не обеспечиваются возрастающие потребности
органов государственного управления, делового сектора и населе-
ния как по количеству, так и по качеству предоставляемых
услуг электросвязи.
В настоящее время только 40 семей из 100 имеют квартир-
ные телефоны. По состоянию на начало года в целом по рес-
публике не удовлетворено более 700 тыс. заявок на установ-
ку квартирных телефонов. Для многих граждан ожидание в
очереди на телефон превышает десять лет. В сельской мест-
ности еще не телефонизировано около 3,5 тыс. мелких населен-
ных пунктов. Практически отсутствует сеть радиотелефонной
связи общего пользования, которая, наряду с организацией
связи, с подвижными объектами, могла бы обеспечить реше-
ние этих проблем.
Потребление услуг междугородной телефонной связи на чело-
века в год составляет в среднем 19,7 разговора, что зна-
чительно ниже аналогичного показателя в развитых европей-
ских странах. Из-за недостаточно развитой местной сети авто-
матической междугородной связью могут пользоваться менее
60 % сельских абонентов.
Потребности абонентов в передаче информации с использова-
нием существующих средств электросвязи — телефонной комму-
тируемой сети ОП, сети ПД-200, сети АТ и Телекса, некомму-
тируемых телефонных и телеграфных каналов, физических це-
пей — обеспечиваются неполностью. В ряде случаев потребите-
лей не удовлетворяют качественные характеристики этих
средств, ограничена скорость передачи, затруднен доступ к мно-
гим источникам/потребителям информации, расположенным за
пределами территории республики. Слабо развита телефаксная
сеть и сеть ПД с пакетной коммутацией. Практически от-
сутствуют дополнительные услуги и современные телематиче-
ские службы (электронная почта, телетекс, видеотекс и др.).
Одной из серьезных проблем, унаследованных Беларусью от
бывшего СССР, является отсутствие собственной развитой сети
международной электросвязи. Традиционно вся исходящая и
входящая международная связь с территории республики осу-
ществлялась через международную станцию Москвы. В мае
1991 г. в Минске введена в эксплуатацию первая очередь
республиканской международной АМТС емкостью 200 каналов,
организованы первые пучки прямых линий на Польшу, Англию,
Германию. Однако в условиях, когда внешнеэкономические
связи Беларуси развиваются значительными темпами, этого
явно недостаточно, и критическая ситуация с обеспечением
абонентов услугами международной связи продолжает сохра-
няться.
Еще одной серьезной проблемой республики является недо-
статочный технический уровень имеющихся средств электросвя-
зи, и в первую очередь коммутационной техники. Например,
на городских телефонных сетях работают в основном АТС коор-
динатной системы (71 % общей емкости), а также морально
и физически устаревшие АТС декадно-шаговой системы (22%).
Причем, укачанное оборудование в свое время поставлялось
практически из всех стран Восточной Европы, что привело к его
значительной разнотипности и дополнительным сложностям в
эксплуатации. В настоящее время всего 7 % общей емкости
ГТС образовано современным квазиэлектронным и электронным
оборудованием с программным управлением.
Сложившееся отставание Беларуси от развитых стран Европы
и мира в области связи и информатизации общества обя-
зывает искать пути развития отрасли ускоренными темпами,
обеспечивающими не только естественный прирост потребностей,
но и преодоление отставания как в отношении объемов
развития сетевой инфраструктуры, так и в качестве предостав-
ляемых услуг.
Основными задачами по модернизации и расширению инфра-
структуры и услуг электросвязи, которые ставит перед собой
Министерство связи и информатики Беларуси на ближайшую
перспективу, являются:
— развитие местной .телефонной связи с целью обеспе-
чения к 2000 г. установки телефонов в городах в каждой
квартире (семье), а в сельской местности — в каждой второй
семье;
— обеспечение возможности доступа всех абонентов сетей
общего пользования к автоматической междугородной телефон-
ной связи;
— создание собственной современной сети международной
электросвязи, включая крупные цифровые международные ком-
мутационные узлы и прямые наземные и спутниковые каналы
связи с основными странами Европы, Америки и других кон-
тинентов;
— разработка современной системы радиотелефонной связи
с подвижными объектами, охватывающей территории крупных
городов, промышленных зон и основных транспортных маги-
стралей республики;
— внедрение новых видов услуг связи (электронная почта, теле-
текс, видеотекс, бюрофакс) на базе развитой телефонной
и телеграфной связи;
— создание основ сетевой инфраструктуры информатизации об-
щества с обеспечением на первом этапе возможности передачи
информации в цифровом виде абонентам наложенной комму-
тируемой сети и предоставлением цифровых каналов потреби-
телям, по возможности, на всей территории республики (пер-
вая очередь единой цифровой сети связи с интеграцией ус-
луг — ISDN).
Часть этих задач, в частности по созданию современной
системы международной связи и наложенной цифровой сети для
предоставления высококачественных услуг деловым абонентам,
будет решаться за счет привлекаемого кредита Европейского
банка реконструкции и развития (ЕБРР). Подписанным 31 июля
1991 г. Кредитным соглашением между ЕБРР и Республикой
Беларусь предусмотрена реализация в 1992—1995 гг. следующих
основных проектов:
— создание республиканской наложенной цифровой комму-
тируемой сети общей емкостью порядка 10 тыс. абонентских
линий с размещением основной коммутационной станции в
Минске и выносных абонентских концентраторов необходимой
емкости в областных городах и промышленных центрах;
6
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
— строительство электронной цифровой АМТС на 3000 кана-
лов и линий в одном из областных центров (Витебск);
— расширение на 3000 каналов и линий для нужд между-
народной связи существующей транзитной станции в Мин-
ской области, а также строительство новой международной
АМТС в Минске с начальной емкостью 5000 каналов и ли-
ний;
— строительство крупной наземной станции спутниковой связи
стандарта «Интелсат» и волоконно-оптических кабельных линий
для организации прямых международных каналов со страна-
ми Европы, Америки и других континентов.
Для создания и развития сотовой системы радиотелефонной
связи в Беларуси создано Совместное предприятие с участием
компании «КоммСтракт Интернэшнл» (США), в которое недав-
но в качестве основного партнера вошла также крупная
телекоммуникационная компания «Кэйбл энд Вайэлис» (Англия).
В случае успешной реализации вышеперечисленных проек-
тов Беларусь должна к 1995 г. создать основу современной
сети национальной к международной связи, удовлетворяющей
основные потребности органов государственного управления и
делового сектора.
Как видно из изложенной программы, политика Мини-
стерства в области развития международной связи сводится
к тому, что Беларусь хотела бы в максимально возмож-
ной степени сохранить за собой право собственности на соору-
жения связи и контроль за предоставлением услуг между-
народной связи. Поэтому дополнительное привлечение зарубеж-
ных партнеров к развитию и предоставлению услуг между-
народной связи предусматривается в ограниченном объеме:
только через создание СП с контрольным пакетом акций у бе-
лорусской стороны. Количество международных операторов будет
ограничиваться (видимо не более двух), и за их деятельностью
будет сохранен значительный контроль со стороны Министер-
ства связи и информатики Беларуси.
Однако наибольшую озабоченность Министерства в настоя-
щее время вызывает проблема местных телефонных сетей.
На развитие этого сектора электросвязи Министерство рас-
считывает получить дополнительные ассигнования из государ-
ственного бюджета. Кроме того, планируется пересмотреть та-
рифную политику с целью увеличения тарифов на услуги мест-
ной связи, а также привлечь частные инвестиции, в том числе
иностранные. Конкретная стратегия Министерства в этом направ-
лении пока не выработана и будет определена с учетом
результатов финансируемого ЕБРР и проводимого с привлече-
нием зарубежных консультантов «Исследования стратегического
развития отрасли».
Однако уже сегодня можно с уверенностью сказать, что с целью
ускорения развития национальных сетей возможны и будут
допускаться в широких пределах конкуренция, приватизация и
создание коммерческих сетей на акционерной основе. По от-
дельным видам новых услуг конкуренция будет поощряться.
Регулирование этих процессов будет осуществляться через
систему лицензирования. В частности, зарубежным эксплуата-
ционным компаниям могут быть выданы лицензии на развитие
и оказание услуг местной и междугородной связи. До оконча-
тельной отработки и утверждения лицензионной политики в
стране лицензии предусматривается выдавать на ограничен-
ный срок (не более 15 лет) с последующим их продлением
по согласию сторон.
В ближайшие годы Беларусь будет в максимально возмож-
ной степени ориентироваться на внедрение международных тех-
нических стандартов и процедур приобретения оборудования. Од-
нако при этом, естественно, будут учитываться сложившиеся
реальности на сетях республики и соседних государств для обеспе-
чения совместимости сетей.
Республика будет иметь собственные режим и структуру го-
сударственного регулирования в области связи, выработанные
с учетом мировой практики, результатов Исследования стратегии
развития отрасли и консультаций с другими Администрациями
связи стран СНГ. Однако уже сейчас принято решение в отно-
шении разделения почты и электросвязи. По этим подотраслям
будут созданы отдельные юридические и хозяйственные само-
стоятельные структуры. Реорганизацию планируется провести
поэтапно в течение 1993—1994 гг.
Дорогие читатели!
Мы рады, что и в этом году Вы не, отказались от своего профессионального журнала. -
Несмотря на жесткую экономическую ситуацию, сложившуюся в стране и естественно отразившуюся на
выпуске периодических изданий, журнал «Электросвязь» будет, как всегда, выходить ежемесячно и в полном
объеме.
Помимо материальной поддержки, оказываемой журналу Региональным содружеством в области связи. Мини-
стерством связи России, рядом научно-исследовательских институтов и организаций отрасли, средства на издание
журнала поступают и от активном работы с рекламодателями, в том числе и иностранными, и от выпуска специ-
альных тематических номеров на коммерческой основе. Примером тому могут служить номера «Электросвязи»,
посвященные 40-летию Рязанского радиотехнического института («ЭС» 1992, Н° 4), 50-летию НПО «Дальняя связь»
(«ЭС» 1991, Н® 12, 1992, №№ 1, 3, 5), 35-летию Поволжского института информатики, радиотехники и связи
(«ЭС» 1992, 3).
Практика выпуска таких номеров представляется весьма полезной и для авторских коллективов, так как
является своего рода рекламой деятельности их организаций, и для редакции, поскольку дает возможность
улучшить финансовое положение журнала.
Сегодня перед Вами номер, посвященный 65-летию Московского научно-исследовательского института радио-
связи. Вместо обычных 48 полос он содержит 64, что объясняется целесообразностью поместить под одной облож-
кой все статьи по проблемам развития космической и спутниковой связи, подготовленные специалистами
МНИИРС к юбилею института.
Новые экономические условия отразились не только на смете журнала, но и на его портфеле, который
«похудел». Но мы надеемся, что это явление временное; ведь для того, чтобы мир узнал о результатах Ваших работ,
а ведущие в области телекоммуникаций компании и фирмы захотели сотрудничать с Вами, необходимо заявить
о себе. И в этом Вам поможет «Электросвязь».
В течение года, помимо научных статей, помещаемых в традиционных разделах, мы предполагаем опубли-
ковать ряд специальных номеров и подборок, посвященных проблемам развития связи в сельской местности;
подвижной радиосвязи; оптической коммутации; микропроцессорной технике, а с учетом огромного спроса
на услуги связи новых коммерческих структур — подборку «Связь в деловой сфере».
Регулярно будут публиковаться материалы с деятельности Регионального содружества в области связи; НТС
Минсвязи России, НТОРЭС им. А. С. Попова, обзоры выставок и ярмарок, рецензии на новые книги, а под рубрикой
«Представляют инофирмы» — статьи, отражающие,деятельность фирм, выходящих на рынок СНГ.
Приглашаем всех заинтересованных в развитии отрасли специалистов к сотрудничеству с журналом и напоминаем,
что сроки прохождения рукописей в редакции значительно сокращены.
Надеемся также, что те, кто имеет возможность получать журнал в редакции, но не успел подписаться на него
с начала года, обратятся в редакцию по телефонам 921-09-13, 925-84-36 и оформят подписку со следующего
месяца.
Оформление подписки в редакции позволит Вам получать журнал по его номинальной
стоимости.
Редколлегия журнала «Электросвязь»
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
7
СИСТЕМЫ спутниковой и космической связи
ТЕМАТИЧЕСКАЯ ПОДБОРКА МОСКОВСКОМУ НИИ РАДИОСВЯЗИ— 65 ЛОТ ТЕМАТИЧЕСКАЯ ПОДБОРКА
К ЧИТАТЕЛЯМ
Запуск 23 апреля 1965 года искусственного спутника Земли «Молния-1» открыл новое направление
развития отечественной радиосвязи — спутниковую связь. У истоков ее формирования, в числе других,
стоял Московский научно-исследовательский институт радиосвязи (МНИИРС). 8 дальнейшем он стал головным
предприятием в отрасли по разработке различных систем космической и, в частности, спутниковой радиосвязи.
Трудно преувеличить значение работ специалистов института для развития космонавтики, с одной стороны, и
общей системы связи, телевидения, вещания республик б. СССР, с другой. Перипетии истории МНИИРС чрезвычайно
характерны вообще для становления советской промышленности, а трудности, которые он сейчас переживает,
типичны для российских НИИ и НПО.
До недавнего времени средства массовой информации не имели возможности широко освещать результаты
исследований и разработок, проводимых в МНИИРС. Сейчас такая возможность получена.
30 октября 1992 года коллектив Московского орденов Ленина и Трудового Красного Знамени Научно-исследо-
вательского института радиосвязи отметил свое 65-летие. В здание по Нижегородской улице, д. 32 пришли ветераны
института, смежники, заказчики, гости. Торжественная часть юбилея сменилась неформальной художественной
частью— присутствовавшие получили удовольствие от общения с артистами Московского театра на Малой
Бронной, с которым МНИИРС связывают дружба и взаимопомощь.
В зале института к юбилею была развернута содержательная, любовно и с тщанием выполненная выставка.
Ее экспонаты рассказывают об истории отечественной радиосвязи, первых изделиях завода, на базе которого был
создан МНИИРС. Здесь известный репродуктор для радиотрансляционных сетей — «тарелка», переносной при-
емник «Дорожный», миноискатели, выпускавшиеся в годы Великой Отечественной войны, самолетная радио-
станция «Дуб», первые телеметрические передатчики для ракет, запускаемых в сторону Луны, радиостанция
«Заря» для первого космонавта Юрия Гагарина, первый ретранслятор «Альфа» для спутника связи «Молния-1»,
первая судовая станция спутниковой связи «Волна-С», первые радиобуи «КОСПАС-АРБ» для космической си-
стемы поиска судов и самолетов, потерпевших аварию, серия станций спутниковой связи различного назначения:
«Астероид», «Геолог», «Корадис», «Аралия», абонентские станции НТВ, мн. др. Представлены радиокомпоненты
собственного производства, функциональные узлы современной микроэлектроники, специализированные боль-
шие интегральные схемы. Выставка будет теперь постоянно действующей. К юбилею пресс-службой МНИИРС
выпущены две брошюры — «Точка отсчета биографии: 1927—1946» и «Этапы становления: 1927—1992».
Юбилей стал поводом для укрепления сотрудничества МНИИРС с редакцией нашего журнала, который
впервые в масштабе целого номера предоставляет свои страницы для публикации статей ведущих специалистов
Московского НИИ радиосвязи. По существу этот содержательный тематический номер — своеобразная презен-
тация работ института, реклама его творческого потенциала.
В статьях представлены некоторые аспекты проведенных коллективом и внедренных, а также перспективных
разработок. В целях целостности материала, удобства его усвоения в тексте оставлен ряд терминов, привычных
для сотрудников МНИИРС, но не принятых в литературе по электросвязи («уплотнение» каналов и др.).
Кураторы номера — лауреат Государственной премии, заместитель директора МНИИРС В. И. Могучее,
лауреат Ленинской премии, ученый секретарь института Н. Н. Несвит, начальник отдела научно-технической
информации и патентоведения К. И. Алипов, пресс-референт дирекции института Л. И. Воронкова.
Редколлегия выражает благодарность всему авторскому коллективу за оперативную, высококачественную
подготовку статей для публикации и плодотворное сотрудничество, а лауреату Государственной премии директо-
ру НИИ А. В. Лисину — за поддержку идеи подготовки этого номера и реальную помощь в его выпуске.
УДК 621.396.1
ЭТАПЫ СТАНОВЛЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
МОСКОВСКОГО НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО
ИНСТИТУТА РАДИОСВЯЗИ
А. В. Лисин
Одно из старейших предприятий отечественной про-
мышленности средств связи — Московский научно-ис-
следовательский институт радиосвязи — широко известен
в России и за ее рубежами своими разработками
в различных радиотехнических областях. В числе первых
предприятий он приступил к созданию систем космиче-
ской связи и, в частности, спутниковой.
Располагая высоким научно-техническим потенциа-
лом, коллективом высококвалифицированных специали-
стов, передовой производственно-технологической базой,
эффективными вычислительными комплексами, МНИИРС
стал лидером в разработке и изготовлении больших
систем и аппаратурных комплексов спутниковой радио-
связи в интересах обороны, правящих структур, эконо-
мики страны и международного сотрудничества.
На творческом счету МНИИРС
— различные системы связи с искусственными спутни-
ками Земли (ИСЗ) «Молния-1», «Молния-3», «Радуга»,
«Космос»;
— ретрансляторы для ИСЗ и абонентские земные
станции (ЗС) фиксированной связи, подвижной связи
и непосредственного телевизионного вещания (НТВ);
— системы космической связи с пилотируемыми кораб-
лями «Союз» и станцией «Мир»;
— отечественная система морской спутниковой связи
« Волна»-И НМАРСАТ первого этапа;
— системы передачи информации и бортовая аппара-
тура для исследования околоземного пространства и Луны;
— специальные высокоэффективные многолучевые ан-
тенны (МЛА) и антенные фазированные решетки
(ФАР) для ИСЗ и подвижных объектов;
— комплекс аппаратуры для обработки сигналов на
борту ИСЗ и многостанционного доступа.
Сегодня МНИИРС проводит исследования и разработ-
ки новых систем космической и спутниковой связи и
аппаратурных комплексов для них. Это системы специ-
альной и коммерческой связи; многоствольные ретрансля-
торы нового поколения с обработкой сигналов на борту;
8
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
радиостанции различного назначения. Ширятся совмест-
ные разработки с зарубежными фирмами.
* * *
История Московского НИИ радиосвязи начиналась так.
Заводик, который впоследствии стал радиозаводом
союзного значения, находился в двадцатых годах в арен-
де у предпринимателя Винклера и размещался на Боль-
шой Угрешской улице Москвы. Предприятие располагало
тогда 70 единицами металлообрабатывающего обору-
дования и небольшой литейной мастерской. Работало
на заводе 130 человек. Разнообразие станков и кустар-
ная мастерская позволяли выпускать относительно
сложные запасные узлы и детали для станков текстиль-
ного производства, а главное, здесь уже началось изго-
товление радиотелефонных наушников.
Арендатор завода обанкротился и был вынужден
в апреле 1927 г. бросить предприятие. Его опечатали,
а рабочие пополнили армию безработных,' находившихся
на учете на бирже труда. В июне 1927 г. из уволенных
с завода сформировались инициативная группа, добивав-
шаяся его пуска, и коллектив «Профрадио».
В начале сентября 1927 г. Мосгорисполком принял
решение о придании завода по Б. Угрешской улице, в
качестве филиала, заводу «Красный металлист», отно-
сившемуся к числу предприятий, носивших наименова-
ние «Коллектив безработных» (отработав установленный
срок — шесть месяцев — рабочий возвращался на бир-
жу труда, а на его место приходил другой). Администра-
ции завода удавалось постепенно увеличивать штат по-
стоянно работающих, и к 1929 г. переменный состав
был сведен к минимуму.
1 ноября 1927 года газета «Рабочая Москва» (№ 250)
сообщила об организации коллектива по выпуску громко-
говорителей. Этот день стал начальным в биографии
Московского НИИ радиосвязи.
В то время страна и, в частности, Москва, ее приго-
роды остро нуждались в дешевой радиоаппаратуре.
На «Профрадио» возложили ее изготовление и установ-
ку, в первую очередь, с целью радиофикации квартир.
Выпуск репродукторов и их ремонт силами заводчан
принесли коллективу известность. Но всесоюзное значе-
ние завод приобрел позже, когда впервые в СССР начал
производить аппаратуру для радиотрансляционных узлов.
В журнале «Радиолюбитель» за 1929 год была
опубликована реклама «Профрадио». Предлагался боль-
шой перечень товаров: трансляционные узлы на 50—
400 абонентов, телеграфные и телефонные передатчи-
ки — длинноволновые и коротковолновые, рупорные и
диффузные громкоговорители, конденсаторы переменной
емкости, радиодетали. Развернулось производство детек-
торных и ламповых приемников, из них надо отметить
пятиламповый типа 1-V-2, предназначенный для обслужи-
вания аудиторий до 200 человек.
В апреле 1929 г. завод со всем оборудованием пере-
ехал в помещение бывшей кроватной фабрики по адре-
су: Большая Калитниковская, дом 65 (близ знамени-
того «Птичьего рынка»). На этом месте и расположен
неузнаваемо разросшийся, теперь всемирно известный,
Московский НИИ радиосвязи.
В завод влились сборочная мастерская и Государст-
венные технические мастерские (Гостехмас), производив-
шие радиодетали и приемники с питанием от сети
переменного тока. К моменту объединения на заводе
работало 450 человек, программа его на 1930 год
оценивалась в 3 млн. рублей. «Профрадио» считался
одним из ведущих коллективов в отрасли. В Гостехмасе
штат составлял уже 1200 человек, выпуск детектор-
ных приемников — 30 000 шт. в год, различных радио-
деталей — на общую сумму 2 млн. рублей.
Объединенный коллектив размещался на 2000 кв. мет-
ров, имелись 86 единиц оборудования, два двухэтаж-
ных и два одноэтажных корпуса.
В феврале 1930 г. «Профрадио» перевели в ведение
треста «Мосэлектропром», а 1 ноября 1930 г.— в систему
Наркомата связи СССР и переименовали в Радиоза-
вод № 2. Здесь уже трудились высококвалифицирован-
ные специалисты, были значительные наработки в об-
ласти радиопромышленности и радиофикации. Началось
строительство трехэтажного корпуса. С 1931 г. завод
выпускал мощные усилители (типов УП-2, УП-3, затем
У-ЗН, У П-6, У П-7, УП-8), в том числе для звукового
кино и театров.
К 1937 г., с окончанием строительства, завод приоб-
рел соответствующий своему времени облик, стал един-
ственным в стране предприятием по выпуску усилите-
лей до 1500 Вт для крупных радиоузлов, специаль-
ной радиотрансляционной аппаратуры, оборудования для
фототелеграфа. Была изготовлена усилительная аппара-
тура для военных кораблей; по заданию наркома свя-
зи, в целях повышения эффективности работы почты
в Москве, создана система громкоговорящей диспетчер-
ской связи, с охватом всех звеньев почтовой сети го-
рода.
Радиозаводы сыграли важную роль в годы Великой
Отечественной войны. Завод № 2 был передан в Глав-
радиопром (конец июля 1941 г.) и числился уже под но-
мером 695, почтовый ящик 241. Осуществлялась пере-
стройка на выпуск военной продукции. Ему было по-
ручено производство связной радиоаппаратуры, в которой
остро нуждался фронт. Начались разработка и серий-
ный выпуск малогабаритных коротковолновых радиопере-
датчиков «Джек» для разведчиков, приемопередающих
станций для десантных войск, а также массовый вы-
пуск основанных на радиотехнических принципах мино-
искателей.
В сентябре 1941 г. с помощью частично изготовлен-
ной на заводе оснастки (более 1000 наименований)
было собрано 1500 миноискателей; для них использо-
вались и детали, например контура, из отобранных
у населения в связи с войной приемников. Завод изго-
товлял тысячами в сутки детали для автоматов ППШ,
ружей и пр. Работники предприятия занимались противо-
воздушной обороной, сваркой «ежей», устанавливаемых
на улицах, рыли противотанковые рвы, строили укрепле-
Первые разработки МНИИРС: репродуктор, радиоприемник
«Дорожный», самолетная радиостанция «Дуб».
Фото М. Логинова
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
9
На фронте Великой Отечественной войны.
Миноискатели, которые МНИ И PC выпускал в годы войны
(из фондов ЦГАМИ)
ния вокруг Москвы, дежурили в госпиталях, трудились
на лесозаготовках. 100 тыс. рублей из зарплаты были
отчислены на строительство танковой колонны «Москва».
15 октября 1941 г. ритм работы завода был нарушен:
немцы прорвали оборону на подступах к столице.
16-го выдали расчет, зарплату за месяц вперед, справку
об откомандировании с предприятия. Вышло решение об
эвакуации завода в Красноярск. В первую очередь было
отправлено все, что связано с производством миноиска-
телей. Вместо Красноярска после месяца пути вагоны
попали в Томск, где была собрана первая партия
миноискателей из задела.
В ноябре 1941 г., ввиду резкого улучшения положе-
ния на фронте, вышло распоряжение о восстановлении
производства миноискателей в Москве. На базе оставше-
гося оборудования вновь был создан завод № 695.
Осуществлялся серийный выпуск передатчиков РСИ-ЗА
для самолетной радиостанции «Орел», аппаратуры связи
для военных кораблей и танков, радиоуправляемых фу-
гасов, комплектов контрольно-испытательных прибо-
ров для нужд фронта. Темпы выпуска постоянно нара-
щивались. Завод и после окончания войны' продолжал
изготовлять «военную» продукцию (за исключением ми-
ноискателей).
Имена погибших в годы войны сотрудников завода
высечены на обелиске, установленном на территории
МНИИРС.
В июле 1946 г. на базе завода был создан Научно-
исследовательский институт радиосвязи НИИ-695 с опыт-
ным заводом. Открылась новая #ркая страница в исто-
рии предприятия, значение работ и престиж которого
возрастали из года в год.
Последним директором завода и первым директором
НИИ был А. М. Ротенберг.
* * *
Становление НИИ пришлось на трудные послевоен-
ные годы. Только что окончилась война, страна остро
нуждалась в средствах радиосвязи, в частности, для
подвижных объектов различного назначения. С момента
создания институт вел работы но следующим направ-
лениям: радиовещательные и автомобильные приемники;
системы связи и станции для подвижных объектов
(самолетные, морские и др.); системы коротковолновой
связи.
В числе первых разработок — отечественный детектор-
ный приемник «Комсомолец», автомобильный приемник
А-695, приемник для автомобиля ЗИМ.
В области технологической связи предприятием была
разработана серия самолетных УКВ и ДЦВ станций
(«Клен», «Дуб», «Дуб-5», «Эвкалипт» и др.). Это направ-
ление в течение двадцати лет (до середины шестидесятых
годов) являлось основным в институте. Разработан-
ные станции до настоящего времени выпускаются серий-
но и устанавливаются практически на всех самолетах.
Другое направление — корабельные станции («Кипа-
рис», «Акация», «Эвкалипт-К») и станции для наземных
объектов («Ясень», «Гранат», «Вишня», «Вершина», «Ми-
моза»).
В пятидесятых годах значительную роль играли раз-
работки в области коротковолновой дальней радиосвязи
(«Планета»). Проводились также другие научно-исследо-
вательские работы, в процессе которых предприятие
одним из первых в стране применило широкополосные
сигналы с фазовой манипуляцией в качестве средства
борьбы с многолучевым распространением. Как продол-
жение этих работ к началу семидесятых годов была
создана система правительственной связи с подвижны-
ми объектами на коротких волнах «Мажор», существен-
но расширившая возможности этого важного вида пе-
редачи информации по радио.
С увеличением номенклатуры изделий возрастали и
их стоимость,"точность исполнения, тщательность регу-
лировки. Создание аппаратуры, удовлетворяющей требо-
ваниям времени, было сопряжено с коренным измене-
нием технологии производства. Стали широко применять-
ся печатные схемы, микросхемы. Сложился крепкий,
преданный делу коллектив, сложились традиции, на пред-
приятии трудилось много талантливых инженеров и уче-
ных. Оно было полностью готово к выполнению особо
важных заданий.
* * *
Работы по обеспечению связи с космическими аппа-
ратами начались на предприятии с самого начала косми-
ческой эры, открывшейся 4 октября 1957 г., когда весь
мир всколыхнула весть о том, что в СССР запущен
искусственный спутник Земли. Уже в 1958 г. изготавли-
вались радиомаяки «Планета» для первых советских
спутников и лунников. Была разработана и серийно
выпускалась бортовая аппаратура передачи сигналов
телеметрии «Сигнал», навигации «Пеленг» и телевизион-
ной информации с частотной модуляцией «Калина-3».
Эта аппаратура использовалась на значительной части
всех запущенных в нашей стране низколетящих ИСЗ.
В 1960 г. была создана аппаратура радиосвязи
для космонавтов «Заря», установленная вместе с аппа-
ратурой «Сигнал» и «Пеленг» на корабле «Восход»,
унесшем в космос 12 апреля 1961 г. Юрия Гагарина.
Работы в области связи с обитаемыми космически-
ми объектами прошли ряд этапов и до настоящего
времени составляют одно из важнейших направлений
деятельности института.
В эти годы был введен в строй большой, семиэтаж-
ный административно-лабораторный корпус, что позво-
лило существенно расширить масштабы работ, поднять
научно-технический уровень разработок. К ним подключа-
лись все новые коллективы предприятия.
в начале шестидесятых годов начались исследования
с целью организации систем спутниковой связи на ос-
нове активных бортовых ретрансляторов, размещенных
в аппаратах, вращающихся на низких и высоких ор-
битах, и земных станций для подвижных и стационар-
ных объектов.
Первый спутник связи «Молния-1» с активным ретранс-
лятором «Альфа», мощность излучения которого состав-
ляла 40 Вт в дециметровом диапазоне волн, был запу-
щен 23 апреля 1965 г. на высокоэллиптическую орбиту
с наклонением 65° и периодом обращения вокруг Зем-
ли, равным 12 ч. Запуск спутника «Молния-1» ознаме-
новал становление нового направления в отечественной
радиосвязи — спутниковой связи.
Выбор специфической орбиты спутника «Молния-1» оп-
ределялся различными факторами. Один из них — фактор
обеспечения необходимой зоны обслуживания: спутнику
2 Электросвязь № 1
10
ISSN. 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», HS 1, 1993
на высокоэллиптической орбите позволяют организо-
вать связь на большей части северного полушария,
а для нашей страны, имеющей огромные территории
на севере, это имело первостепенное значение.
Вслед за первым спутником были произведены запуски
еще трех: 14 октября 1965 г., 25 апреля и 20 октября
1966 г. Таким образом, четыре спутника «Молния-1» об-
разовали космическую группировку, обеспечившую воз-
можность организации круглосуточной связи одновремен-
но по двум стволам через спутники, находящиеся на
основной и сопряженной орбитах.
Сравнительно большая эффективная мощность излу-
чения ретранслятора спутника «Молния-1», которая с уче-
том коэффициента усиления антенны составляла около
2 кВт, позволила перейти к созданию не только отдель-
ных радиолиний, но и систем спутниковой связи, вклю-
чающих большое число ЗС, в том числе станции с малыми
антеннами.
Предприятие перешло в основном к решению конкрет-
ных задач по созданию новой аппаратуры радиосвязи
и ее элементов.
Практический интерес представляла реализация даль-
ней радиотелефонной связи и передачи программ Цент-
рального телевидения в районы Дальнего Востока, Си-
бири, Крайнего Севера, Средней Азии. На основе спут-
ника «Молния-1» эти задачи были успешно решены
в интересах Минсвязи (головной — НИИ радио) и
Минобороны (головной — МНИИРС).
Спутники «Молния-1» широко использовались для от-
работки различного рода специальных радиолиний, а
также для первых экспериментальных передач цветно-
го телевидения по системе «Секам» в рамках междуна-
родного сотрудничества с Францией.
Опыт эксплуатации систем связи со спутником «Мол-
ния-1» позволил предприятию выработать оптимальные
принципы построения национальной системы спутнико-
вой связи СССР и развить производственные мощно-
сти для создания необходимых технических средств.
В этот же период (1962—1975 гг.) были проведены
разработки систем связи на основе низколетящих ИСЗ
типа «Космос», использовавшихся, в силу специфично-
сти спутников, для решения частных задач.
Основные преимущества систем спутниковой связи —
большая пропускная способность, обеспечение глобаль-
ности связи и др.— обусловили их бурное развитие.
В 1970—1980 гг. институт работал над созданием
систем и технических средств, в сложившейся коопера-
ции предприятий, для национальной Единой системы
спутниковой связи, которая широко используется во всех
отраслях народного хозяйства, для обороны страны и
международного сотрудничества. В 1979 г. был завершен
первый ее этап на основе спутников связи на высоко-
эллиптической и геостационарной орбитах — «Молния-3»,
«Радуга», «Горизонт». С 1975 г. через спутники «Мол-
ния-3» организована линия прямой правительственной
связи Москва — Вашингтон в рамках соглашения о
сокращении стратегических вооружений.
В последнее десятилетие в МНИИРС создано множе-
ство систем и комплексов радиосвязи. Проводились раз-
работки второго и третьего этапов Единой системы спут-
никовой связи, специализированных систем передачи
информации. В частности, предприятие активно участво-
вало в создании международные систем спутниковой
связи ИНМАРСАТ (морской) и КОСПАС — CAPCAT
(космическая система местоопределения морских судов
и самолетов, потерпевших аварию).
Созданы многоствольные ретрансляторы и земные
станции для спутниковых метеорологических систем, ра-
диостанции спутниковой связи для различных подвиж-
ных объектов (самолетов, кораблей, поездов) с управляе-
мыми антенными системами. Разработаны абонентские
станции различных типов для спутниковой связи и не-
посредственного телевизионного вещания, аппаратура
кабельного телевидения.
московский
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ИНСТИТУТ РАДИОСВЯЗИ g
*
СИСТЕМЫ. РЕТРАНСЛЯТОРЫ, СТАНЦ1
ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ СЕТЕЙ ПЕРЕДО
РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ИНФОРМАЦИ
• 11
ПРОЦЕССОРЫ ОБРАБОТКИ СИГНАЛ
НА БОРТУ СПУТНИКОВ СВЯЗИ
•
УСТРОЙСТВА НА ОСНОВЕ HASjg
И МИКРОЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНОЛ»
Аварийные радиобуи космической системы
КОСПАС— CAPCAT, представленные на выставке МНИИРС.
Фото М. Логинова
Предприятие осуществляет работы по созданию ре-
трансляторов с системами обработки сигналов на борту
и многолучевыми антенными системами, что позволяет
реализовать высокую пропускную способность системы
связи, высокие помехоустойчивость и помехозащищен-
ность радиолиний, а также оптимально решить задачи
многостанционного доступа для малых абонентских стан-
ций.
Более подробно системы и устройства космической
и спутниковой связи описаны в помещенных ниже стать-
ях специалистов МНИИРС.
’л* 'к к
В Московском НИИ радиосвязи создана современ-
ная мощная технологическая база микроэлектроники,
включая специализированные БИС, акустоэлектроники,
оптической передачи. Сегодня МНИИРС — предприя-
тие высокой культуры, производящее практически всю
радиоаппаратуру, необходимую для земных радиостан-
ций и бортовых ретрансляционных комплексов, с высо-
ким ресурсом работы в открытом космосе.
В институте сложился коллектив высококвалифици-
рованных научных и инженерно-технических работников.
Если в пятидесятые годы здесь было всего два-три кан-
дидата технических наук, то сегодня более 150 докторов
и кандидатов наук. 'За последние 20 лет зарегистри-
ровано 854 изобретения сотрудников МНИИРС. В част-
ности, можно отметить, что в 1949 г. — на год раньше,
чем за рубежом, А. М. Шаровским была разработана
высокоэффективная технология производства печатных
плат для монтажа радиоаппаратуры (авторские свиде-
тельства № 80734 и 80738). В 1954 г. Н. Т. Петровичем
был предложен новый вид модуляции — относительная
фазовая модуляция — ОФТ (авторское свидетельство
№ 106407), признанная во всем мире и широко исполь-
зуемая в современной радиосвязи.
Для подготовки научных кадров в МНИИРС орга-
низованы: аспирантура по специальностям 05.12.02 и
05.12.21; специализированный Совет по защите диссер-
таций на соискание ученой степени кандидата техни-
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», Н9 1, 1993
11
ческих наук; базовая кафедра № 331 при Московском
институте радиоэлектроники и автоматики.
МНИИРС издает научно-технические сборники «Техни-
ка средств связи».
В разные годы Московский НИИ радиосвязи подчи-
нялся: Госкомитету по радиоэлектронике (1963—1965),
Министерству радиопромышленности (1965 -1974), Мини-
стерству промышленности средств связи (1974—1989),
Министерству связи СССР (1989—1991), с 1991 г. —
Министерству промышленности Российской Федерации.
Вклад предприятия в создание новейших систем
связи отмечен многими правительственными наградами.
За особо выдающиеся заслуги в разработке новой тех-
ники пять сотрудников МНИИРС стали лауреатами
Ленинской премии, 13 — лауреатами Государственной
премии, около 1000 — награждены орденами и медалями.
В 1971 г. коллектив Московского НИИ радиосвязи
за успешную организацию производства новой техники
был награжден орденом Трудового Красного Знамени,
в 1975 г. за создание специальной системы спутнико-
вой связи — орденом Ленина.
Сегодня, оценивая пройденный предприятием путь,
мы воздаем дань уважения и глубокой благодарности
ветеранам, стоящим у истоков отечественной радиосвязи.
Много сделали для становления отечественной спутни-
ковой и космической связи директора МНИИРС Л. И. Гу-
сев, Ю. С. Быков, А. П. Биленко, главные конструк-
торы М. Р. Капланов, Ю. Н. Матвеев, В. И. Могучее,
Л. Н. Волков, Н. Н. Несвит, В. А. Есин, М. С. Немиров-
ский, И. Д. Богачев, В. И. Мещеряков, С. П. Дубоно-
сов, А. Г. Орлов, Г. А. Норкин, В. Г. Баранов,
А. В. Касаткин и многие другие.
* * *
А жизнь продолжается. Возникают все новые пробле-
мы, и соответственно генерируются новые идеи. МНИИРС
Радиостанция спутниковой связи «Корадис».
Фото М. Логинова
Фрагмент экспозиции, подготовленной к 65-летию МНИИРС
видит свои задачи в оптимальном сочетании работ по
созданию спутниковых систем связи государственного
назначения и различных специализированных информаци-
онных систем в интересах промышленности, бизнеса,
культуры.
Актуальными задачами представляются:
совершенствование и развитие Единой системы спут-
никовой связи в направлении удовлетворения потребно-
стей различных служб в помехозащищенной надежной
связи, на основе запуска эффективных ИСЗ нового по-
коления и портативных, удобных в эксплуатации земных
станций различных типов;
создание систем непосредственной связи корреспонден-
тов по принципу «каждый с каждым» через спутнико-
вый ретранслятор, который оснащен аппаратурой обра-
ботки и коммутации каналов (радио — АТС) и много-
лучевой антенно’й, что создает условия для организа-
ции связи посредством портативных абонентских станций
и специализированных фиксированных спутниковых си-
стем;
в части подвижной спутниковой связи — создание
спутников с высокой пропускной способностью для
различных подвижных объектов как на геостационарных,
так и на эллиптических орбитах для обеспечения гло-
бальной связи, с оснащением ретрансляторов многолу-
чевыми антеннами для обеспечения портативности або-
нентских станций и многократного использования выде-
ленного диапазона волн путем пространственной селек-
ции; осуществимо построение комбинированных каналов
спутниковой связи и сотовых систем.
Многообещающее направление — использование ма-
ловысотных спутников-ретрансляторов на круговых поляр-
ных орбитах. МНИИРС на основе накопленного опыта
интенсивно проводит разработки, которые позволят реа-
лизовать глобальную связь абонентов с весьма малы-
ми носимыми станциями.
Наконец, в области радиовещательной спутниковой
службы предприятие видит свои задачи в создании
многоствольных ретрансляторов для непосредственного
телевизионного вещания, оснащенных многолучевыми и
зоновыми антеннами для организации многопрограммно-
го телевидения в выделенном диапазоне 12 ГГц (точки
стояния геостационарных спутников: 23°Е, 44°Е, 74° Е,
110°Е, 140°Е). Возможно создание спутников НТВ с уче-
том интересов всех стран СНГ.
Наряду с ретрансляторами коллектив успешно работа-
ет над созданием высокочувствительных приемников
абонентских устройств и аппаратуры кабельного теле-
видения.
Сложные проблемы поставили перед коллективом
Московского НИИ радиосвязи экономическая реформа
и конверсия.
2 *
12
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», 1, 1993
Сложившаяся структура МНИИРС хорошо приспособ-
лена к разработке крупных систем спутниковой связи
по государственному заказу. Централизованная струк-
тура тематических подразделений требует слаженного
труда больших коллективов разработчиков, специализи-
рующихся в различных областях техники радиосвязи
и работающих под единым научным руководством.
Преимущества такой организации предприятия проде-
монстрированы при разработке Единой системы спутни-
ковой связи, систем правительственной связи, специаль-
ных систем для Минобороны.
При госзаказах невысока норма прибыли и ограни-
чен фонд заработной платы, что снижает экономиче-
скую привлекательность труда для сотрудников пред-
приятия. Заказчики же крупных коммерческих систем
связи в настоящее время отсутствуют. Поэтому долго-
срочным целевым направлением техноэкономической поли-
тики предприятия должна быть разработка систем свя-
зи «двойного применения», т. е. в расчете на специаль-
ные и коммерческие цели. При этом ноу-хау, появляю-
щиеся при создании специальных систем, должны ис-
пользоваться и яри построении коммерческой час^и
системы.
Актуальной задачей является разработка действующей
коммерческой системы (подсистемы) спутниковой связи,
совладельцем которой будет МНИИРС. Для покупате-
лей может быть существенно повышена привлекатель-
ность земных станций нашего производства благодаря
возможности быстрого включения их в эксплуатацию.
В результате могут проводиться работы по наращиванию
коммерческих систем, с привлечением средств малых
заказывающих организаций, и, следовательно, по рас-
ширению номенклатуры коммерческих линий связи.
Важным стимулом для эффективной работы будет
приватизация МНИИРС по второму варианту, за кото-
рый высказался коллектив предприятия, с возможно-
стью выкупить контрольный пакет акций.
Проблем много. Научных, технических, экономических.
И решить их в наше сложное время непросто.
Однако опыт, накопленный поколениями МНИИРСов-
цев, имеющиеся научно-технический задел и новые пер-
спективные разработки позволяют с уверенностью смот-
реть в будущее. Ведь современные информационные и
связные системы нужны нашей стране, как воздух,
нужны практически для всех отраслей промышленно-
сти. для обороны страны, для науки, образования,
культуры.
УДК 621.396.94G
СИСТЕМА РАДИОСВЯЗИ С ПИЛОТИРУЕМЫМИ
КОСМИЧЕСКИМИ КОРАБЛЯМИ
История. Пути совершенствования
В. И. Мещеряков
Вот уже более 30 лет развивается система связи космо-
навтов с Центром управления полетами на Земле, та самая
система, которую миллионы людей помнят под позывным
«Заря», в течение многих лет раздававшимся из космоса.
Первой системе радиосвязи, обеспечивавшей полеты
Ю. А. Гагарина и его последователей, было присвоено
именно это название.
Система была разработана специалистами Московского
НИИ радиосвязи под руководством главного конструкто-
ра Ю. С. Быкова, директора предприятия Л. И. Гусева
и начальника отделения С. Н. Лосякова. Предприятие
считает предметом своей гордости то, что эта связь в те-
чение долгих лет не прерывалась даже на короткое время.
Система радиосвязи с пилотируемыми кораблями много-
кратно усложнялась, видоизменялась в соответствии со
все возрастающими потребностями космонавтики.
В первой системе «Заря» были применены прогрессив-
ные для того времени решения — УКВ ЧМ и КВ AM,
что позволяло использовать оба эти диапазона как для
связи, так и для пеленгации и поиска спускаемого ап-
парата или космонавта. Произвольная ориентация ко-
рабля в космосе, необходимость использования спасатель-
ных международных частот, а также обеспечения связи
с самолетами и вертолетами группы поиска обусловили
выбор УКВ диапазона, решение о квазиизотропности ха-
рактеристик бортовых антенн и применение наземных ан-
тенных систем с поляризационно-независимыми характе-
ристиками.
Длительность связи была мала, и по мере накопления
опыта полетов этот недостаток выявлялся все отчетли-
вее, однако технических решений, позволяющих значи-
тельно увеличить время связи, реально не существовало.
Обычно применительно к орбитальным полетам в ходу
понятие «процент времени связи» (ПВС), что соответству-
ет отношению времени связи к длительности одного витка;
при первых полетах этот ПВС составлял примерно 10 %.
Существуют практически три способа увеличения ПВС:
развитие сети наземных и корабельных УКВ станций;
совершенствование аппаратуры и методов КВ связи; связь
с помощью спутников-ретрансляторов (СР).
Увеличение числа морских корабельных станций, при
разумных затратах на их строительство и эксплуатацию,
не могло дать существенного возрастания ПВС; на связь
через СР в ту пору никто не рассчитывал. Коротковолно-
вой связи придавалось большое значение, хотя уверен-
ности в ее надежности не было, поскольку космический
аппарат двигался и ниже, и выше, и внутри ионосфер-
ного слоя F, что существенно изменяло механизм даль-
него распространения радиоволн.
Для решения возникших проблем был проведен большой
комплекс работ с привлечением организаций Академии
наук СССР, Министерства связи СССР и других ведомств.
В результате удалось достичь реальной вероятности КВ
телекодовой связи 56 % (ПВС по витку), что является
немалой величиной. Дальнейшее увеличение непрерыв-
ности КВ связи вызвало серьезные трудности, которые
не позволили использовать ее в качестве основного сред-
ства; она выполняла функции резервной связи и задачи
пеленгации. Между тем, методы и техника космической
КВ связи с орбитальными объектами получили существен-
ное развитие.
Для увеличения надежности КВ радиосвязи были пред-
ложены: работа одновременно на нескольких частотах;
прием сигналов на Земле группой разнесенных по разным
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», HS 1, 1993
13
Первый главный конструктор системы радиосвязи с космонавтами
Герой Труда, лауреат Ленинской премии, доктор технических
наук профессор Юрий Сергеевич Быков
концам страны КВ центров; эффективные для борьбы со
станционными помехами и замираниями методы модуляции
и избыточного кодирования; повышение эффективности
излучения путем автоматического согласования меняю-
щихся под влиянием ионизации окружающей среды ха-
рактеристик бортовых антенн и пр.
Передача с борта велась одновременно на трех часто-
тах (в районах 10; 15; 20 МГц) одновременно на четыре —
шесть центров, оборудованных направленными антеннами;
применялись: так называемая линейно-частотная модуля-
ция в полосе порядка 30 кГц; 11-значные коды Баркера
с последетекторной сверткой на линии задержки, выпол-
ненной на магнитном барабане, мажоритарный код 21/11
с исправлением двух ошибок.
Результаты летных испытаний станции («Салют-1.»,
«Салют-3») показали, что разработанная система обеспе-
чивает примерно 56 %-ную вероятность приема, что было
немалой величиной для столь тяжелых условий. Не уда-
лось реализовать эффективное согласование характе-
ристик бортовых антенн и окружающей их плазмы, что
не позволило получить еще более высокие результаты.
Необходимо упомянуть и разработанную МНИИРС ра-
диотелеметрическую КВ систему «Сигнал» (передатчик,
16-канальный телеметрический шифратор с широтно-им-
пульсной модуляцией), в течение многих лет устанав-
ливавшуюся на многих пилотируемых и непилотируемых
космических объектах. Аппаратура оперативной теле-
метрии позволила получить приблизительно 30 %-ную
вероятность слухового приема с индексом качества
/? >3 и 60 %-ную с 1?>1.
Эта же КВ аппаратура успешно выполняет задачи
дальней КВ пеленгации спускаемых космических аппара-
тов, что особенно важно при аварийных посадках или
при запланированных посадках в отдаленных местах. Та-
кие посадки предусматривались, в частности, при спусках
лунных кораблей в Индийский океан, когда для пеленга-
ции, наряду с гражданскими и военными средствами,
с успехом применялись КВ радиотелескопы Академии
наук СССР.
В дальнейшем и эта роль КВ системы, очевидно, посте-
пенно уменьшится в силу введения в строй международной
спутниковой системы поиска «КОСПАС — САРСАТ», ра-
диопередатчик которой будет, по-видимому, устанавли-
ваться на спускаемых пилотируемых космических аппа-
ратах.
Таким образом, КВ системы, сыграв существенную
роль в период становления космонавтики, с развитием
''путниковой связи существенно уступают свои позиции.
Однако и системы спутниковой связи все еще не полно-
стью обеспечивают потребности пилотируемого полета,
что объясняется рядом технических сложностей. Работы
в этом направлении велись почти непрерывно с начала
60-х годов. К концу 70-х годов они завершились созданием
действующего макета бортовой станции «Лента», испы-
танной в полевых условиях при работе с СР «Молния».
При массе всего комплекта аппаратуры, включая антен-
ны, 30—90 кг обеспечивалась передача со скоростью
0,1...6 кБод — в условиях отбора мощности всего
ствола СР.
Практическая реализация связи пилотируемой косми-
ческой станции через СР оказалась возможной в середине
80-х годов (станция «Мир»), когда удалось достичь не-
обходимой точности ориентации спутников-ретранслято-
ров, сконструировать достаточно большие антенны косми-
ческих станций, используя для их наведения бортовые
ЭВМ. Этот путь, несмотря на существенные трудности,
является единственно перспективным для резкого увели-
чения продолжительности связи с пилотируемыми кораб-
лями и станциями (см. рисунок).
В ближайшие годы специалистами Российского НИИ
космического приборостроения (КП) совместно с НПО
«Энергия» должна быть решена задача спутниковой связи
для космических кораблей малого класса типа «Союз-ТМ».
Вскоре после проведения первых пилотируемых полетов
начались разработки долговременно действующих в космо-
се базовых станций. На основе аппаратуры кораблей
«Союз» была создана станция /Салют». Системы связи
«Аврора» и ЗаряЗ», установлен !ые на станциях этого
класса, различались весьма существенно, однако обе они
были созданы исходя из знаний и опыта, накопленных
при полетах «маленьких» кораблей («Восток», «Союз»).
Практика же полетов долговременных орбитальных стан-
ций («Салют-1» — «Салют-6») быстро показала, что
подход к конструированию систем связи для них должен
быть несколько иным
Дело в том, что с увеличением длительности полетов
на станции выросла интенсивность обмена информацией
между космонавтами и Центром управления. Это стало
причиной создания телеграфной системы «Строка», кото-
рая была изготовлена в короткие сроки на базе уже раз-
работанного к тому времени специального бортового
печатающего рулонного аппарата. В качестве бортовых
модемов применены узлы серийной аппаратуры канал о-
образования П-314, тональные электромеханические
фильтры с полосой ±4 Гц для передачи команд со-
матического включения и выключения аппарата на борту.
В качестве тракта передачи использовались комбини-
рованные радио- и наземные ТЧ каналы.
Сравнительные характеристики различных контуров егязи Центра
управления полетами с пилотируемыми космическими кораблями.
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
Аппаратурный комплекс радиостанции «Заря-К», устанавливав-
шейся на морских кораблях для связи с экипажами космических
аппаратов (шестидесятые годы)
Опыт эксплуатации системы «Строка» в течение многих
лет по УКВ и КВ радиоканалам показал ее высокие экс-
плуатационные качества.
С увеличением продолжительности полетов выявилось
также, что ремонт аппаратуры экипажем — обязатель-
ное условие ее длительной работы; такое требование было
тогда новым и непривычным для конструкторов космиче-
ской техники. Аппаратура связи на долговременных орбик-
тальных станциях оказалась в этом смысле «на высоте»,
и при необходимости замена блоков легко выполняется
космонавтами за несколько минут.
Длительная эксплуатация таких элементов, как гарни-
туры, шнуры, их соединяющие, в условиях космического
полета приводит к частым обрывам, замыканиям цепей
и т. п. Возникает ряд специфических требований к аппа-
ратуре. Например, недопустимо, чтобы преобразователи
служили одновременно источниками напряжения еще для
каких-то цепей или необратимо выходили из строя при
коротких замыканиях в этих цепях.
Выяснилось также, что космонавты испытывают неко-
торое физическое и психологическое неудобство от необ-
ходимости постоянно вести связь в гарнитурах, даже при
относительной тишине на станции. В условиях невесомо-
сти гарнитура не падает с головы, а как бы соскальзы-
вает при движении человека под действием инерцион-
ности своей массы и массы шнура. Поэтому задача умень-
шения массы гарнитуры, используемой при длительных
полетах в космосе, стала весьма актуальной.
Для работы при относительной тишине были разработа-
ны почти втрое облегченные гарнитуры — массой до
150 г. Однако этого оказалось недостаточным. При про-
ведении регулярных полетов грузовых кораблей «Про-
гресс» возникла потребность в выполнении длительных и
физически тяжелых работ по разгрузке и загрузке, ко-
торые неудобно выполнять с надетой на голову гарнитурой,
соединенной проводом со станцией.
Появилась потребность в беспроводной связи космо-
навта с Землей. Космонавт был снабжен специально соз-
данной радиостанцией, которая все же, будучи предназна-
ченной для размещения, совместно с батареей питания,
на «домашнем» костюме космонавта, оставалась недо-
статочно малой, чтобы не причинять ему неудобств.
Кроме того, такая индивидуальная радиостанция работает
на гарнитуру, что также в ряде случаев оказывается не-
удобным. Организация для космонавта не только бес-
проводной, но и безгарнитурной связи была сопряжена со
значительными трудностями из-за относительно неболь-
шого в акустическом смысле объема станции.
Тем не менее, эта задача была решена. Телезрители
видят, как космонавты разговаривают с Землей без шлемо-
фонов, пользуясь лишь миниатюрными радиомикрофонами.
Первый бортовой рулонный печатающий аппарат станции «Салют»
(семидесятые годы)
Проведение работ в открытом космосе потребовало спе-
циальных радиостанций для скафандров космонавтов. На
первых этапах была создана аппаратура «Зарница»,
обеспечивавшая радиосвязь и передачу телеметрической
информации о состоянии человека и аппаратуры (всего
16 параметров) с точностью 3—5 %. Частотная модуля-
ция телефонного сигнала осуществлялась на кварцевый
задающий генератор через варикап, а AM модуляция —
на буферные каскады. Впервые в космической аппара-
туре связи приборы были герметизированы, что позво-
лило разместить их в кислородной среде скафандра.
Масса всей аппаратуры составила около 2,5 кг.
В 80-е годы при создании станции «Мир», для связи
выходящих в открытый космос экипажей, была разрабо-
тана и успешно эксплуатируется в составе скафандра
«Орлан-Д» радиостанция «Корона».
Постоянная работы орбитальных станций потребовала
большего времени связи с Землей, что повлекло за собой
увеличение времени излучения в УКВ диапазоне. Это
привело к возникновению взаимных помех с радиослужба-
ми промышленно развитых стран Европы, где используется
тот же частотный диапазон, что поставило на повестку
дня проблему координации частот. Следует признать, что
вопрос использования лишь международно признанных
частот не нашел полного разрешения и сегодня.
Длительная работа орбитальных станций еще в 70-е го-
ды вызвала к жизни так называемую медицинскую
связь — не засекреченную, но в определенной мере скры-
тую от нежелательного для космонавтов прослушивания
их разговоров с медиками или семьями. Такая связь осу-
ществлялась методом инвертирования низкочастотного
спектра в местах приема и передачи. Преимущество этого
способа, кроме простоты, заключается в том, что линей-
ный контроль связи — ее наличия, уровней и т. п.— прак-
тически не нарушается; все участники работы слышат, что
звучит человеческая речь, но смысл ее понимают только
двое — космонавт и врач (или член семьи) на Земле.
При осуществлении пилотируемых полетов с самого
начала большое значение придавалось записи и хранению
на борту речевой информации. Разработано несколько об-
разцов аппаратов — маленький записывающий и музы-
кальный, кассетный и некассетный, с записью на проволоке
и на ленте. Все они созданы на базе оригинальных дви-
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
15
Пультовая связь с экипажем на Байконуре. Идет предстартовая проверка связной аппаратуры космического корабля программы
«Союз» — «Аполлон» (1975 год)
гателей, характеристики их непрерывно улучшались и про-
должают совершенствоваться.
Между тем, разработчик этой аппаратуры — Киевское
НПО «Маяк» — так и не сумел пока добиться необходи-
мой безотказности своих аппаратов.
Как уже упоминалось, на рубеже 60-х и 70-х годов появи-
лась система связи «Аврора», в которой, наряду с новыми
решениями по осуществлению КВ телекодовой связи,
впервые была реализована телефонная связь в цифровом
режиме в УКВ диапазоне. При выборе основополагаю-
щих решений учитывался уровень развития техники воко-
дерного и прямого дельта-преобразователя речи в цифро-
вую форму.
Вокодерные преобразователи, хотя и соответствовали
при передаче речи узкополосным стандартным каналам,
были очень громоздки. Поэтому отдано предпочтение ме-
тоду дельта-преобразования с передачей по радиоканалу
относительно широкополосного, до 25 кБод, сигнала.
При трансляции телефонной информации по наземным
стандартным каналам применялось вокодерное преобра-
зование с переходом к восстановленному НЧ сигналу
на стыке радио- и проводного каналов; качество сигнала
оставалось удовлетворительным.
Особой главой в развитии космонавтики явилась про-
грамма «Союз» — «Аполлон» (1972—1975 гг.), потребо-
вавшая проведения значительных работ по обеспечению
связи. Выяснилось, что у обеих сторон нет автономно
действующей системы сближения (для измерения дально-
сти и взаимной скорости между кораблями), бортовая
аппаратура корабля «Союз-М» была дополнена специаль-
но разработанным комплексом радиосвязи «Ветка», в со-
став которой введен американский приемоответчик, раз-
работанный по программе Apollo. Оказалось необходи-
мым объединить сети наземных комплексов управления
обеих стран.
Реализация перечисленного, появление крупного, хо-
рошо оснащенного Центра управления полетами, введение
режимов цифровой связи — все это было дополнитель-
ными стимулами для завершения начатых ранее работ по
частичной автоматизации процесса ведения телефонной
связи с космонавтами. Разработки позволили создать
аппаратуру, предназначенную для управления всеми комп-
лексами наземных средств из Центра управления полетами.
Работы получили свое завершение в 80-е годы. Создан-
ный в эти же годы бортовой радиосвязной комплекс
корабля «Буран» успешно вписался в общую систему
связи с космонавтами.
В настоящее время вся космонавтика, как и ее система
связи, переживают не лучшие времена. Общее тяжелое
экономическое положение усугубляется рядом конкретных
обстоятельств.
Дело в том, что наземный УКВ комплекс системы физи-
чески устарел и поддержание его в нужной степени готов-
ности становится все более затруднительным. В то же
Фрагмент комплекса управления связью с космонавтами
в Центре управления полетами
16
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
время переход на использование спутникового контура
управления через СР «Альтаир» происходит достаточно
медленно и, как показал опыт эксплуатации станции
«Мир», связь в качестве одной из основных жизнеобеспе-
чивающих систем в контуре оказывается по своей надеж-
ности пока что неконкурентоспособной по сравнению со
связью на УКВ.
Недостаточное финансирование ставит перед российской
космонавтикой трудную дилемму — либо в ближайшее
время лишиться УКВ контура связи, что грозит дальней-
шим падением динамики жизни космонавтов на орбиталь-
ной станции «Мир», и ограничиться одним только кон-
туром связи через СР «Альтаир», либо изыскивать сред-
ства на разработку и реализацию УКВ контура связи,
который в этом случае мог бы выполнять роль постоянно
действующего второго, резервного, контура.
Представляется, что решение об использовании двух та-
ких контуров связи является в наших условиях единствен-
но разумным, и задача специалистов — выработка наи-
более эффективного и экономичного варианта их реали-
зации.
Связь при выходе космонавтов в открытый космос,
беспроводная связь внутри всех отсеков орбитальной стан-
ции, связь космических кораблей между собой, связь с
Центром управления полетами — все это функции систе-
мы, к началу 80-х годов ставшей многофункциональной
и географически распространенной на суше и в акватории
океанов. Система используется, кроме того, для пеленгации
спускаемых аппаратов, в качестве спасательных радио-
средств, для передачи электрокардиограмм и биотеле-
метрических параметров экипажа, для управления астро-
платформами, пакетного обмена между бортовыми и на-
земными ЭВМ и, наконец, для вспомогательной системы
стыковки космических кораблей с орбитальной станцией.
В дальнейшем связь с Центром управления будет все
в большей мере осуществляться через геостационарные
спутники-ретрансляторы. Радиосвязь внутри космических
аппаратов, около них и между ними обеспечит жизне-
деятельность космонавтов, качественно совершенствуясь,
комплексируясь с будущими системами управления и
местоопределения скафандров космонавтов, в том числе,
будем надеяться, и на Марсе.
Невозможно перечислить всех специалистов, внесших
существенный вклад в создание и совершенствование опи-
санной системы связи, однако нельзя, говоря о ней, не
упомянуть имен учителей — лауреатов Ленинской премии,
Героев Труда профессора Юрия Сергеевича Быкова и
члена-корреспондента Академии наук Бориса Евсеевича
Чертока.
ЛИТЕРАТУРА
1. Быков Ю. С. Нити космической связи // «Известия», 21.01.69.
2. Лосяков С. Н. Принципы построения помехоустойчивых радио-
линий связи с ИСЗ // Вопросы радиоэлектроники.— 1966.—
Сер. X.— Вып. 4.
3. Тепляков И. М. Принципы построения радиолиний телекодовой
связи с низколетящими ИСЗ в диапазоне коротких волн //
Вопросы радиоэлектроники.— 1966.— Сер. X,— Вып. 4.
4. Мещеряков В. И. На орбите — содружество // Радио.— 1975.—
№ 10.
Получено 6.10.92
УДК 621.391.15
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ И МЕТОДЫ МНОГОСТАНЦИОННОГО
ДОСТУПА: ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПРОБЛЕМЫ РЕАЛИЗАЦИИ
М. С. Немировский, Л. Н. Волков
В истории создания отечественных спутниковых систем связи
(ССС) Московский НИИ радиосвязи занимает ведущие позиции.
Коллективом ученых и инженеров института разработан первый
ретранслятор для ИСЗ «Молния-1» и на его основе созданы
первые спутниковые системы связи и вещания, решающие как
народнохозяйственные, так и оборонные задачи страны. В этих
системах использован метод многостанционного доступа, осно-
ванный на частотном разделении. Ретрансляторы ИСЗ «Мол-
ния-1» были относительно просты и строились в основном
как преобразователи частоты. В более современном ретрансляторе
для ИСЗ «Радуга» впервые осуществлено преобразование
разнесенных по частоте сигналов, принимаемых от различных
станций, в единый, уплотненный по времени групповой сигнал.
Здесь уже наметился первый шаг к созданию ССС с обработкой
сигналов в ретрансляторе.
Большое достижение института — создание ССС с полной
обработкой (до выделения информации) в ретрансляторе
сигналов, принимаемых по нескольким сотням направлений
связи. Близкие решения только разрабатываются для реализации
в некоторых перспективных зарубежных системах связи.
Введение. Новое направление в разработке перспективных
ССС основано на использовании в ретрансляторе, наряду с об-
работкой сигналов, многолучевых антенн, обеспечивающих зональ-
ное обслуживание (30). В отличие от методов с интегральным
обслуживанием (ИО), когда вся обслуживаемая часть поверх-
ности Земли освещается одной общей приемной (передающей)
антенной, при 30 эта область разбивается на ряд парциальных
зон, каждая из которых обслуживается спутником отдельно.
Парциальные зоны могут обслуживаться либо одновременно (па-
раллельное 30), либо по очереди, одна за другой (последова-
тельное 30).
Применяются и смешанные способы 30, когда все множество
парциальных зон разбивается на блоки, причем внутри блока
используется один вариант обслуживания, а между блоками —
другой. Например, все блоки могут обслуживаться параллельно,
а зоны внутри блока — последовательно. Возможно и обратное:
блоки — последовательно, а все парциальные зоны, входящие
в каждый блок,— параллельно. Осуществлены и всевозможные
сочетания методов 30 — по входу и выходу ретранслятора (по
приему на ретрансляторе и передаче с него).
Как будет показано ниже, методы МСД с 30 позволяют в
ряде случаев повысить эффективность использования энергетиче-
ского потенциала спутниковых радиолиний, причем это повыше-
ние по порядку величины эквивалентно увеличению пропускной
способности (ПС) таких линий в N раз, где N — число парциаль-
ных зон, на которые разбивается вся область обслуживания.
Поскольку рост числа N лимитируется только сложностями ап-
паратурной реализации, на этом пути имеются принципиально
неограниченные возможности улучшения использования энер-
гетического потенциала.
Зональное обслуживание позволяет также более эффективно
эксплуатировать полосу частот, отведенную для спутниковой свя-
зи. Это достигается путем повторного использования частот при
обслуживании неперекрывающихся зон. Кратность повторного
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», H° 1, 1993
17
использования частот пропорциональна величине N, так что и
здесь имеются принципиально неограниченные возможности по-
вышения эффективности использования спектрального ресурса,
лимитируемые только сложностью аппаратурной реализации.
Этими положениями и определяется повышенный интерес к
зональным методам обслуживания, а также тот факт, что все
проектируемые сегодня перспективные ССС базируются на ме-
тодах многостанционного доступа (МСД) с 30. Соответствующий
круг вопросов рассматривается в настоящей статье.
Энергетические характеристики методов МСД с 30. Для оцен-
ки этих характеристик целесообразно все виды информации,
транслируемой по спутниковым каналам, разделить на два клас-
са — циркулярная и индивидуальная. Под циркулярной по-
нимаем информацию, предназначенную сразу всем станциям сети,
а под индивидуальной — лишь одной из них. Типичный пример
циркулярной информации — телевизионные или радиовеща-
тельные сообщения; циркулярной является и значительная часть
информации управления ССС. Подавляющая часть информации
связного обмена между станциями сети — индивидуальная.
Отметим, что при трансляции циркулярной информации 30
никакого энергетического выигрыша не обеспечивает. Поэтому
при рассмотрении типичной для связных задач ситуации будем
полагать, что вся циркулирующая в сети спутниковой связи ин-
формация — индивидуальная. Кроме того, анализируя энерге-
тические характеристики методов МСД с 30, примем, что по
объему передаваемой и принимаемой информации (по суммарной
нагрузке и трафику) все парциальные зоны идентичны; вопрос
о возможностях перераспределения ПС между отдельными пар-
циальными зонами будет рассмотрен отдельно.
Начнем с рассмотрения энергетической эффективности 30 по
приему на ретрансляторе. Заметим вначале, что требуемая эф-
фективно изотропно излучаемая мощность (ЭИИМ) земной стан-
ции PG3 с среди прочих величин зависит также от объема инфор-
мации, передаваемой этой станцией в единицу времени С3 с;
относительной длительности временного окна, выделяемого для
приема ретранслятором информации от этой станции г, и коэф-
фициента усиления приемной антенны ретранслятора GnpM:
PG3.e=aC3/(rGnpM), (1)
где а — некоторый коэффициент пропорциональности. Появле-
ние в (1) величины г связано со стремлением учесть случай
использования последовательного 30 по входу ретранслятора,
когда для приема сигналов из каждой парциальной зоны от-
водится 1/TV-я часть всего времени работы, так что r=\/N.
Произведем теперь на основании (1) сравнение требуемой
ЭИИМ ЗС при интегральном и зональном обслуживании. Резуль-
таты сведены в табл. 1, в которой для каждого из фигурирующих
в ней параметров за единицу принято их значение при интег-
ральном обслуживании. Кроме того, здесь рассматривается идеа-
лизированная ситуация, когда площадь каждой парциальной
зоны ровно в N раз меньше площади всей области обслуживания
и соответственно GnpM при переходе к 30 возрастает тоже в
N раз.
Данные таблицы показывают, что последовательное 30 по
входу ретранслятора даже в идеале не дает никакого энергети-
ческого выигрыша. С учетом же реально возникающих допол-
нительных потерь, вызванных усложнением бортовой аппаратуры,
неизбежных при переходе к 30, следует ожидать проигрыша в
несколько децибел.
Наоборот, использование параллельного 30 по входу ретрансля-
тора обеспечивает энергетический выигрыш на линии вверх,
потенциально в N раз. Если учесть, что значение N может на
практике достигать порядка 100, станет ясно, сколь существенен
источник совершенствования характеристик ССС, о котором
здесь идет речь.
Рассмотрим теперь линию вниз с целью определения энерге-
тической эффективности 30 по выходу ретранслятора. Базовым
здесь служит соотношение, определяющее величину требуемой
приведенной добротности приемной системы ЗС:
G/T3.c=bCn_3/P6n3Gnpjlr, (2)
где b — некоторый коэффициент пропорциональности; Сп 3 —
объем информации, подлежащий передаче в каждую парциальную
зону в единицу времени; Рб п 3 — мощность бортового передатчи-
ка, используемого при передаче информации в парциальную зону;
Опрд — коэффициент усиления бортовой передающей антенны
иг — относительное время передачи информации в одну из
парциальных зон.
На основании (2) и при идеализации, аналогичной принятой
выше, произведен расчет, результаты которого сведены в табл. 2.
Таким образом, на линии вниз оба варианта 30 (параллельное
и последовательное) обеспечивают потенциально TV-кратный энер-
гетический выигрыш, т. е. являются весьма эффективным спо-
собом решения таких задач, как значительное повышение ПС
системы или резкое упрощение ЗС и т. п.
Повторное использование частот при МСД с 30. При органи-
зации связи с различными, территориально не слишком близкими
друг к другу парциальными зонами МСД с 30 позволяет при-
менять одни и те же рабочие частоты, чем достигается повыше-
ние эффективности использования выделенной полосы частот.
Поясним это положение подробнее.
Пусть имеются две ССС, одна с ИО, а другая с параллельным
30 по входу или выходу ретранслятора. Пусть пропускные спо-
собности С обеих систем одинаковы. Во второй системе весь
поток со скоростью С разбивается на W парциальных потоков,
каждый со скоростью Cn=C/N. Причем каждый парциальный
поток передается в свою (из своей) парциальную зону. Если при
этом одни и те же рабочие частоты используются в М зонах, то
общее число различных частот должно составлять k—N/M. Ве-
личина М представляет собой коэффициент повторного примене-
ния частот и показывает, во сколько раз повышается эффектив-
ность использования полосы частот при 30.
Естественно, что одни и те же рабочие частоты не могут быть
применены в соседних парциальных зонах из-за возникновения
интерференции сигналов, поступающих в эти зоны (из этих зон).
Возможность возникновения интерференции определяется тем об-
стоятельством, что антенны, освещающие отдельные зоны
(парциальные антенны), не могут иметь идеальных «П-образ-
ных» диаграмм направленности (ДН), полностью исключающих
засветку ими других («не своих») зон; зоны, соседние со «своей»,
засвечиваются ими весьма интенсивно, а остальные — в зависи-
мости от расстояния от «своей» зоны и уровней боковых лепестков
парциальных антенн.
Если считать число зон достаточно большим, то можно ут-
верждать, что число k различных рабочих частот при 30 не может
быть меньше четырех. В противном случае пришлось бы ра-
ботать на одинаковых частотах в соседних парциальных зонах,
что недопустимо. Последнее утверждение основывается на мате-
риалах, относящихся к решению известной математической проб-
лемы, так называемой «задачи о красках». Она формулируется
следующим образом: пусть задана произвольная плоская геогра-
фическая карта с нанесенными на ней отдельными государст-
вами; требуется доказать, что для того чтобы раскрасить от-
дельные государства так, чтобы соседи всегда имели разные цвета,
необходимо и достаточно четырех красок. Хотя в полном объеме
эта задача сегодня и не решена, сформулированное утверждение
доказано в достаточно широких для наших целей предполо-
жениях.
Проиллюстрируем возможность работы с использованием че-
тырех групп частот конкретным примером. Здесь и ниже будем
Таблица 1 Таблица2
Вид 30 ^прм с ьз.с г РСз.с Вид 30 Спз ^б.п.з Спрд г С/Т-з.с
Параллельное Последова- I 1 1 /JV Параллельное Последователь- l/^ 1/N 1 1/tf
тельное 1 1/W 1 ное 1/tf 1 \/N 1/W
3-19
18
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
рассматривать гексагональное размещение парциальных зон. На
плоскости такое размещение строится следующим образом: вна-
чале покрывают всю плоскость равносторонними треугольни-
ками; потом строят окружности с центрами во всех вершинах
треугольников и с радиусами, равными 2/3 высот этих треуголь-
ников (три окружности, с центрами в вершинах каждого тре-
угольника пересекаются в его центре). Каждый из построенных
таким образом кругов и представляет собой парциальную зону
(рис. 1). Использование такого разбиения на парциальные зоны
определяется двумя обстоятельствами: удобством формирования
ДН парциальных бортовых антенн, с помощью которых про-
исходит освещение круглых зон, и тем фактом, что гексагональ-
ная решетка обеспечивает полное покрытие плоскости мини-
мальным числом кругов данного диаметра.
В случае спутниковой связи такую гексагональную решетку
кругов должны образовывать ДН парциальных антенн, точнее го-
воря, зоны на сфере с центром на спутнике, освещаемые этими
антеннами. Тогда, с точки зрения плотности потока мощности у
Земли (потока, приходящего из каждой зоны на спутник), все
зоны оказываются практически идентичными, а парциальные зоны
на поверхности Земли — неодинаковыми: площади зон, приле-
гающих к границам области обслуживания, могут значительно
превосходить площадь зоны, содержащей подспутниковую точку.
Описанное размещение парциальных зон именуется гексаго-
нальным, поскольку с каждой зоной здесь непосредственно сосед-
ствует шесть других. Если требовать, чтобы только соседние зоны
имели различные рабочие частоты, то оказывается достаточным
множество всего из k—З рабочих частот. Соответствующее рас-
пределение частот и представлено на рис. 1. В этом варианте одни
и те же частоты, хотя и не повторяются в соседних областях,
повторяются в зонах, отстоящих друг от друга менее чем на диа-
метр зоны. Такого пространственного разноса, как правило,
оказывается недостаточно, поскольку не удается обеспечить не-
обходимую крутизну скатов и подавление боковых лепестков ДН
парциальных антенн.
Обычно между зонами с повторяющимися частотами требуется
обеспечить расстояние не менее двух диаметров зоны. Точнее,
необходимо таким образом установить рабочие частоты в парци-
альных зонах, чтобы одинаковых частот не имели не только
соседние зоны, но и никакие два «соседа» любой из зон (т. е. чтобы
частоты не повторялись через зону). Поскольку в гексагональной
решетке каждая зона соседствует с шестью другими, ясно, что
для выполнения сформулированного требования придется увели-
чить k минимум до 7 (рис. 2).
Таким образом, коэффициент повторяемости частот М обычно
не может превосходить
M=N/7. (3)
Это означает, что заметная экономия частотного спектра за
счет параллельного 30 может быть достигнута только при числе
парциальных зон, большем 10... 15. Тем не менее, поскольку зна-
чения N на практике могут доходить до сотни, вполне реально
получить улучшение использования выделенной полосы частот на
порядок по сравнению с вариантами МСД с ИО.
Выше было показано, что при параллельном 30 может быть
обеспечено многократное повторное использование рабочих частот
и тем самым резкое улучшение загрузки выделенной полосы
частот. Последовательное 30 указанным достоинством не об-
ладает. Де-то в том, что, поскольку скорость передачи информации
в этом случае повышается, расширяется и полоса частот, кото-
рая должна быть выделена для обслуживания каждой зоны, до
тех значений, которые применяются при ИО. С другой стороны,
так как обслуживание разных зон производится на непере-
крываюшихся временных интервалах, нет смысла менять частоты
при переходе из одной зоны в другую.
Отметим, что хотя выше для простоты говорилось об устране-
нии интерференции между зонами путем выбора различных рабо-
чих частот, в действительности же все сказанное относится к лю-
бым другим известным способам обеспечения ортогональности
сигналов. В частности, в сочетании с развязкой по частоте можно
применять разделение по поляризации, что позволяет удвоить
число используемых групп параметров.
Обеспечение гибкости при МСД с 30. Под гибкостью системы
связи понимают наличие в ней возможности перебрасывать ре-
сурсы ПС с одних направлений на другие в соответствии с изме-
нением нагрузки и трафика. В системах с ИО никаких проблем при
такой переброске не возникает, поскольку здесь весь ресурс до-
ступен всем пользователям и на любом направлении может быть
использована та его часть, которая в данный момент оказывается
необходимой. При переходе к 30 ситуация существенно меняется:
передача ресурса ПС от одной, менее нагруженной парциаль-
ной зоны к другой, более нагруженной, сопряжена уже с опреде-
ленными техническими проблемами и поэтому на практике реали-
зуется, как правило, со значительными ограничениями.
Отметим, что гибкость системы связи представляет собой ве-
личину, которая может быть прямо пересчитана в ПС: ведь в
действительности потребителя интересует не гипотетическая ПС,
достижимая при идеализированном равномерном распределении
нагрузки, а лишь та, которая фактически реализуется на практике
при реальных разбросах нагрузок и трафиков отдельных пар-
циальных зон; если система обладает малой гибкостью, то при-
ходится увеличивать ее суммарную ПС, чтобы обеспечить при-
емлемое качество обслуживания на наиболее напряженных на-
правлениях. И, наоборот, при повышении гибкости системы
можно снизить ее суммарную ПС без ущерба для потребителя.
Для ССС гибкость особенно важна в связи с огромными раз-
мерами областей обслуживания, соизмеримых с поверхностью
всей Земли. В такие области попадают зоны,резко различающиеся
по населенности, а следовательно, и величине нагрузки. Эти
области охватывают много часовых поясов, так что в течение су-
ток зоны наибольшей нагрузки перемещаются по области об-
служивания.
По отмеченным причинам гибкость ССС, достижимая при тех
или иных методах МСД,— одна из важнейших характеристик
этих методов, стоящая в одном ряду с ПС. Между тем, в теории
связи не разработаны количественные методы оценки гибкости,
хотя это и вполне реальная задача. Поэтому говорить о гибкости
приходится исключительно на качественном уровне.
Рассмотрим общий случай МСД с 30, когда 30 используется
как по приему, так и по передаче. Пусть на приеме реализовано
Мпрм, а на передаче А/прд парциальных зон. Текущее состояние
сети связи характеризуется следующим набором чисел: ПС из
каждой зоны на приеме Спрмг-для всех I от 1 до А(прм; ПС в каждую
зону на передаче Спрд/- для всех / от 1 до (VlipM; перекрестные ПС
между зонами С,-, представляющие собой ПС каналов связи,
организованных между ей зоной на приеме и j-й на передаче.
Для этих чисел должны выполняться следующие соотношения:
сумма всех для каждого i должна составлять Спрм а для
каждого / — Спрд сумма всех С £- должна совпадать с суммой
всех Спрд/-; они представляют собой полную ПС сети Сс. Во всех
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
19
случаях следует считать полную ПС сети ограниченной. Гибкость
системы проявляется в возможностях изменения всех остальных
приведенных выше числовых параметров; при этом сформулиро-
ванные соотношения между ними конечно должны сохраняться.
Изменение Спрм/ и Спрд/- зависит от изменения энергии сигналов,
принимаемых из /-й парциальной зоны или передаваемых в
/-ю зону. Поэтому гибкость, связанную с изменением этих пара-
метров, будем называть энергетической. В отличие от этого изме-
нение перекрестных ПС не связано с перераспределением энер-
гии, а определяется только коммутационными возможностями
ретранслятора; соответствующую гибкость будем именовать ком-
мутационной.
Энергетическая гибкость особенно легко реализуется при после-
довательном 30: необходимо просто изменять распределение
времени работы между зонами. Порядок и длительность освещения
отдельных парциальных зон определяет структуру цикла экспони-
рования. Эта структура периодически повторяется через времен-
ной интервал Т^, именуемый длительностью цикла экспониро-
вания. Сам цикл разбивается на кадры экспонирования; в тече-
ние каждого кадра экспонируется одна парциальная зона. Увели-
чивая длительность одних кадров и сокращая длительность дру-
гих, обеспечивают энергетическую гибкость в сети, причем
принципиально легко изменить ПС, используемую в интересах не-
которой зоны от нуля до максимально возможной величины.
При параллельном 30 обеспечение энергетической гибкости
оказывается технически гораздо более сложной задачей. Чтобы
это уяснить, необходимо вначале представить себе типовую струк-
туру бортового оборудования при параллельном 30. На приемной
стороне организуется /V м антенн (лучей), освещающих каждый
свою парциальную зону; каждый луч подключается к своему
приемному тракту. Пропускная способность для /-Й зоны по прие-
му ограничивается только полосой пропускания (ПП) i-го тракта
F
1 прм г
По передаче создается также МПрД дучей, причем на каждый из
них работает свой передатчик; ПС в интересах /-й зоны по пере-
даче принципиально ограничивается мощностью /-го передатчика
Р, и его полосой пропускания Гпрд /• Ясно, что перераспределение
мощности между различными передатчиками представляет собой
достаточно сложную техническую задачу. На возможных путях
ее решения остановимся ниже. Сейчас же отметим лишь, что
если она и решается, то с весьма значительными ограничениями,
которые соответственно снижают гибкость систем с параллельным
30. Существенные трудности возникают и при реализации про-
цедур изменения полос пропускания FnpM t и Япрд Здесь важнее, од-
нако, другое обстоятельство: всякое отклонение от равномер-
ного распределения полос между парциальными зонами означает
сокращение возможности повторного использования частот и,
следовательно, приводит к снижению эффективности использо-
вания выделенной полосы частот. В частности, если требуется
предельная энергетическая гибкость, заключающаяся в возмож-
ности сосредоточить всю ПП сети Сс в одной зоне, повторное
использование частот вообще исключается.
Таким образом, приходим к важному выводу; реализация
энергетической гибкости при МСД с 30 противоречит требованию
эффективности использования полосы частот; чем выше гибкость,
тем хуже используется выделенная полоса частот. При полной
энергетической гибкости такая эффективность для МСД с 30
оказывается принципиально такой же, как и при ИО.
Остановимся теперь на вопросах обеспечения коммутационной
гибкости. Целесообразно выделить два вида коммутации: закреп-
ленная и по требованию абонента. Закрепленная коммутация
устанавливается на более или менее длительное время по коман-
дам, передаваемым на ретранслятор соответствующими органами
управления системы и изменяется или по соответствующему рас-
писанию или по решению этих органов. В отличие от этого, ком-
мутация по требованию абонента реагирует на каждый посту-
пивший запрос абонента или прекращение им связи, перерас-
пределяя соответствующим образом бортовые ресурсы. Техниче-
ская сложность последнего варианта, естественно, значительно
выше, поскольку при коммутации не должно быть помех действую-
щим связям.
С точки зрения способа реализации коммутации информацион-
ных потоков на борту, различают коммутацию на радио- и видео-
частоте. В первом случае коммутируются модулированные радио-
сигналы, поступающие на вход ретранслятора; во втором — эти
сигналы сначала демодулируются, коммутируются в цифровой
форме, а затем вновь модулируют несущие, излучаемые ретранс-
лятором в парциальные зоны.
В зависимости от варианта 30 (параллельное, последователь-
ное или смешанное) сигналы отдельных абонентов на входе рет-
ранслятора отличаются либо несущими частотами, либо времен-
ным положением Соответствующих информационных пакетов в
кадре экспонирования по приему, либо и тем и другим вместе.
Поэтому коммутация по радиочастоте сводится в общем случае
к фильтрации поступающих из отдельных парциальных зон моду-
лированных несущих и их перераспределению между парциаль-
ными зонами, организованными по передаче. Причем это пере-
распределение должно быть в общем случае динамическим, т. е.
допускающим многократные изменения за время цикла экспони-
рования, так, чтобы каждый информационный пакет был направ-
лен соответствующему адресату. Коммутация же по видеочастоте
сводится лишь к соответствующему формированию содержания
цифровых сообщений, транслируемых в каждую зону с борта, из
сообщений, поступивших на его вход.
При коммутации по радиочастоте (в отличие от коммутации
на видео) практически невозможно задержать тот или иной пакет
сообщения, а следовательно, и менять пакеты местами или
трансформировать скорости их передачи. Как следствие, коммута-
ции по радиочастоте присущи следующие недостатки: возникают
ограничения по вариантам 30, которые могут быть использованы
по входу и выходу ретранслятора (фактически должны приме-
няться одинаковые виды 30); практически исключается возмож-
ность коммутации по требованию абонента, поскольку каждая
коммутация затрагивает работу большого числа (если даже не
всех) абонентов. Коммутация по видеочастоте свободна от этих
недостатков.
Поэтому коммутация на радиочастоте применяется лишь в тех
случаях, когда она способствует значительному упрощению ап-
паратуры, по сравнению с коммутацией по видео. Следует иметь
в виду, что такое положение имеет место далеко не всегда. Ко-
нечно, коммутация по видео сопряжена с усложнением аппарату-
ры ретранслятора: приходится использовать большое число де-
модуляторов и сложный цифровой коммутатор. Однако и ком-
мутаторы по радиочастоте представляют собой сложные устрой-
ства и притом аналогового типа, с множеством различных гетеро-
динных частот, сложных фильтров и т. п. Сравнительная их
сложность может быть установлена лишь в результате сравнения
в каждом конкретном случае.
Для пояснения описанных принципов приведем некоторые кон-
кретные примеры. Пусть для некоторой сети выбран метод МСД с
30, причем по приему и передаче используется N= 16 парциальных
зон и параллельное 30, а на борту реализуется коммутация по
радиочастоте. Опишем подробнее построение сети при выбранном
методе МСД.
Весь выделенный для линии вверх участок диапазона частот
можно разделить на четыре полосы и каждую из них использо-
вать четыре раза: два — с одной поляризацией и два — с противо-
положной. Таким образом создано восемь групп параметров, что
позволяет повторно применять частоты на расстоянии порядка
двух диаметров зоны. Совершенно аналогично строится и ис-
пользование частот на передаче, так что в системе каждая полоса
повторяется четыре раза. Для коммутации на борту каждая из
отмеченных выше полос частот должна быть разделена не менее
чем на 16 подполос. Идея заключается в том, чтобы на линии
вверх земные станции, желающие передать информацию в первую
парциальную зону, вели бы эту передачу на рабочих частотах,
лежащих в первой подполосе полосы частот, выделенной для зоны
их размещения, а для передачи во вторую зону — во второй
подпол осе и т. д.
Следовательно, коммутация на борту должна сводиться к фильт-
ровому разделению 16-ти подполос на выходах каждого из 16-ти
бортовых приемников и перегруппированию образовавшихся
256 подполос в 16 новых групп, предназначенных для передачи
по 16 подполос в каждой группе. Кроме того, должно быть осу-
ществлено необходимое гетеродинирование, сдвигающее все под-
полосы каждой группы передачи так, чтобы они образовывали
полосу, выделенную для передачи информации в данную парци-
альную зону.
3
20
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
Число nz- подполос, принятых из i-й парциальной зоны и пере-
данных в /-ю — эквивалент введенных выше величин С/;. При
принятых в рассматриваемом примере числовых значениях пара-
метров, если требуется поддерживать связь между любыми па-
рами зон, остается лишь один вариант: п{~\. Однако, если не
требовать обязательного наличия связи между любой парой зон,
то можно в широких пределах варьировать межзоновыми ПС.
Если, тем не менее, такой уровень коммутационной гибкости не
удовлетворяет потребителя, придется увеличивать число подполос,
на которые разбивается каждая полоса; при этом сложность
коммутатора будет быстро возрастать (пропорционально квадрату
числа подполос).
В описанном варианте энергетическая гибкость отсутствует:
ПС из каждой зоны и в каждую зафиксированы и не меняются.
Это обусловлено как сложностью технической реализации пере-
распределения мощности между передатчиками, работающими на
различные зоны, так и желанием обеспечить лучшее использова-
ние выделенной полосы частот.
Поскольку описана типовая структура, полезно привести од-
но утверждение, позволяющее упростить структуру коммутатора
по радиочастоте. Пусть в общем случае используется N парци-
альных зон и полоса частот, выделенная для каждой зоны по
приему, разбивается на М подполос (М не меньше А/). Перену-
меруем эти подполосы с помощью номеров rps, где s — номер
зоны по приему, ар — номер подполосы из полосы этой зоны.
Пусть заданы числа пг характеризующие требуемые ПС пере-
крестных связей (конечно, сумма этих чисел по i для каждого /
должна быть в точности равна М, т. е сумма ПС всех перекрест-
ных каналов, скоммутированных в данную парциальную зону,
должна быть равна ПС ретранслятора по передаче в эту зону).
Пусть в соответствии с требуемыми значениями л(-- произво-
дится коммутация подполос и формируются их группы для каждой
зоны по передаче. Состав каждой такой группы однозначно
определяется набором номеров подзон rps, попавших в эту группу.
Теперь может быть сформулировано интересующее нас утверж-
дение. При любых заданных значениях м(/- можно так назначить
номера подполос, отбираемых в каждую из групп, что среди них
по одному разу будут встречаться номера с каждым возможным
значением индекса р. Иначе говоря, в каждой группе будет один
раз встречаться первая подполоса, один раз вторая и т. д.
Такой выбор подполос позволяет существенно упростить гетеро-
динирование, необходимое для формирования общей полосы груп-
пы. Действительно, если разбиение всех полос на подполосы
сделать идентичным с точностью до сдвига и на выходе приемных
трактов свести все полосы путем гетеродинирования к одной и
той же полосе, то при способе отбора подполос, гарантируемом
приведенным выше утверждением, выбранные для каждой группы
подполосы в сумме образуют одну стандартную полосу, которую
уже легко гетеродинировать в участки спектра, выбранные для
передачи в каждую из зон.
В этом примере используется закрепленная коммутация. Со-
ответственно ПС перекрестных связей зафиксированы и не зависят
от поступающих от абонентов запросов на установление соеди-
нений. Поэтому если, например, все перекрестные каналы из
второй зоны в пятую в некоторый момент оказались занятыми,
то абонент второй зоны, вызвавший абонента пятой зоны, полу-
чит отказ, даже если во второй зоне по приему и в пятой по пе-
редаче есть свободные каналы.
Приведем теперь пример применения коммутации по видео-
частоте. Пусть по входу ретранслятора используется Агпрм = 16,
а по выходу Апрд=48 парциальных зон. По входу ретранслятора
реализуется параллельное 30, а по выходу смешанное: исполь-
зуется 16 блоков по три зоны в каждом блоке, причем блоки об-
служиваются параллельно, а зону внутри блока — последователь-
но. Все поступающие на вход ретранслятора сигналы демодули-
руются, декодируются и подаются на общий коммутатор, на вы-
ходе которого формируются цифровые последовательности, моду-
лирующие подлежащие передаче несущие.
Для сокращения числа трактов демодуляции ретранслятора
целесообразно предусмотреть работу на линии вверх нескольких
станций на каждой несущей частоте методом пакетной передачи
с временным разделением. Пусть, для определенности, из каждой
зоны предусмотрен прием 20 несущих со скоростью передачи ин-
формации на каждой 2 Мбит/с (порядка 60 стандартных кана-
лов по 32 кбит/с). Таким образом, общий объем информации,
принимаемой ретранслятором при полной загрузке всех каналов,
может достигать 640 Мбит/с, что соответствует приблизительно
20 тыс. стандартных каналов. В ретрансляторе должно демоду-
лироваться и декодироваться 320 несущих, что в 60 раз меньше
числа каналов: таков эффект от использования линии вверх па-
кетной передачи с временным уплотнением.
Скорость передачи информации на линии вниз для каждого
блока составляет 40 Мбит/с, причем распределение этой инфор-
мации между зонами, входящими в блок, может варьироваться в
очень широких пределах за счет перераспределения длитель-
ностей кадров в цикле экспонирования данного блока. Если в блоки
собраны зоны, расположенные, например, в различных часовых
поясах, то такое перераспределение (энергетическая гибкость)
может резко повысить эффективность использования системы.
В рассматриваемом примере обеспечена и предельная коммута-
ционная гибкость, так что проключение станции из ьй зоны в
/-ю возможно при наличии хотя бы по одному свободному каналу:
приема из i-й зоны и передачи в /-ю.
Проблемы аппаратурной реализации МСД с 30. Первую группу
составляют проблемы создания соответствующих бортовых антенн.
Для реализации последовательного 30 могут быть использо-
ваны антенные фазированные решетки с электрическйм управлени-
ем ДН. Однако создание нескольких лучей с помощью одной общей
решетки представляет собой достаточно сложную задачу, а реа-
лизация нескольких лучей с независимыми входами на одной
частоте и с одинаковой поляризацией волн для повторного
использования частот и вообще невозможно. Поэтому для парал-
лельного 30 чаще всего применяют зеркальные или линзовые
антенны с матрицей облучателей. Каждый облучатель матрицы
таким образом сдвинут относительно фокуса зеркала (линзы),
чтобы создавать луч в направлении своей парциальной зоны.
Во всех случаях важнейшая задача при создании таких ан-
тенн — обеспечение эффективных ДН для крайних, максимально
отклоняющихся от оси антенны лучей. Во-первых, для антенн с
апертурой, близкой к плоской, коэффициент усиления в максиму-
ме изменяется пропорционально cos Ф, где Ф — угол между
направлением луча и нормалью к апертуре. Для высоких спутников
этот фактор не имеет большого значения, поскольку при связи
с объектами на Земле модуль Ф<18°. Но для спутников на низких
орбитах, когда модуль Ф может приближаться к 90°, этот фактор
оказывается решающим, так что для перекрытия всего рабочего
телесного угла приходится брать несколько (обычно 6—7) ан-
тенн, плоскости апертур которых наклонны относительно друг
друга. В качестве альтернативы такому решению целесообразно
рассмотреть возможность применения в качестве антенны сфери-
ческой диэлектрической линзы со смещенными облучателями. Та-
кая конструкция способна создавать лучи, ДН которых не зависят
от направления.
Во-вторых, для типовых антенн коэффициент усиления в макси-
муме обычно заметно падает по мере отклонения соответствую-
щего облучателя от фокуса зеркала или линзы; одновременно
увеличиваются и уровни боковых лепестков ДН, что резко влияет
на возможности повторного использования частот. В связи с этими
обстоятельствами сегодня не удается реализовывать отклонение
лучей в многолучевых антеннах более чем на 5ФЛ, где Фч —
ширина ДН одного луча. В результате число зон N оказывается
ограниченным (около 60), а соответственно ограничен и выигрыш,
обеспечиваемый МСД с 30. По этой причине весьма актуальными
представляются работы по построению антенн, свободных от
этого недостатка.
Другая важная проблема связана с энергетической гибкостью
при параллельном 30 по передаче. Здесь проблематична возмож-
ность перераспределения мощности между сигналами, излучае-
мыми в различные парциальные зоны. Более очевидный вариант
решения этой проблемы — реализация на борту набора передат-
чиков различных мощностей с соответствующими переключателя-
ми, позволяющими подключать к лучам, ПС которых должна
быть увеличена, передатчики большей мощности. Технические
трудности и недостатки такого решения очевидны.
Другой вариант, предложенный для рассматриваемых задач
А. В. Табаковым и М. В. Голициным, заключается в использо-
вании общего передатчика для всех N лучей. Передатчик должен
состоять из N параллельных трактов усилителей мощности, на
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», MS 1, 1993
21
входе и выходе которых установлены матрицы Батлера, соответ-
ственно с N входами (выходами). Си! нал, подаваемый на каждый
вход, усиливается всеми (V усилителями передатчика, а коэф-
фициенты передачи звеньев матриц подобраны так, что при подаче
сигнала только на /-й вход передатчика выходной сигнал появ-
ляется только на /-м его выходе. Кроме того, пока соблюдаются
условия линейности усилительных трактов, уровень выходного
сигнала пропорционален входному. Таким образом, описанный пе-
редатчик допускает перераспределение мощности между своими
выходами путем изменения мощностей сигналов возбуждения на
соответствующих его входах, т. е. технически способ достаточно
прост.
Однако реализация описанной идеи также требует значи-
тельных усилий. Основные трудности связаны с исключением
перегрузок усилителей и ослаблением величины и влияния ком-
бинационных продуктов, неизбежных при прохождении через
общие тракты большого числа различных сигналов.
Следующую группу проблем образуют задачи синхронизации
работы земной станции (ЗС) при МСД с 30. Особенность синхро-
низации в данном случае заключается в том, что здесь ЗС в об-
щем случае не могут принимать свой ретранслированный сигнал,
а значит, и судить о его параметрах с целью их корректировки.
Поэтому в системах с 30, если требуется синхронная работа
станций, приходится прибегать к некоторой обработке сигналов
на борту.
Например, в системе с ИО синхронизация работы станций для
обеспечения пакетной передачи с временным разделением на об-
щей несущей (TDMA) может быть реализована силами самих
станций без всякой обработки на борту. При 30 соответствующие
сигналы синхронизации должны формироваться на борту и переда-
ваться в зоны размещения станций. Разработка способов форми-
рования этих сигналов и исследование статистической динамики
соответствующих систем регулирования представляются весьма
актуальными для рассматриваемой области техники.
Одна из сложнейших проблем, возникающая при 30,— пробле-
ма построения коммутационного оборудования, как по радио-, так
и по видеочастоте. Возникающие здесь технические задачи доста-
точно очевидны и не нуждаются в дальнейших пояснениях. Отме-
тим лишь, что сегодня в МНИИРС проводится специальная ра-
бота по созданию бортового коммутатора по видеочастоте для
высокоскоростных систем спутниковой связи с 30.
При организации связи в системах, где используется МСД
с 30, дополнительные проблемы возникают в связи с необходи-
мостью иметь данные о парциальных зонах, в которых разме-
щается каждая из ЗС. Такие данные могут быть неизменными
только для ЗС фиксированной службы при использовании ста-
ционарных спутников — ретрансляторов. Во всех остальных слу-
чаях и, особенно, при низких орбитах спутников эти данные
должны постоянно обновляться, причем зачастую силами и сред-
ствами самой системы связи.
С этой точки зрения целесообразно различать системы с ре-
гистрацией и с поиском ЗС. В первом варианте ЗС периодически
или при зафиксированном самой станцией факте перехода из
одной зоны в другую устанавливает связь с координирующей
станцией. Тот луч, по которому принимается бортом переданный
ЗС сигнал, и определяет номер парциальной зоны размещения
ЗС на текущий момент. Координирующая станция хранит эти
данные относительно всех станций сети и использует их при уста-
новлении соединений, запрашиваемых абонентами.
В варианте с поиском ЗС данные о местоположении станций
вообще не хранятся, но при поступлении запроса на установление
связи с некоторой фиксированной станцией сети координирующая
станция посылает вызов этой станции во все зоны. Обнаружив
такой вызов, ЗС передает ответ, что, как и выше, позволяет фикси-
ровать ее положение для организации и поддержания устанавли-
ваемого соединения.
Следует отметить, что во всех случаях для ЗС должна обеспе-
чиваться возможность самостоятельного (без поддержки коорди-
нирующей станции) выхода на режим приема сигналов со спутни-
ка. Если учесть, что в каждой парциальной зоне используются
свои рабочие частоты, а станция может не иметь априорных све-
дений о зоне своего размещения, то станет ясно, что указанная
задача не тривиальна. Если объект, на котором размещается
ЗС, способен определять свои географические координаты и если
на ЗС известны параметры, характеризующие движение спутника,
то зона размещения ЗС может быть найдена расчетным путем.
В противном случае ЗС не остается ничего, кроме как перебором
всех частот, используемых для трансляции сигналов координирую-
щей станции в различные парциальные зоны, найти ту из них,
в которой условия приема наилучшие. Считая именно эту зону
«своей», станция определяет и соответствующую частоту для
передачи информации на координирующую станцию. Проверяя
периодически качество приема на различных частотах, ЗС может
своевременно обнаруживать смену номера «своей» зоны.
Кроме описанных, возможны и многочисленные смешанные
варианты, а также различные алгоритмы поведения для каждого
из них. Исследование эффективности всех вариантов в зависи-
мости от условий функционирования системы — одна из важных
проблем, определяющих темпы внедрения перспективных методов
МСД с зональным обслуживанием в практику создания новых
систем спутниковой связи.
Заключение. Применение зонального обслуживания пред-
ставляет собой путь радикального улучшения использования
энергетических потенциалов спутниковых линий связи и выделен-
ных для их функционирования полос частот. Эффективность этих
методов ограничивается только сложностью аппаратурной реали-
зации, но уже сегодня удается обеспечить увеличение пропуск-
ной способности на порядок. Вопросы реализации многостан-
ционного доступа с зональным обслуживанием так же,как и спо-
собы повышения гибкости таких систем,заслуживают основатель-
ного теоретического и экспериментального изучения.
Получено 22.10.92
Хроника жизни НТОРЭС им. А. С. Попова
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ СЕТЬ
И ОПТИЧЕСКОЕ ВОЛОКНО
Итоги конференций в Ростове Великом
Научно-технические конференции «Ин-
теллектуальные сети» и «Оптическое
волокно — в дом: последняя миля»
(«ОСС-92»), состоявшиеся в сентябре
1992 г. в Ростове Великом, были посвя-
щены актуальным научно-техническим
проблемам в развитии ЕАСС, в том чис-
ле абонентским сетям на базе волоконно-
оптических средств передачи.
В конференциях, организованных Мо-
сковским городским правлением НТОРЭС
им. А. С. Попова и Центральным на-
учно-исследовательским институтом свя-
зи, приняли участие ученые и инжене-
ры страны, специализирующиеся в об-
ласти разработки и создания оптиче-
ских интеллектуальных сетей связи,
средств коммутации, фундаментальных
исследований взаимодействия оптиче-
ского излучения с кристаллическими
и полупроводниковыми структурами, то-
пологии абонентской сети с использо-
ванием ВОСП. Было заслушано 27 до-
кладов.
На пленарных докладах были обсуж-
дены основополагающие вопросы интел-
лектуализации сетей, развития ЕАСС и
абонентских участков. В частности, бы-
ли проанализированы возможности пре-
доставления основных услуг интеллек-
туальной сети абонентам аналоговых ГТС.
На конференции «Интеллектуальные
сети» было заслушано три доклада,
освещающих проблемы, связанные с реа-
лизацией концепции создания интеллек-
туальных сетей на базе телефонной се-
ти общего пользования (Н. А. Соколов —
ЛОНИИС, Ю. И. Филюшин, Л. В. Юрасо-
ва — ЦНИИС). В ходе острой дискус-
сии, возникшей после доклада д. т. н.
профессора Ю. В. Гайковича (ИПИ РАН),
был поднят ряд вопросов, касающихся
самого понятия «Интеллектуальная сеть»,
ее услуг и функциональных возмож-
ностей. Таким образом, как отметил
в заключительном слове Председатель
конференции д. г. н. профессор Л. Е. Ва-
ракин, основная цель, которую ставили
перед собой организаторы конферен-
ции — инициировать открытое и за-
интересованное обсуждение проблем со-
здания Интеллектуальной сети, «вызвав
огонь на себя» — была достигнута.
Участники конференции пришли к еди-
-нодушному мнению, что построение Ин-
теллектуальной сети представляет собой
ту область знаний, где может быть эф-
фективно использован научный потенци-
ал разработчиков в области связи, вычис-
лительной техники и информатики.
(Продолжение см. на с. 28)
22
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», Н9 1, 1993
УДК 629.783
СПУТНИКОВЫЕ РЕТРАНСЛЯТОРЫ СВЯЗИ: РЕТРОСПЕКТИВА,
ПРОБЛЕМЫ, ПУТИ РАЗВИТИЯ
А. В. Касаткин, А. Г. Орлов
Успешный запуск 4 октября 1957 года Советским
Союзом первого в мире искусственного спутника Земли
(ИСЗ «1С») открыл дорогу практической реализации
нового вида передачи информации по радио — спутниковой
связи. За короткое время она заняла прочные
позиции в организации линий многоканальной
телефонной связи, для многопрограммного
телевидения, высокоскоростного межмашинного обмена
данными в национальном, региональном и мировом
масштабах.
Важнейшая составная часть спутниковых радиолиний
связи — бортовые ретрансляторы (РТР).
РЕТРОСПЕКТИВНЫЙ ОБЗОР
В укрупненном плане обозначим три этапа развития
спутниковой связи:
1) разработка средств экспериментальной спутниковой
связи и их орбитальная проверка; исследование режимов
эксплуатации спутниковых радиолиний;
2) создание средств и систем связи для практической
эксплуатации;
3) совершенствование характеристик средств спутнико-
вой связи; расширение их эксплуатационных возмож-
ностей.
Этап первый: 1958 — 1964 годы.
За точку отсчета можно принять запуск 18 декабря
1958 г. в США первого экспериментального спутника связи
по программе SCORE (Satellite Communication RElay
system), за конец этапа — первый успешный запуск
19 августа 1964 г. на стационарную орбиту (СТО) экс-
периментального ИСЗ, выполненный американскими уче-
ными по проекту SYNCOM (SYNchronous COMmunica-
tion).
На этом этапе основные задачи в области организации
спутниковой связи сводились к следующим:
— изучение проблем, связанных с созданием и вы-
водом на орбиту активных (ИСЗ Score) и пассивных (ИСЗ
Echo, 12.08.60 г.*) спутников-ретрансляторов;
— отработка и испытание связной бортовой аппаратуры
(ИСЗ Courier, 04.10.60 г.);
— проверка работоспособности широкополосных линий
передачи телевидения и дуплексной многоканальной те-
лефонии (ИСЗ Telstar, 10.07.62 г.);
— проверка надежности и методов резервирования
бортовой ретрансляционной аппаратуры (ИСЗ Relay,
13.12.62 г.);
— исследование возможности непосредственного теле-
визионного вещания (ИСЗ Syncom).
За рубежом, в США, крупномасштабное изучение
проблем создания бортовых РТР велось на базе экс-
периментальных спутников названных шести типов [1].
В СССР исследования дальней космической связи на этом
этапе осуществлялись по программе «Космос», «Электрон»,
«Протон».
Этап второй: 1965—1975 годы.
Этап характеризуется созданием ряда эксплуатацион-
ных гражданских и военных систем спутниковой связи
(ГССС и ВССС), действующих и по настоящее время.
Этап начался запуском в США 6 апреля 1965 г. на СТО
спутника связи Intelsat-1, открывшего серию спутников
* Здесь и далее указывается дата первого запуска.
первой в мире Международной коммерческой системы
спутниковой связи (MCCC) INTELSAT (INTernational
TELecommunications SATellite). Соглашение о создании
МССС подписано 20.08.64 г. четырнадцатью странами.
В этом же году, 23 апреля, был запущен на высоко-
эллиптическую орбиту (ВЭО) созданный в СССР спутник
связи «Молния-1». На базе спутников этого типа в короткие
сроки была развернута первая в мире Национальная
система спутниковой связи (НССС) «Орбита» (1967 г.).
Следует отметить высокий энергетический потенциал
первых отечественных связных ИСЗ. У спутника «Мол-
ния-1» с одноствольным РТР «Альфа» и глобальным лучом
была достигнута мощность излучения 26,8 дБВт (11,5 дБВт
у спутника Intelsat-1).
Вслед за системой «Орбита» были созданы две зарубеж-
ные НССС: в Канаде — система TELESAT (ИСЗ
Anik-A, 09.11.72 г.), в США — DOMSAT (ИСЗ Westar-1,
13.04.75 г.). • ,
Создание систем связи на базе собственных спутников —
не единственный путь построения НССС и даже МССС.
Широко использовался и используется в настоящее
время метод аренды отдельных каналов или отдельных
стволов спутниковой связи других систем, прежде всего
МССС INTELSAT (НССС Бразилии, Алжира, Норвегии
и др.).
На втором этапе за рубежом введены в строй пять ВССС:
— в США системы министерства обороны (МО) DSCS
(Defence Satellite Communications System) на базе ИСЗ
DSCS-1 (16.06.66); система военно-воздушных сил (ВВС)
AFSATCOM (Air Force SATellite COMmunications),
использующая отдельные стволы спутников ГССС и ВССС,
а также собственный спутник SDS (10.03.75 г.) —
единственный зарубежный спутник связи на ВЭО;
система военно-морских сил (ВМС) FLEETSATCOM
(FLEET SATellite COMmunications), плановая дата за-
пуска ИСЗ — 1975 г. Из-за технических трудностей
разработки ретрансляционного комплекса (РТК) — собст-
венно ретранслятора и антенно-фидерных устройств
(АФУ) — первый запуск ИСЗ состоялся 09.02.78 г.;
— в Англии система спутниковой связи SKYNET
(ИСЗ Skynet-1, 21.11.69 г.);
— В Западной Европе система спутниковой связи стран
НАТО NATO SATCOM (ИСЗ Nato Satcom, 20.03.70 г.).
В Советском Союзе на базе отечественных ИСЗ
были развернуты ВССС в интересах различных ведомств
Министерства обороны СССР, а также правительствен-
ные линии спутниковой связи.
На втором этапе выполнены две обширные исследо-
вательские программы создания научно-технического за-
дела, необходимого для совершенствования средств и
систем спутниковой связи: программа ATS (Applications
Technology Satellite) под руководством NASA и программа
LES (Linkoln Experimental Satellite) под руководством
МО США. По первой программе в период с 06.12.66 г.
по 30.05.74 г. на СТО были выведены шесть спутников
ATS, на базе которых отрабатывались методы связи
с подвижными объектами, в том числе с низколетящими
ИСЗ; методы обеспечения электромагнитной совмести-
мости; анализировались условия распространения сигна-
лов в диапазоне миллиметровых волн и др. Спутник ATS-6
и сейчас по ряду конструктивно-технических характери-
стик можно считать современным аппаратом: так, до на-
стоящего времени не создан спутник связи с более крупной
антенной, чем раскрываемая в космосе параболическая
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
23
антенна ИСЗ ATS-6 (диаметр отражателя — 9,1 м); РТК 53 дБВт [2], сравнимая с энергетическим по-
достигнута высокая экспериментально полученная точ- тенциалом современных спутников для непосредственной
ность ориентации спутника (луча) — 0,01°; обеспечена передачи информации на абонентские земные стан-
эквивалентная изотропно излучаемая мощность (ЭИИМ) ции (ЗС).
Таблица 1
№№ пп. Параметры, характеристики Данные по ИСЗ «Интелсат», №
1 2 3 4 4А 5 5А 6 7
1 Дата первого запуска косми- ческого аппарата (КА) 06.04.65 1 1.01.67 18.09.68 25.10.71 25.09.75 06.12.80 23.03.85 10.89 1992 (планируется)
2 Вид стабилизации КА на орбите (АФУ — антенно-фидерное уст- ройство) СПИНОВЫЙ спиновый с обратным вращением АФУ трехосный СПИНОВЫЙ с обратным вращением АФУ трехосный
3 Сухая масса КА (с учетом материалов, расходуемых на орбите), кг 40 86 150 595 (730) 670 (830) 810 (1000) 900 (980) 1870 (4170) 1450 (3610)
4 Мощность солнечных батарей питания в конце срока актив- ного существования (САС) КА на орбите, Вт 45 90 120 460 600 1250 1455 2250 3970
5 САС КА на орбите, лет 1,5 3 5 7 7 7 7 10 более 10
6 Диапазон частот связи: прием/передача, ГГц 6/4 6/4 6/4 6/4 6/4 6/4 14/11 6/4 14/11 6/4 14/11 6/4 14/11...12
7 Выделенная полоса частот, МГц — — — 486 486 500 390 500 390 575 500 575 500
8 АФУ ретрансляционного комп- лекса (РТК): состав, ширина диаграммы направленности, град. Примечание: f— прием | — передача | — приемопере- дача А — антенна $ 360X18 ф 360X18 $ 18Х 18 Рупорные А: |fl7U Зеркальные А: 4.5П |4|! Диапазон 6/4 ГГц: Рупорные А f!7i fl7l Зеркальные перенацели- ваемые А t-t Гибридно-зеркальная профильная А (88 излучателей) Диапазон 14/11 ГГц: Зеркальная перенацели- ваемая А 3 1,6; 3,2X1,8 JI Диапазон 6/4 ГГц: Рупорные А t 17 I Зеркальные перена- целиваемые А "t-4 Диапазон 14/11 ГГц То же, что для ИСЗ <Интел- сат — 5,5А», с улучшенными параметрами зон покрытия (123 излучате- ля)
9 Число активных стволов ре- транслятора (РТР) 2 1 2 12 20 21 6 26 6 38 10 26 10
10 Выходная мощность оконечных усилителей мощности (УМ), Вт 4,5 12 13 6 5; 6 8,5; 4,5 10 8,5; 10 4,5 10; 8,5 8,5 10; 16; 35; 20; 30 50
11 Общая выходная мощность, УМ, Вт 9 12 26 72 104 198,5 241 408 700
12 Общая полоса пропускания стволов РТР, МГц 50 125 450 432 720 1385 780 1686 780 2386 742 1512 880
13 Мощность питания РТР, Вт — — — 300 415 770 980 1530 2590
14 Масса РТР, кг 8,5 17,5 32 142 124 167 215 332 338
15 Мощность излучения ствола РТК, дБВт 11,5 16,5 23 22 33,7 22 29 23,5 41,1 29 44,4 23,5 38 35 41 26,5 41,1 31 44,4 26 41,2 36 47,5
16 Добротность (качество) приема ствола РТК, дБ/К — — — — 18,6 — 18,6 — 11,6 — 18,6 0 —8,6 +3,3 —21,6 —3 — 11,6 0 — 14 +1 -2 +5 — 11,5 +0,5 —3 +4,5
17 Коэффициент полезного дейст- вия РТР (п. 11/п. 13), % — — — 24 25,1 25,8 24,6 26,7 27
18 Относительная мощность пи- тания РТР (п. 13/п. 4), % — — - 65,2 69,2 61,6 67,4 68 65,2
19 Удельная масса РТР (п. 14/п. 11), кг/Вт 0,9 1,4 1,2 2,0 1,1’ 0,8 0,9 0,8 0,5
20 Относительная масса РТР (п. 14/п.З), % 21,2 20,6 21,3 23,9 18,5 20,6 23,9 17,8 23,3
24
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», Ng 1, 1993
По программе LES в период с 11.02.65 г. по 14.03.74 г.
были запущены девять спутников Les, на базе которых
исследовались методы уменьшения уязвимости спутников
от воздействия противокосмической обороны и искусствен-
ных помех, методы организации связи спутник — спутник,
управления спутником и бортовой аппаратурой по каналам
радиосвязи, смены позиции спутника на орбите, изменения
параметров самой орбиты и др. На спутниках Les-8
и Les-9 испытаны радиационно-термические преобразо-
ватели энергии, используемые вместо традиционных сол-
нечных батарей [3].
В СССР разработаны и выведены на орбиту ИСЗ
«Молния-2» с двуствольным РТР «Сегмент-2» (14.11.71 г.)
и ИСЗ «Молния-3» с трехствольным РТР «Сегмент-3»
(21.11.74 г.). Создание этих спутников позволило пере-
вести НССС «Орбита» из дециметрового диапазона частот
0,8/1 ГГц в сантиметровый 6/4 ГГц. На базе спутников
«Молния-2», «Молния-3» создана вторая международная
система спутниковой связи «Интерспутник». Соглашение
об организации системы подписано девятью странами
15.11.71 г.
В 1975 г. через спутники «Молния-3» была налажена
«горячая» линия прямой правительственной связи Ва-
шингтон — Москва, во исполнение соглашения между
США и СССР о сокращении стратегических вооружений.
Успешный пробный вывод на СТО массо-габаритного
макета ИСЗ «Молния-1» состоялся 29.07.74 г. За-
вершающим аккордом второго этапа можно считать первый
запуск на стационарную орбиту отечественного экс-
плуатационного спутника «Радуга» (22.12.75 г.) с трех-
ствольными РТР «Дельта-1» и «Дельта-2», предназначен-
ными для организации фиксированной спутниковой служ-
бы (ФСС). Следует отметить, что в РТР «Дельта-1»
впервые в мировой практике осуществлена глубокая
(с демодуляцией, уплотнением выходной несущей и моду-
ляцией) обработка ретранслируемых сигналов.
Третий этап: 1976 год по настоящее время.
Точкой отсчета можно считать запуск 19 февраля
1976 г. американского спутника Marisat — первого ИСЗ
третьей MCCC INMARSAT (INternational MARitime
SATellite), соглашение о создании которой страны подписа-
ли 03.09.77 г., а также запуск 26 октября 1976 г. соз-
данного в СССР спутника «Экран» первой в мире
системы непосредственного телевизионного вещания
(НТВ) «Экран-ЧМ» или «Экран-0,7» на ЗС коллективного
приема.
Общая черта различных спутников третьего этапа
(спутник Marisat — ИСЗ подвижной спутниковой служ-
бы — ПСС, спутник «Экран» — ИСЗ радиовещательной
спутниковой службы — РСС) в том, что они предназна-
чены для обслуживания энергетически слабых ЗС. Таким
станциям свойственны относительно низкий уровень излу-
чаемой мощности, малое усиление антенны, приемники
средней чувствительности, сравнительно небольшая стои-
мость. Укрепившаяся на этом этапе тенденция сниже-
ния энергопотенциала ЗС вызвана необходимостью орга-
низации связи в сельских, удаленных, труднодоступных
районах; развертывания ведомственных сетей деловой и
персональной связи; организации связи в чрезвычайных
условиях; обеспечения связи с подвижными ЗС. Тенденция
создания и наращивания числа малых ЗС (получивших
в зарубежной литературе название VISAT) наблюдается
как в ГССС, так и в ВССС при организации всех видов
спутниковых служб: ФСС, ПСС и РСС.
Все стартовые (первые) спутники, созданные на втором
этапе, претерпели существенные изменения: появились
усовершенствованные модели ИСЗ, радикально обновлены
бортовые РТК и служебные системы космического ап-
парата (КА).
Так, в MCCC INTELSAT сменилось шесть поколений
спутников — от ИСЗ Intelsat-1 (06.04.65 г.) до ИСЗ
Intelsat-6K (30.10.91 г.). Планируется запустить ИСЗ
Intelsat-7, а в конце 90-х годов — ИСЗ Intelsat-8.
Эта серия — результат деятельности ведущих зарубежных
фирм. Технические параметры ИСЗ Intelsat и динамика
их изменения могут служить основой для сравнительного
анализа отечественных и зарубежных разработок КА ФСС.
В табл. 1 приведены некоторые параметры спутников
Intelsat. Она составлена по материалам иностранной
печати [4, 5, 6] и аналитических информационных
сборников МНИИРС. Данные таблицы будут использованы
далее для сопоставительного анализа зарубежных и оте-
чественных РТР.
Аналогичная картина развития спутников и в МССС
ПСС INMARSAT: сначала спутники Marisat (19.02.76 г.)
были дополнены европейскими ИСЗ Marots или Marecs
(20.12.81 г.), а с 1990 г. обе эти модели заменены на
ИСЗ Inmarsat-2. В перспективе ввод в действие ИСЗ
Inmarsat-З со сроком активного существования на орбите
(САС) 16 лет [7].
За 16 лет третьего этапа развития спутниковых систем
— расширились действующие национальные системы
путем ввода в их состав спутников новых типов: НССС
«Орбита» (ИСЗ «Молния-3», 21.11.74 г.; «Радуга»,
22.12.75 г.; «Горизонт», 06.07.79 г.), НССС DOMSAT
(ИСЗ: Comstar, 13.05.76 г.; SBS, 07.11.80 г.; Halaxy,
29.06.83 г.; Telstar, 28.07.83 г.; Spacenet, 22.05.84 г.;
Gstar, 08.09.84 г. и др.);
— появились новые национальные системы: НССС
Индонезии (ИСЗ Palapa, 08.07.76 г.), НССС Японии
(ИСЗ CS-2, 04.02.83 г., на базе экспериментального
спутника CS, 15.12.77 г.), НССС Франции (ИСЗ Telecom,
30.08.84 г., на базе экспериментального ИСЗ OTS,
11.05.77 г.) и др.;
Ретранслятор диапазона ДЦВ для ИСЗ «Молния-1». Верхний мо-
ноблок — приемная аппаратура ретранслятора с вспомогательны-
ми блоками (блоки питания, синтезатор гетеродинных частот,
устройства автоматики). Нижний моноблок — транзисторный
передатчик с жидкостным охлаждением.
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
25
— создана региональная система спутниковой связи
EUTELSAT для обслуживания стран Западной Европы,
Исландии, Северной Африки и некоторых стран Среднего
Востока (ИСЗ ESC, 16.06.83 г., на основе эксперименталь-
ного западноевропейского спутника OTS, 16.05.78 г.);
— вслед на НТВ «Экран-ЧМ» появились система НТВ
на ЗС коллективного приема в Японии (ИСЗ BS, 23.01.84 г.,
на основе экспериментального спутника BSE, 07.04.78 г.)
и системы НТВ на ЗС индивидуального приема (диаметр
раскрыва антенны ЗС — менее 1,5 м) во Франции
и Германии (ИСЗ TDF, 28.10.88 г. и TV-SAT,
21.11.87 г.) [8, 9].
Заметные изменения произошли и в ВССС. Так, напри-
мер, за рубежом:
— в системе DSCS с 03.11.71 начата замена ИСЗ
DSCS-1 на DSCS-2, которые, в свою очередь, с 30.10.82 г.
начали заменять на более совершенные, ныне экс-
плуатируемые, спутники DSCS-3, имеющие в своем составе
приемные и передающие многолучевые антенны (МЛА)
с системой пространственной адаптивной режекции помех,
обеспечивающей обнуление диаграммы направленности
(ДН) приемной МЛА на источники организованных
помех;
— в системе FLEETSATCOM с 1996 г. планируется
полная замена спутников Fleetsatcom и Leasat (31.08.84 г.)
на ИСЗ UFO;
— систему AFCATCOM с космическим сегментом в со-
ставе собственных ИСЗ SDS, части стволов спутников
Fleetcatcom и DSCS-3 планируется дополнить перспектив-
ной системой MILSTAR.
Отличительная особенность последней ВССС — рассре-
доточение РТР системы AFSATCOM по КА различного
назначения — от военных ИСЗ до любительских. И это
не случайно, поскольку она предназначена для обеспечения
Ретранслятор диапазона СМВ для ИСЗ «Молния-3». Верхний мо-
ноблок — приемная аппаратура РТР с вспомогательными блока-
ми. Нижний моноблок — передатчик на ЛБВ с жидкостным
охлаждением.
4 Электросвязь № 1
глобальной связи и управления войсками при высокой
степени выживаемости системы в случае ядерных кон-
фликтов.
Как в нашей стране, так и за рубежом сейчас
не проводятся фундаментальные комплексные исследо-
вания типа программ ATS и LES. Однако изучение
отдельных перспективных решений с запуском экспери-
ментальных ИСЗ в зарубежных странах ведется по-
стоянно. Так, Франция и Германия успешно выполнили
•трехлетний эксперимент с ИСЗ Symphonie (18.12.74 г.).
Канада и США запустили ИСЗ Hermes (16.01.76 г.) для
исследования, совместно с Европейским спутниковым
агентством (ESA), проблем ТВ вещания на малые ЗС,
с проведением летных испытаний бортовых элементов
и устройств НТВ (мощных ламп бегущей волны — ЛБВ,
блоков питания ЛБВ, системы развертывания крупно-
габаритных солнечных панелей и стабилизации КА с таки-
ми панелями и т. д.).
Как показывает практика, подобные натурные испыта-
ния необходимы, даже с учетом их большой стоимо-
сти. Проводиться они должны в полном объеме. Так,
испытания ИСЗ Symphonie оказались достаточными для
успешного создания РССС EUTELSAT, испытания ИСЗ
Hermes, наоборот,— не достаточными для создания экс-
плуатационных спутников НТВ: в 1988—1990 гг. отмечены
массовые отказы ИСЗ TDF и TV-SAT вскоре после их
запусков [10]. Франция вынуждена была прекратить
с 1990 г. работы по созданию ИСЗ НТВ на мощных
ЛБВ [10].
В 1989 г. СССР был страной, затратившей, по оценкам
французских аналитиков [11], наибольшую долю своего
валового продукта на деятельность в области космоса
(0,6 % — военные программы, 0,475 % — гражданские).
В последнее время имеет место резкий спад финансиро-
вания космических программ, а это, в свою очередь,
не может не вызвать обострения проблем создания ре-
трансляционных комплексов в Российской Федерации.
Приведенный ретроспективный .обзор развития спутни-
ков связи и бортовых ретрансляторов не претендует
на полноту анализа, но показывает, на фоне обще-
мировой бурной динамики развития спутниковых систем,
роль и место отечественной науки и промышленности
в этой области.
ПРОБЛЕМЫ
Изменения в спутниковой связи, вещании и передачи
данных диктуются требованиями пользователей и опре-
деляются возможностями промышленности.
Требования пользователей ГССС можно свести в конеч-
ном счете к таким постоянно действующим факторам,
как увеличение пропускной способности КА и снижение
стоимости каналов связи. Требования пользователей
Один из четырех моноблоков ретранслятора ЦТД для космиче-
ского аппарата «Радуга-1».
I
26
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
BCCC — это увеличение живучести КА и повышение
помехозащищенности каналов связи. Наконец, общие тре-
бования потребителей — высокое качество и достовер-
ность передаваемой информации, криптостойкость закры-
тых каналов передачи, связь везде и всегда.
Возможности промышленности определяются уровнем
освоенных технологий, в широком смысле слова (наличие
требуемых материалов, номенклатуры элементной базы
нужного качества; состояние метрологического обеспече-
ния К эффективность контрольно-испытательных режимов;
культура производства и эксплуатации). Важную роль
играют опыт и традиции предприятий, создающих борто-
вую аппаратуру.
Постоянно действующие требования пользователей фор-
мируют перечень проблем, а объективные и субъективные
возможности промышленности — степень сложности ре-
шения этих проблем.
Остановимся на основных проблемах разработки борто-
вой аппаратуры.
В отечественной истории спутниковых ретрансляционных
комплексов связи Московский НИИ радиосвязи занимает
видное место. Институт разработал, внедрил в производст-
во и ввел в эксплуатацию целую серию РТР — от первого
отечественного спутника «Молния-1» (23.04.65 г.) до
последнего разработанного в СССР «Радуга-1», первый
запуск которого на СТО состоялся 26.12.90 г.
В табл. 2 приведены некоторые данные разрабо-
танных в МНИИРС ретрансляторов, достаточные для
сопоставления с зарубежными образцами (табл. I),
определения насущных проблем и направлений разработки
перспективной бортовой аппаратуры.
Таблицы содержат абсолютные (пп. 1 —16 табл. 1
и пп. 1 — 13 табл. 2) и относительные (пп. 17—20 табл. 1
и пп. 14—17 табл. 2) параметры ретрансляторов.
Абсолютные параметры удобны для определения тенден-
ций совершенствования бортовой аппаратуры, а относи-
тельные — для сравнения технического уровня отдель-
ных образцов.
Сопоставление абсолютных параметров показывает тен-
денцию увеличения массы КА и РТР, мощности питания
КА и энергопотребления РТР, количества стволов РТР
и числа лучей АФУ, энергетического потенциала стволов
РТК (добротности приема и ЭИИМ). Изменение послед-
него параметра более заметно у зарубежных ИСЗ,
поскольку их первые АФУ были практически ненаправ-
ленными (360X18 град.), в отличие от первых отечест-
венных АФУ, нацеленных на подспутниковую поверхность
Земли (глобальный луч 22X22 град).
Однако имеются и существенные различия абсолютных
параметров. Начиная с ИСЗ Intelsat-4A, в зарубежных
системах спутниковой связи практически реализовано
повторное использование выделенного диапазона частот
Таблица 2
tN?«Nb пп. Параметры, характеристики Данные по ИСЗ (ретрансляторы, разработанные МНИИРС)
«Молния-1» «Молния-2» «Молния-3» «Радуга» «Радуга-1»
(«Альфа») («Бета») («Тета») («Сегмент-2») («Сегмент-3») («Дельта -1») (ЦТД)
1 Дата первого запуска КА 06.04.65 1 1.04.69 2.04.83 24.11.71 21.1 1.74 22.12.75 22.06.89
2 Сухая масса КА на орбите, кг — — 1630 — 1740 1820 2290
3 Мощность солнечных батарей питания в конце САС, Вт — — 1 130 — 1130 1700 1900
4 САС КА на орбите, лет 1 2 2 2 3 3 - 3—5
5 Диапазон частот связи: прием/передача, ГГц 0,8/1 0.8/1 0,8/1 6/4 6/4 6/4 ДЦВ—СМВ
6 АФУ РТК: состав, ширина диаграммы направленности, град, (обозначения те же, что и в табл. 1) Зеркальная А 1 22 Зеркальная А f 22 Пассивная антенная решетка $22 Рупорные А ♦ 21,5 + Рупорные А 121,5 + Рупорные А 19X18 + 121 + Зеркальная А 14 + Рупорные А '115 + ♦ 6X12 + Зеркальная А ♦ 5 +
7 Число активных стволов РТР 1 1 2 2 3 3 (6—с РТР «Дельта-2») 6
8 Выходная мощность УМ, Вт 40 50 70; 110 40 40; 80 15; 80 15; 30; 40
9 Общая выходная мощность УМ, Вт 40 50 180 80 160 I Ю (155—с РТР «Дельта-2») 155
10 Мощность питания РТР, Вт 470 400 950 — 945 620 (950-е РТР «Дельта-2») 760 (без обработки сигналов)
11 Масса РТР, кг 174 175 190 — 210 176 (291—с РТР «Дельта-2») 240 (без обработки сигналов)
12 Мощность излучения ствола РГК, дБВт 26,8 28,2 28,8 30,6 - 27,6 30,6 23,5 35 26 37
13 Добротность (качество) прие- ма ствола РТК, дБ/К —28,4 —23,2 —20,4 — —23,4 -23 — I I — 15 — 5
14 Коэффициент полезного дейст- вия РТР (п. 9/п. 10), % 8,5 12.5 18,9 — 16,9 17.7 20,4
15 Относительная мощность пи- тания РТР (п. 10/п. 3), % - - 84,1 - 83,6 55,9 (с РТР «Дельта-2») —
16 Удельная масса РТР (п. 11/ и. 9), кг/Вт 4,3 3,5 1.1 — 1,3 1,6 1,5
17 Относительная масса РТР (п. 11/п. 2), % - — 11,7 — 12,1 16,0 (с РТР «Дельта-2») -
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», HS 1, 1993
27
путем пространственной развязки бортовых лучей, а на
чиная с ИСЗ lntelsat-5, кратность повтора частот увели-
чена благодаря поляризационной развязке лучей. В оте-
чественных ИСЗ, находящихся в эксплуатации, повтора
частот нет. Это объясняется пока не столько инженер-
ными проблемами создания на борту селективных лучей
(трудности возникнут в ближайшем будущем, с введением
в состав ретрансляционных комплексов МЛА), сколько
отсутствием до последнего времени острого дефицита
частот.
Создание и внедрение эффективных бортовых МЛА
актуальная задача отечественной науки и техники. Кроме
повторного использования частот, решение этой задачи
позволит заметно поднять потенциал ретрансляторов,
создаст принципиальную возможность замены усилителей
повышенной выходной мощности на более надежные
усилители меньшей мощности, без потери энергетического
потенциала ствола.
Существенно отставание технического уровня отечест-
венных бортовых ретрансляторов в части продолжитель-
ности САС: в действующих ИСЗ в 3 раза. Если САС
зарубежных ИСЗ часто ограничивается массой расхо-
дуемых на ориентацию и стабилизацию КА материалов,
то САС отечественных ИСЗ, как правило,— надежностью
бортовых систем, в том числе и РТР. Реализуется ряд
программ, которые позволят, при должном их финансиро-
вании, снизить степень отставания по надежности бортовой
аппаратуры.
Заслуживают внимания два связанных между собой
относительных параметра РТР — коэффициент полезного
действия (КПД) и удельная масса находящихся в экс-
плуатации РТР — и по ним есть некоторое отставание
от лучших зарубежных образцов: КПД отечественных РТР
примерно в 1,5 раза ниже. Основные причины — более низ-
кий КПД и коэффициент усиления мощных выходных при-
боров (ЛБВ, транзисторов); повышенный, как правило, ко-
эффициент усиления РТР из-за необходимости обслужива-
ния малых ЗС; менее стабильная первичная бортовая сеть
КА.
Удельная масса отечественных РТР в 2—3 раза больше
массы зарубежных образцов. Частично это объясняется
сказанным выше, частично связано с отсутствием высоко-
надежной элементной базы. Последнее обстоятельство
заставляет повышать уровень и кратность резервирования,
что, естественно, увеличивает массу бортовой аппаратуры.
Перечисленные проблемы — а указаны лишь основные —
затрудняют выполнение в полной мере тактико-техни-
ческих требований к системам связи. Без радикального
решения этих проблем невозможно выполнение перспектив-
ных задач.
ПЕРСПЕКТИВЫ
Перспективы развития бортовых ретрансляционных
комплексов находятся в тесной взаимосвязи с совер-
шенствованием спутниковых систем. Анализ систем выхо-
дит за рамки настоящей статьи. Отметим только некоторые
подсказываемые ретроспективой тенденции, которые су-
щественно влияют на архитектуру построения пер-
спективных бортовых РТР.
Фиксированная спутниковая служба, в силу особен-
ностей функционирования, развивается по двум на-
правлениям: ФСС магистральной связи, ФСС зоновой
связи. Основная задача магистральных ФСС — наращи-
вание пропускной способности линий Единой автомати-
зированной сети связи (ЕАСС) между крупными админи-
стративными, промышленными и культурными центрами
страны, региона, вплоть до всей подспутниковой тер-
ритории, при сохранении, однако, кластерного (не
сплошного) характера обслуживания зон. Основная задача
зоновых ФСС — создание линий спутниковой связи
в рамках как ЕАСС, так и автономной спутниковой сети
(АСС) в сельских, удаленных и труднодоступных
районах, с организацией связи абонентов внутри зоны и
между зонами, при покрытии лучами РТК всей, под-
спутниковой территории.
Магистральная ФСС устанавливает линии связи между
энергетически мощными ЗС в информационно обжитых
районах страны. Наиболее оптимальной схемой связи
может быть следующая. Информация от абонентов по
наземным линиям, включая радиолинии, стекается к
центральной ЗС, где каналы уплотняются во времени
и их сигналы на одной несущей передаются на вход
спутникового РТР по узкому лучу приемной антенны.
В РТР осуществляется динамическая коммутация пучков
каналов на высокой частоте (ВЧ) между входными
и выходными лучами. По узким лучам передающей
антенны, нацеленным на ЗС, информация распреде-
ляется по заданным крупным регионам страны.
Таким образом, для перспективных спутниковых РТР,
обеспечивающих работу магистральных линий ФСС, ха-
рактерны следующие структурные признаки: многолучевые
антенные системы на прием и передачу; одностанционный
доступ ЗС к КА по оси ДН приемного луча; дина-
мическая ВЧ коммутация пучков каналов между входными
и выходными лучами без обработки сигналов в аппаратуре
РТР (гетеродинный режим работы РТР); сброс информа-
ции по каналам с временным разделением на несущих
частотах по антенным лучам, ДН которых нацелены на
приемные ЗС.
Зоновая ФСС устанавливает линии связи между энер-
гетически слабыми ЗС, рассредоточенными в зоне обслу-
живания. Оптимальная схема связи может быть следую-
щая. Заданная зона обслуживания покрывается сравни-
тельно узкими приемопередающими лучами КА. В зоне
луча все ЗС системы имеют доступ к РТК по каналам
с частотным и временным разделением (ЧР-ВР). ЧР вво-
дится с целью уменьшения пиковой мощности ЗС и, следо-
вательно, ее удешевления, ВР — для уменьшения аппара-
турных затрат в РТР при проведении полной обработки
ретранслируемых сигналов (демодуляция, модуляция и,
при необходимости, декодирование и кодирование).
Главная цель обработки сигналов — коммутация ка-
налов на видеочастоте, что позволяет выполнить не-
обходимые временные задержки сигналов для полной за-
грузки всех имеющихся на борту каналов ретрансляции
в условиях постоянно меняющегося трафика по направле-
ниям (лучам) связи. Скомпонованные по адресному
признаку последовательности импульсов поступают на мо-
дуляторы передающих лучей. После модуляции уплотнен-
ные во времени несущие излучаются в зоны покрытия
лучом.
Таким образом, для перспективных ретрансляторов зо-
новой ФСС характерны следующие структурные признаки:
многолучевые антенные системы на прием и передачу;
многостанционный доступ (МД) ЗС ю КА по приемным
антенным лучам РТК и схеме МДЧР-ВР; полная обра-
ботка сигналов на борту в аппаратуре РТР, с гибкой
динамической коммутацией каждого канала на видео-
частоте между входными и выходными лучами и форми-
рованием уплотненных потоков информации для каждой
зоны покрытия (регенеративный режим работы РТР
с коммутацией на борту); сброс информации на несущих
частотах РТК по антенным лучам, нацеленным на пар-
циальные зоны обслуживания.
С появлением зонового режима работы ФСС в опреде-
ленной степени стирается грань между фиксированной
и подвижной спутниковыми службами: и в той и в другой
службах используются маломощные ЗС, в общем случае
перевозимые или подвижные; мощные стволы РТК;
обширная, вплоть до всей подспутниковой территории,
зона обслуживания при помощи направленных лучей и др.
В будуще.м для организации ПСС предполагается
использовать, кроме СТО и ВЭО, низкие орбиты: они зало-
жены в проект системы глобальной спутниковой
«ячеистой» радиотелефонной связи IRIDIUM SYSTEM
[12], альтернативный итальянский проект LEOCOM [13].
4
28
ISSN 0013-5771, «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
В 1991 г. МНИИРС предложил два проекта спутниковых
систем на базе низколетящих КА — КОСКОН и «Ариадна».
Перспективные системы ПСС требуют установки на бор-
ту аппаратуры межспутниковой связи, гибкого пере-
распределения мощности и полосы частот по направлениям
напряженного трафика.
Приведенный анализ развития бортовых РТР охваты-
вает только те направления спутниковой связи, по которым
проводит работы МНИИРС. По этой причине здесь не
рассматриваются, в частности, перспективы развития
радиовещательных спутниковых служб, включая систе-
мы НТВ.
В заключение остановимся на широко обсуждаемых
в настоящее время вопросах возможности и целесо-
образной степени интеграции РТР различных спутниковых
служб в рамках единого КА. Наметилось противостояние
двух мнений: одно (НПО прикладной механики) за
создание спутников средней массы (до 4 т), другое (НПО
«Энергия») — тяжелых спутников (до 20 т). На базе
унифицированного модуля служебных систем в первом
случае предлагается создать отдельные ИСЗ для ФСС,
ПСС, РСС. Во втором случае на базе унифицированной
космической платформы планируется создание интегриро-
ванного КА для всех спутниковых служб. В зарубежных
публикациях все чаще стала появляться информация
о рынке сбыта спутников третьего класса — малых ИСЗ,
масса которых не превышает 100—500 кг [14].
Сравнительный анализ спутников различных классов,
как для ГССС, так и для ВССС, еще предстоит
сделать. Отметим, что с позиций реализации аппаратуры
бортовых РТР нет противопоказаний ни по одному классу
спутников, но есть особенности, которые надо учитывать
уже сегодня.
Ограниченные энерго-весовые возможности малых спут-
ников требуют поиска специфических пользователей.
Разработчиками МНИИРС в 1990 г. предложена концеп-
ция создания специализированного космического аппарата
связи с массой до 1000 кг — не как альтернатива
существующим КА, а как целесообразное дополнение
для решения самостоятельных задач и восполнения
потерь отдельных направлений связи, организованных
с помощью более мощных КА, прежде всего интегри-
рованных.
Действующие отечественные системы связи базируются
на средних КА с массой на СТО до 2,5 т. Проблемы бли-
жайшего будущего связаны с ракетоносителем «Про-
тон»: первая — его экологическое несовершенство, вто-
рая — энергетическая недостаточность для вывода на СТО
спутников массой до 4,5 т.
Основная проблема тяжелых КА — электромагнитная
совместимость РТР различных спутниковых служб.
Ретрансляционные комплексы будущего должны адапти-
роваться к требованиям интегральной широкополосной
сети связи (ISDN), объединяющей пользователей всех
видов, все существующие сети, все информационные
службы и форматы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Техника спутниковых ретрансляторов связи интенсивно
развивается. Московский НИИ радиосвязи, будучи пионе-
ром в создании этой техники, внес существенный вклад
в ее становление и совершенствование.
Разработка отечественных спутниковых РТР осущест-
влялась в кооперации с головными организациями —
разработчиками КА. Первый спутник связи «Молния-1»
разрабатывался в конструкторском бюро, руководимом
академиком С. П. Королевым, последующие поколения
ИСЗ с РТР в исполнении МНИИРС — коллективом НПО
прикладной механики во главе с академиком М. Ф. Решет-
нёвым.
Совершенствование отечественной техники спутниковых
ретрансляторов связано с деятельностью известных
советских генеральных конструкторов, возглавлявших в
разные периоды МНИИРС,— Ю. С. Быкова, М. Р. Капла-
нова, А. П. Биленко. Достижения МНИИРС в этой
области являются результатом коллективных усилий спе-
циалистов многих предприятий страны. Авторы выражают
уверенность, что накопленный научно-технический потен-
циал будет способствовать выполнению программы разви-
тия систем спутниковой связи и вещания России.
ЛИТЕРАТУРА
1. Домбровский И. А. Радиосистемы связи с искусственными
спутниками Земли.— Академия наук СССР.— Институт науч-
ной информации, 1963.
2. Ракетная и космическая техника по материалам иностранной
печати (РКТ). ЦНТИ «Поиск».— 1974.— № 36.— С. 8—15.
3. РКТ,— 1975.— № 38.
4. Кваглионе Д. Дж. Развитие системы «ИНТЕЛСАТ» от
«ИНТЕЛСАТ-IV» до «ИНТЕЛСАТ-V» // Ракетная техника
и космонавтика.— 1980,—Т. 18,—№ 10.— С. 197—207.
5. РКТ,— 1988,— № 48.
6. РКТ,— 1973.— № 33.
7. РКТ,— 1991,— № 8.
8. Локшин Б- А. Состояние и тенденции развития спутникового
ТВ вещания // Зарубежная радиоэлектроника.— 1985,—
№ 4,— С. 3—40.
9. Локшин Б. А. Приемные устройства спутникового ТВ веща-
ния // Зарубежная радиоэлектроника.— 1984.— № 2.—
С. 51—78.
10. РКТ,— 1991,—№ 5.
И. РКТ.— 1992,— № 9.
12. РКТ,— 1991,— № 1—2.
13. РКТ.— 1991,—№ 18.
14. РКТ,— 1992,—№ 13.
Получено 6.10.92
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ СЕТЬ
И ОПТИЧЕСКОЕ ВОЛОКНО
(Начало см. на с. 21)
В рамках конференции по «оптиче-
ской» тематике работало три секции.
1. «Волоконно-оптические системы пере-
дачи» (председатель — д. т. н. профес-
сор Г. А. Черенков). 2. «Оптическая
коммутация и измерения» (председа-
тель — д. ф.-м. н. профессор А. С. Бела-
нов). 3 «Активные и пассивные компо-
ненты» (председатель д. ф.-м. н. профес-
сор В. В. Шевченко).
На секции 1 были заслушаны докла-
ды, в которых рассматривались про-
блемы организации местных и абонент-
ских сетей на базе ВОСП, перспективы
развития автоматизированных ВОСП,
а также ряд теоретических сообщений
по помехоустойчивости солитонных ВОСП
с учетом фазовых флуктуаций, приме-
нению ПЭВМ для решения задач анали-
за надежности цифровых ВОСП и др.
(докладчики — специалисты ЦНИИС,
ГосВЭА «Карт»).
Работа на секции 2 проходила в на-
правлении изучения вопросов спектраль-
ной коммутации в локальной оптической
сети, перспектив использования гологра-
фической коммутации в широкополосных
сетях передачи данных. Были рассмотре-
ны также оптический коммутатор на
полупроводниковом квантовом усилителе,
светоуправляемые коммутаторы оптиче-
ских каналов в полупроводниковых струк-
турах на волнах длинами 1,3 и 1,55 мкм,
сенсоры с управляемой площадкой фото-
чувствительности, быстрые РВМС на п/п
гетероструктурах с быстродействием бо-
лее 101 2 3 4 5 6 7 8 9 10 * 12 13 14 циклов/с, перспективные архи-
тектуры матричных электрооптических
коммутаторов ВОЛС; результаты экспе-
риментальных исследований отношения
сигнал/шум при аналоговой передаче те-
левизионных сигналов по ВОЛС; методы
измерения затухания, расширения диапа-
зона измерения затухания в оптическом
кабеле, а также достижения малых
потерь в волокнах оптического кабеля
(доклады специалистов ИОФ РАН, ИОНТ
РАН, ЦНИИС, ФТИ им. Иоффе, НИИРО).
В докладах секции 3 были рассмотре-
ны методика оценки параметров воло-
конного комбинационного усилителя с по-
путной накачкой, фазовые искажения
в волоконных усилителях, двухсердцевид-
ное оптическое волокно с неодинаковы-
ми сердцевинами, механические'-собди-
(Окончание см. на с. 36)
ISSN 0013-5771, «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
29
УДК 621.396.61:621.375
СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ УСИЛИТЕЛЕЙ
МОЩНОСТИ ДЛЯ ПЕРЕДАЮЩЕЙ АППАРАТУРЫ
СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ
А. В. Табаков, Е. Л. Богатов, М. В. Голицын, Н. И. Елисеев, Г. Н. Овечкис
ВВЕДЕНИЕ
Появление в 60-х годах первых связных спутников TELSTAR
(США) и «Молния» (СССР) открыло уникальные возможности
для передачи информации от одной земной станции (ЗС) к другой,
удаленной от первой на значительное расстояние, через ретрансля-
тор (РТР), установленный на борту искусственного спутника
Земли (ИСЗ). С этого момента отмечается бурное развитие си-
стем спутниковой связи (СС), охватившее почти все развитые
^траны мира (СССР, США, Великобританию, Францию, ФРГ,
Италию, Японию и др.).
Сначала в системах СС использовались простые РТР с прямой
ретрансляцией сигналов и однолучевыми антеннами, имеющими
диаграмму направленности с глобальным или региональным охва-
том поверхности Земли. При этом для достижения большой про-
пускной способности линий связи ЗС — ИСЗ и ИСЗ — ЗС, харак-
теризуемой числом организуемых телефонных каналов и скоростью
передачи информации, требовались ЗС с высоким энергетическим
потенциалом, обеспечиваемым путем использования громоздких
узконаправленных антенных систем (диаметры зеркал 12...30 м)
и мощной радиопередающей аппаратуры (РПДА) с выходной
мощностью до нескольких кВт. Поэтому неудивительно, что земное
оборудование таких систем СС отличалось сложностью конструк-
ции, было весьма дорогостоящим и требовало больших затрат на
эксплуатацию.
В качестве выходных усилителей мощности (УМ) в РИДА, как
бортовых РТР (БРТР) так и ЗС, использовались, главным обра-
зом, лампы бегущей волны (ЛБВ) и, реже, клистроны.
Анализ существующих систем СС различного назначения и
направлений их развития показывает, что помимо непрерывного
увеличения числа вновь создаваемых систем и национальной, и
международной принадлежностей наблюдается тенденция к созда-
нию сетей относительно несложных земных станций с малогаба-
ритными антенными системами (диаметры зеркал 0,5...5 м) и уме-
ренной выходной мощностью РПДА (десятки — сотни, а в отдель-
ных случаях и единицы ватт). При этом необходимый энергети-
ческий потенциал линий связи ЗС — ИСЗ и ИСЗ — ЗС достигает-
ся благодаря созданию сложных БРТР с многолучевыми антен-
нами (МЛА) или фазированными решетками (ФАР) с узкими
парциальными лучами (до 1...3°), обеспечивающих многостан-
ционный доступ в режимах частотного, временного или кодового
разделения каналов связи (МДЧР, МДВР или МДКР) с обра-
боткой сигналов и коммутацией каналов на борту [1, 2].
Для РПДА ЗС систем фиксированной спутниковой службы
(ФСС) характерны мощности от нескольких десятков до не-
скольких сотен ватт, в то время как мощность БРТР этих систем
может составлять десятки или даже единицы ватт при использо-
вании МЛА (или активной ФАР). Для получивших наибольшее
распространение коммерческих систем ФСС выделены диапазоны
частот 6/4 (6 ГГЦ — рабочая частота линии связи ЗС — ИСЗ,
4 ГГц — линии связи ИСЗ — ЗС), 14/11 (12) и 30/20 ГГц.
Системы подвижной спутниковой службы (ПСС) обеспечивают
связь в интересах подвижных ЗС (сухопутных, морских, воз-
душных). Примером такой системы служит международная си-
стема INMARSAT, созданная в 1979 г. для обеспечения связью
морских судов. Связь осуществляется в диапазоне дециметровых
волн (ДМВ) на частотах 1,6/1,5 ГГц (1,6 ГГц — рабочая частота
линии связи корабль— ИСЗ, 1,5 ГГц — рабочая частота линии
связи ИСЗ — корабль). Система INMARSAT находится в непре-
рывном развитии. Так, в ближайшее время предполагается раз-
работка для нее самолетной станции (СМС), РПДА которой с
выходной мощностью 25 (или 40) Вт работает в диапазоне
1,6 ГГц. Создание в перспективе БРТР диапазона частот 1,5 ГГц,
в котором предполагается использовать 19-лучевую передающую
МЛА с излучаемой суммарной мощностью до 100 Вт, позволит
достичь пропускной способности системы, достаточной для работы
600 станций |2].
Снижение уровня требуемой выходной мощности бортовой и
наземной РПДА в перспективных системах СС до единиц —
десятков ватт открывает возможность использования в УМ твердо-
тельных приборов, и особенно транзисторов, которые, по сравне-
нию с ЛБВ, обладают рядом преимуществ.
В статье анализируется состояние разработки УМ на ЛБВ и
на транзисторах, предназначенных для применения в выходных
каскадах РПДА бортовых ретрансляторов и земных станций диа-
пазона сантиметровых и дециметровых волн (СМВ и ДМВ).
Оцениваются перспективы их дальнейшего развития с позиций
улучшения энергетических характеристик. Отдельно рассматри-
ваются перспективы создания УМ в диапазоне миллиметровых
волн (ММВ).
УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ НА ЛБВ
Сегодня лампы бегущей волны, несмотря на значительные
успехи в создании полупроводниковых приборов, являются клю-
чевыми компонентами бортовых и земных РПДА систем спутни-
ковой связи диапазона СМВ. Такое положение объясняется уни-
кальной, преимущественной по сравнению с другими электронными
приборами, совокупностью параметров ЛБВ (широкоиолосность
более октавы, коэффициент усиления до 60 дБ при КПД до
50 % ). За рубежом разработан и производится весьма ш -.рокий
спектр ЛБВ для БРТР и ЗС, работающих в различных участках
диапазона частот 1,0...100 ГГц с разными уровнями выходной
мощности. Лидирующее положение среди фирм-изготовителей
ЛБВ занимают «Hughes» и «Varian» (США), «AEG-Telefunken»
и «Siemens» (ФРГ), «Thomson — CSF» (Франция), «Toshiba»,
(Япония).
Зарубежные бортовые ЛБВ диапазона СМВ обеспечивают вы-
ходную мощность Рвых 10...300 Вт при коэффициенте усиления
К 50...60 дБ и полном КПД 40...50 % |3, 4|. Считается, что
указанные параметры близки к предельным, и дальнейшее совер-
шенствование бортовых ЛБВ пойдет по пути улучшения так назы-
ваемых «тонких» параметров (линеаризация амплитудных и фа-
зочастотных характеристик, уменьшение коэффициента амплитуд-
но-фазового преобразования, уровня шумов и т. п.). Эти ’ ар<т -
теристики имеют важное значение для усилителей мощности
БРТР, работающих в системах с МДЧР в режиме одновремен-
ного усиления многих несущих. Лучшие отечественные бортовые
ЛБВ диапазона СМВ незначительно уступают зарубежным по
КПД (до 45 %) и Ко (до 45 дБ).
Существующие зарубежные ЛБВ для ЗС в диапазонах частот
5,9...6,4 ГГц и 14,0 ..14,5 ГГц обеспечивают выходную мощность
от 100 Вт до 3 кВт при коэффициенте усатеииц ..50 дБ и
КПД 25...40 % |3, 4|. Реальная долговечность ЛБВ ЗС превы^.
шает 15 тыс. ч, а прогнозируемая — 30 тыс. ч. Перспективные
направления работ в области ЛБВ ЗС связаны с повышением
КПД, надежности, а также со снижением уровня линейных иска-
жений.
Отечественные ЛБВ для ЗС, в отличие от бортовых, уступают
зарубежным почти по зсем основным параметрам: уровню РВЬ1Х
(не более 1,5 кВт), КПД (менее 35%), усилению (не более
35 дБ), неравномерности АЧХ (более 1,0 дБ), надежности.
Московским НИИ радиосвязи (МНИИРС) разработан ряд УМ
для БРТР и ЗС с использованием ЛБВ отечеств иного произ-
водства. Основные характеристики таких УМ представлены в
табл. 1. Все УМ для БРТР имеют модульную конструкцию и
30
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», Hg 1, 1993
Таблица I
Диапазон
частот,
ГГц
Тип
ЛБВ
Пол-
ный
КПД,
Вид
охлаждения
Вес, Назна-
кг чение
3,4—3,9
3,4—3,9
10,7—11,2*
14—14,5**
УВ-465
УВ-422
«Шик»
«Сирень»
жидкостное
естественное
12 БРТР
20
5
25*** ЗС
Примечание. * — в стадии разработки; ** — в стадии изготовления опытного
образца; *** — с учетом веса радиатора.
содержат (за исключением УМ в диапазоне частот 10,7...! 1,2 ГГц)
два усилительных тракта — основной и резервный. Каждый из этих
трактов включает в себя, помимо ЛБВ, ферритовые развязываю-
щие устройства, аттенюаторы, датчики падающей и отраженной
мощностей и другие элементы СВЧ-тракта, а также источник
электропитания (ИЭП) ЛБВ с элементами автоматики, которые
обеспечивают требуемый порядок подачи питающих напряжений
на ЛБВ и переключение с основного тракта на резервный. Создан-
ные УМ для БРТР предназначены для установки их в герме-
тичные контейнеры на борту ИСЗ, а УМ, находящиеся в стадии
разработки, — для установки вне таких контейнеров. В процессе
разработки находится вариант УМ в диапазоне частот 3,4...
3,9 ГГц на лампе УВ-465, также способный работать вне контейне-
ра. Усилители мощности для БРТР имеют минимальное время
наработки до отказа от 50.000 до 75.000 ч. На рис. 1 приведена
фотография блока УМ на ЛБВ типа УВ-465 со стороны усили-
тельных трактов СВЧ — основного и резервного. Высоковольтные
ИЭП — основной и резервный — расположены в нижней части
блока УМ.
Заканчиваемые в 1992 г. работы'по созданию ЛБВ в диапазоне
частот 6 ГГц типа «Шасла-ЗМК» создают предпосылки для реали-
зации эффективного выходного УМ узловых ЗС с РВЫх=300 Вт,
Кр>50 дБ и КПД>30 %.
Дальнейшее развитие техники УМ на ЛБВ будет идти в направ-
лениях повышения надежности и КПД высоковольтных источ-
ников электропитания, решения комплекса конструктивно-техноло-
гических проблем по обеспечению работы УМ в открытом космосе,
стабилизации их параметров схемотехническими методами.
ТРАНЗИСТОРНЫЕ УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ
В течение последних 10 лет за рубежом ведутся интенсивные
работы по созданию и внедрению взамен ЛБВ твердотельных
усилителей диапазона СМВ на основе полевых GaAs-транзисторов
с барьером Шотки (ПТБШ) (6—9]. Это объясняется тем, что
транзисторные усилители мощности (ТУМ) позволяют получить
вышрыш в массе, габаритах и надежности, а также обеспечить
лучшую линейность амплитудной характеристики при таких же,
как и у УМ на ЛБВ в линейном режиме, значениях КПД (1 ].
В качестве примеров, иллюстрирующих уровень зарубежных до-
стижений в создании ТУМ диапазона СМВ, можно привести уси-
лители фирмы «SSPA Microwave—Corporation», обеспечиваю-
щие в диапазонах 3,7...4,2 ГГц и 5,9...6,4 ГГц Рвых от 12 до 100 Вт с
Кр 50...60 дБ при КПД 19...12 % [7, 8J, Фирма «SSPA Microwave
Corporation» выпускает также усилители в диапазоне 14...14,5 ГГц
с Рвык, равными 5; 8 и 12 Вт. Создание подобных усилителей
стало возможным благодаря наличию за рубежом широкого ассор-
тимента серийно выпускаемых рядом фирм внутрисогласованных
ПТБШ на различные участки диапазона СМВ (0,5...18 ГГц) и
различные уровни мощности (вплоть до 25 Вт) с Кр 5...12 дБ и
КПД. равном 20...40 % [9]. При создании ТУМ на ПБТШ с повы-
шенной Рвых широко используются схемы сложения мощ-
ностей |10|.
Развитие техники ТУМ за рубежом сегодня идет по пути совер-
шенствования схем сложения мощностей благодаря использова-
нию технологии монолитных интегральных схем (МИС) [11] и
созданию новых транзисторных структур с повышенными РВЫ11
и КПД. Примером достижений последнего направления могут
служить результаты разработки биполярных транзисторов с гете-
ропереходом (НВТ-транзисторов) [12|.
Основные типы отечественных мощных ПБТШ (с Рвых 3...
10 Вт) диапазона СМВ разработаны сравнительно недавно и
находятся в стадии освоения серийного производства. Это позво-
ляет создавать базовые ТУМ с Рвых 5... 15 Вт. Такие усилители
представляют интерес с точки зрения использования их в БРТР,
построенных на основе МДА или ФАР, а также в более мощных
усилителях с применением схем сложения мощностей.
Характеристики усилителей, разработанных в МНИИРС и пред-
назначенных для использования в РИДА БРТР или ЗС, приведены
в табл. 2. Структурная схема ТУМ диапазона частот 3,7...4,2 ГГц
представлена на рис. 2.
Транзисторы ЗП606Б-2 и ЗП925 выпускаются серийно, а тран-
зистор типа «Перегон-1» находится в процессе освоения его се-
рийного производства. Выходной каскад собран по балансной
схеме с мостами Ланге на входе и выходе. Значения параметров
каждого из каскадов усилителя даны в табл. 3. Питание усили-
теля осуществляется от источников тока напряжением -|-7 В (цепи
стока транзисторов) и —5 В (цепи затвора транзисторов). Сум-
марное потребление мощности от источников питания —24 Вт.
Уровень комбинационных составляющих третьего порядка при
выходной мощности на 3 дБ ниже порога насыщения не пре-
вышает —20 дБ, что приемлемо для использования усилителя в
системах СС с МДЧР. На рис. 3 изображена структурная схема
возможного варианта развития усилителя диапазона 3,7...4,2 ГГц
Таблица 2
Диапазон рабочих частот, ГГц Р ВЫХ’ Вт дБ КПД. о/ /0 Вид охлаждения Назна- чение
4
(полоса 0,5) 5,5 27 23 естественное БРТР
6
(полоса 0,25) >36 40 16 —»— ЗС
14...14,5
(полоса 0,15) 4 26 10 —»— ЗС
Таблица 3
№ каскада Р Вт Г ВЫХ’ 1 К„. дБ кпд, %
1 0,18 12,5 29,0
2 12 8,0 24,0
3 5,5 6,5 30,0
Усилитель полностью 5,5 27 23,0
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
31
рвх
Рис. 2
с увеличенной выходной мощностью (до 10...12 Вт). В этом ва-
рианте электрические режимы работы каскадов на транзисторе
типа «Перегон-1» одинаковы и аналогичны режиму выходного
каскада базового варианта [5|.
Структурная схема усилителя диапазона 6,0 ГГц с уровнем
/эвых = 36 Вт приведена на рис. 4. Требуемый уровень выходной
мощности достигается суммированием с помощью волноводного
сумматора четырех усилительных модулей УМ-10. Они имеют
волноводные выход и вход (35X15 мм) и характеризуются сле-
дующими параметрами: Рвых^Ю Вт, Ар^6 дБ и КПД^22 %.
На входе УМ-10 установлен фазовый компенсатор, который
обеспечивает разброс электрической длины усилителей не более
±15 град; УМ-10 содержит два каскада усиления; выходной
каскад выполнен по балансной схеме. Внешний вид модуля
УМ-10 со снятой герметизирующей крышкой показан на
рис. 5.
Предварительный усилитель (ПУМ) имеет уровень PBblx^2,5 Вт
и Ар^25 дБ (пять каскадов усиления). На рис. 6 приведена
фотография ПУМ со снятой герметизирующей крышкой.
Усилители ПУМ и УМ-10 используют ПТБШ типов ЗП604А-2,
ЗП6ОЗБ-2 и ЗП93РВ-2. Усилитель снабжен схемой защиты, кото-
рая отключает питание по цепям стока транзисторов при про-
падании напряжения смещения на затворах транзисторов или
входного сигнала и тем самым предотвращает выход из строя
транзисторов вследствие превышения рассеиваемой в них мощ-
ности над допустимой.
При проектировании усилителя была проведена оптимизация
параметров согласующих цепей отдельных каскадов с помощью
ЭВМ типа IBM PC по специально разработанной программе [5|
с использованием экспериментально найденных по оригинальной
методике [23, 5] значений импедансов транзисторов.
Структурная схема усилителя диапазона частот 14 ГГц с
/)вых=4 приведена на рис. 7. Требуемый уровень Рвых дости-
гается за счет суммирования с помощью волноводных сумматоров
мощностей четырех УМ-1.
Трехкаскадные модули УМ-1 собраны на базе транзисторов
ЗП927 с Рвых-0,45 Вт при температуре корпуса ±65 °C. В оконеч-
ном каскаде производится суммирование четырех транзисторов.
Модули имеют волноводные вход и выход (16X8 мм) и характери-
зуются следующими параметрами: РВЫх^1,2 Вт, Кр^6 дБ и
Рис. 5
КПД^К) %. Согласующие цепи и делители-сумматоры в УМ-1
выполнены микрополосковыми на поликоровых подложках толщи-
ной 0,5 мм. Предварительный усилитель (ПУМ) имеет выходную
мощность 1,2 Вт при Кр=20 дБ (7 каскадов усиления). В нем
использованы транзисторы ЗП604В-2, ЗП604А-2 и ЗП927. ТУМ
диапазона частот 14...14,5 ГГц предназначен для использования в
РПДА оконечных ЗС, в то время как в магистральных (узловых)
ЗС, а также в БРТР диапазона частот 11 ГГц предполагается
применять УМ на ЛБВ (см. табл. 1).
Достаточно широкая номенклатура биполярных транзисторов
(БПТ) диапазона ДМВ отечественного производства с рабочими
характеристиками, не уступающими зарубежным образцам, позво-
лила создать ряд ТУМ диапазона частот 1,4...1,7 ГГц (табл. 4).
Разработанные базовые ТУМ с /эвых 1,5 Вт характеризуются
высокой степенью линейности амплитудной характеристики, обес-
печивающей малый уровень интермодуляционных искажений
(ИМИ), что весьма важно при использовании ТУМ в системах с
МДЧР.
В усилителе с КПД=22 % малый уровень ИМИ достигается
благодаря применению специальных мощных линейных БПТ.
(Этот подход получил интенсивное развитие в последнее время за
рубежом). Выходной каскад усилителя построен по балансной схе-
ме на отечественных линейных транзисторах типа КТ-9137А и
обеспечивает Рвых= 1,5 Вт с усилением 7...8 дБ при КПД 25...27 %.
Путем оптимизации смещения в каждом плече получен уровень
ИМИ —41 дБ. В целом усилитель содержит два каскада —
первый собран на ПТБШ типа ЗП910-А. В настоящее время за-
кончена разработка более мощного линейного БПТ (КТ-9137Б),
который позволит увеличить Рвых базового усилителя до 4...
5 Вт [23].
В другом усилителе с КПД=30 % для обеспечения малого
уровня ИМИ использованы схемно-технические решения по ли-
неаризации амплитудной характеристики и компенсации фазо-
амплитудной зависимости. Линеаризация амплитудной характери-
стики осуществляется с помощью диоднорезистивной цепочки,
включенной между базой и эммитером БПТ типа КТ937Б, в вы-
ходном каскаде. С помощью этой цепочки осуществляется подача
32
ISSN 0013-5771, «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
Таблица 4
Диапазон частот, ГГц 1,4. .1,6 1,5 1,5
Рвь.х- Вт 25 >1,5 >1,5
Кр. ДБ 27 24 20
КПД, % 35 22 30
Уровень ИМИ 3-го порядка, дБ — — (30—32)** —30*
Габариты, мм 160X85X20 — —
Вес, кг 0,36 — —
Назначение СМС и БРТР БРТР с АФАР БРТР с АФАР
Примечание: * — использован мощный линейный БПТ; ** — использованы
схемотехнические методы линеаризации.
напряжения смещения на эмиттерный переход транзистора, вклю-
ченного по схеме с общей базой, введение отрицательной обратной
связи по току на частоте огибающей, а также температурная
компенсация. Частичная компенсация фазоамплитудной зависимо-
сти реализуется выбором напряжения на затворе установленного
в первом каскаде GaAs-ПТБШ типа ЗП6ОЗБ-2, при котором
фазоамплитудная характеристика первого каскада близка к соот-
ветствующей характеристике выходного каскада и противополож-
на ей по знаку. Усилитель выполнен по гибридно-пленочной тех-
нологии и работает в интервале температур от —10 до -|-40 °C
[231. Выходная мощность линейных усилителей может при необхо-
димости наращиваться путем суммирования базовых усилителей.
В усилителе диапазона частот 1,4...1,6 ГГц с Рвых—25 Вт ис-
пользован недавно разработанный БПТ с частичным внутренним
согласованием типа КТ-989Г, который обеспечивает Рвых 13...14 Вт
(при коэффициенте нагрузки по мощности рассеивания 0,7 и тем-
пературе корпуса транзистора +80 °C) с усилением 7...8 дБ и
КПД=45 %. Все три каскада усилителя выполнены по балансной
схеме: первый — на транзисторе КТ-634А-2, второй — на транзи-
сторе КТ-937А-2, третий — на транзисторе КТ-989Г. Для стабили-
зации параметров при изменении уровня входного сигнала и тем-
пературы окружающей среды использована автоматическая регу-
лировка выходной мощности [23].
Следует заметить, что отечественные транзисторы, в особенности
диапазона СМВ, уступают зарубежным по основным параметрам,
таким как уровень Рвых, КПД и коэффициент усиления. Это
вынуждает разработчиков усилителей, в стремлении достичь зару-
бежных показателей, увеличивать число каскадов усиления, ис-
пользовать громоздкие схемы сложения мощностей (четырех и
более усилителей) и мощные источники питания. В результате
отечественные ТУМ при одинаковых с зарубежными выходных
параметрах проигрывают им по массо-габаритным характеристи-
кам, надежности и сроку службы несмотря на то, что используемые
при создании отечественных УМ методы проектирования, схемотех-
нические и конструктивно-технологические решения для гибридно-
интегрального исполнения находятся на уровне зарубежных.
ПЕРСПЕКТИВЫ ОСВОЕНИЯ ДИАПАЗОНА
МИЛЛИМЕТРОВЫХ ВОЛН
Широкий интерес к использованию диапазона миллиметровых
волн (ММВ) в системах СС наблюдается с конца 70-х— начала
80-х годов. Это обусловлено рядом преимуществ диапазона ММВ
по сравнению с СМВ-диапазоном. К числу основных из них
относятся: возможность реализации более широких полос про-
пускания, что позволяет значительно увеличить объем и скорость
передаваемой информации; большое усиление и узкие диаграммы
направленности при малой апертуре антенн ММВ, что способствует
скрытности связи, ослаблению интерференционных помех,^улучше-
нию массо-габаритных характеристик бортового и земного обору-
дования СС благодаря снижению мощности передатчиков; более
легкая, чем в СМВ-диапазоне, реализация МЛА и ФАР.
За рубежом наибольший прогресс достигнут в создании коммер-
ческих систем СС диапазона частот 30/20 ГГц (30 ГГц — рабочие
частоты линии ЗС — ИСЗ, 20 Гц — рабочие частоты линии ИСЗ —
ЗС). Первенство в этом удерживает Япония, имеющая шестилет-
ний опыт эксплуатации связного ИСЗ CS-2, запущенного в 1983 г.
с гарантируемым сроком службы пять лет и имевшего на своем
борту шестиканальный БРТР диапазона 30/20 ГГц. В 1988 г.
Японией осуществлен запуск двух ИСЗ серии CS-3 (CS-3A и
CS-3B, рассчитанных на семь лет службы и снабженных 10-каналь-
ными 30/20 ГГц-БРТР, с помощью которых организуются около
6000 дуплексных телефонных каналов [13]. В Японии ведутся
также работы по созданию перспективных систем СС на частотах
30/20 ГГц с использованием бортовых МЛА с высокой точностью
нацеливания сверхузких лучей (около 0,3°). Охват всей территории
Японии осуществляется с помощью 13 лучей. Запуск эксперимен-
тального спутника ETS-VI с такой аппаратурой намечался в
1992 г. [14]. Кроме того, в Японии же ведутся исследования
по спутниковому цифровому вещанию и телевидению высокой
четкости в диапазоне частот 27/22 ГГц с применением бортовых
шестилучевых МЛА, а также по использованию диапазона частот
50/40 ГГц (запуск перспективного спутника ACTS-Е предполагал-
ся в 1991 г.). Системы СС диапазона частот 30/20 ГГц разрабаты-
ваются также в США, ФРГ, Швеции [15].
В США создаются системы СС для более высоких частотных
диапазонов ММВ [16]. Так, в рамках программы MILSTAR
создается система, работающая в диапазоне 44/20 ГГц. Характер-
ная особенность системы — использование в ней самых передовых
и вместе с тем сложных и дорогостоящих технических решений
(МЛА и ФАР на борту, ШПС, псевдослучайная перестройка
рабочих частот в полосе 2 ГГц, обработка и коммутация сигналов
на борту, режимы МДЧР и МДВР). В системе MILSTAR преду-
сматривается также реализация межспутниковой связи в диапазо-
не 60 ГГц.
Необходимо отметить, что успехи в освоении диапазона ММВ
за рубежом обусловлены прежде всего наличием обширной базы
электровакуумных и полупроводниковых приборов (ЛБВ, клистро-
нов, транзисторов, полупроводниковых диодов различного вида и
т. п.), непрерывно совершенствуемой на протяжении 15...20 лет.
В бортовой и земной РПДА в качестве усилительных элементов
применяются в основном ЛБВ и транзисторы.
Бортовые ЛБВ диапазона 20 ГГц выпускаются рядом зарубеж-
ных фирм |17]. Из существующих особый интерес, на наш взгляд,
представляет лампа типа 918HADVT (фирма «Hughes», США),
обеспечивающая в диапазоне частот 17,7...21,2 ГГц выходную мощ-
ность 70 Вт с усилением 45 дБ и КПД-48 % [22]. ЛБВ для
ЗС диапазонов частот 30 и 44 ГГц характеризуются выходной
мощностью от нескольких сотен ватт до 2,0 кВт с К. до 50 дБ и
КПД до 40 %.
За последние несколько лет за рубежом достигнут значительный
прогресс в создании транзисторных усилителей мощности (ТУМ)
диапазона 20...60 ГГц. Так, на основе разработанного Линкольнов-
ской лабораторией Массачусетского технологического института
(США) транзистора с проницаемой базой (ТПБ) могут быть
созданы усилители в диапазоне 20 ГГц с Рвых 0,2...0,5 Вт в полосе
частот 1,0 ГГц, усилением около 4 дБ и КПД, равном 30...40 %
[12, 18|. Фирмой «Toshiba» (Япония) разработан GaAs-монолит-
ный усилитель, обеспечивающий Рвых=2,0 Вт в линейном режиме
и 3,0 Вт в режиме насыщения в полосе частот 28...32 ГГц с
Кр=3,3 дБ и КПД около 10 % [19J. Фирмой «Avantek» (США)
разработаны усилители на ПТБШ, обеспечивающие выходную
мощность 2,0 Вт на частоте 30 ГГц и 0,2 Вт на частоте 44 ГГц.
Пятикаскадный усилитель на ПТБШ со сложением мощностей в
полосе частот 48...52 ГГц имеет Рвых=0,63 Вт (в режиме насыще-
ния), КПД=5 % и Кр=18 дБ [20, 21 ].
В нашей стране создание УМ диапазона ММВ возможно только
на базе ЛБВ из-за практического отсутствия необходимой тран-
зисторной базы. В частности, в МНИИРС разрабатывается борто-
вой усилитель на ЛБВ типа «Штат-2» диапазона частот 20,0...
21,4 ГГц с выходной мощностью 20 Вт, Кр=45 дБ и КПД
(с учетом КПД источника электропитания) 30 %.
Усилитель будет иметь модульную конструкцию и включать в
свой состав ИЭП, а также необходимые элементы СВЧ-тракта
(вентили, датчики мощности и т. п.). Усилитель, вес которого не
должен превышать 15‘кг (с учетом наличия двух усилительных
трактов — основного и резервного), предназначен для установки
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
33
вне термоконтейнера на борту ИСЗ. В усилителе предусматривает-
ся автоматическая защита ЛБВ и ИЭП в аварийном режиме [5J.
Минимальное время наработки до отказа должно составлять не
менее 50.000 ч.
Отечественной промышленностью ведутся также работы по
созданию ЛБВ двух типов диапазона частот 43,5...45,5 ГГц, одна
из которых будет иметь Рвых 20 Вт при КПД=40 %, а другая —
100 Вт при КПД 30...35 %. С появлением опытных образцов этих
ламп появится и возможность реализации УМ для оконечных и
узловых ЗС. Кроме того, отечественная промышленность имеет
научно-технический задел для создания ЛБВ в диапазонах частот
30 и 60 ГГц. Дальнейшая реализация этого задела будет идти
в рамках программ по созданию перспективных систем спутнико-
вой связи.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ближайшем будущем отечественная техника усилителей мощ-
ности для систем СС будет развиваться в направлении совер-
шенствования основных характеристик УМ: увеличения выходной
мощности, КПД, коэффициента усиления, полосы рабочих частот,
линейности амплитудной характеристики и т. п., повышения ста-
бильности параметров, надежности и срока службы, освоения
новых частотных диапазонов, поиска новых схемотехнических
и конструктивно-технологических решений, способствующих
уменьшению веса, габаритов и стоимости изготовления.
Развитие отечественных УМ может быть заметно ускорено и
быстро доведено до современного мирового уровня при условии
форсированного создания соответствующей отечественной базы
усилительных элементов (ЛБВ и транзисторов) или возможности
использования зарубежных элементов. Очевидно, что появлению
конкурентоспособных УМ могло бы способствовать увеличение
капиталовложений в разработки отечественных коммерческих си-
стем спутниковой связи.
ЛИТЕРАТУРА
1. Mahle G. Е. et al // IEEE AES Magazine.— November.—
1988,— Pp. 3—10.
2. Биленко А. П. Современные проблемы спутниковой связи //
Техника средств связи,— Сер. Техника радиосвязи.— 1990.—
Вып. 1,— С. 3—11.
3. Горбачевская 3. М. Состояние и тенденции развития зарубеж-
ных ЛБВ в 1980—1983 гг. // Обзоры по электронной технике.—
Сер. 1. Электроника СВЧ. — 1984. — Вып. 10 (1065).
4. Андрианова Е. П. Зарубежные ЛБВ, рекламированные в
1988—1989 гг. — ОНТИ НПО «Исток». — 1990.
5. Исследование вопросов построения перспективных устройств
приемопередающей аппаратуры. Промежуточный научно-тех-
нический отчет по НИР «Кадмий-2». — М.: МНИИРС, 1991.
6. 13th AIAA Int. Commun. Satel. Syst. Conference., 1990.
7. Проспект фирмы SSPA Microwave Corparation. — 1984.
8. Microwave J.— 1989.— Vol. 32.— n 2.
9. Microwaves and R. F.— 1991.— N 9.— P. 157.
10. Tokumitsu Y. et al. A 6-GHz 80—w GaAs FET Amplifiers
with a TM-mode Cavity Power Combiner // IEEE Trans.—
1984. — Vol. MTT-32. — № 3. — P. 301—308.
11. Komiak J. J. // IEEE Trans.— 1990. — Vol. MTT-38.—
№ 12. — P. 2001—2006.
12. Briere P. et al. // Microwellen and HF Magazin. — 1990.—
Vol. 16. — № 5/6. — P. 397—402.
13. J. of the Institute of Televizion Engineers of Japan.— 1987.—
Vol. 41,— № 44.— Pp. 319—327.
14. IEEEJ. of selected areas on commun. 1987. — SAC-5. — N 4. —
Pp. 556—570.
15. Гвозденко А. А. Спутниковые системы связи: состояние и
перспективы // Зарубежная радиоэлектроника.— 1990.—
№ 9. — С. 3—33.
16. Лившиц И. И. и др. Использование ИСЗ для связи в диапа-
зоне миллиметровых волн // Зарубежная радиоэлектроника. —
1987. — № 5. — С. 41—49.
17. Лысова И. К. и др. СВЧ приборы О-типа для систем миллимет-
рового диапазона // Обзоры по электронной технике. Сер. 1.
Электроника СВЧ. — 1987. — Вып. 10 (1267).
18. IEEE MTT-S Digest.— 1988.—Pp. 525—528.
19. IEEE MTT-S Digest.— 1989,—Pp. 1105—1108.
20. Microwaves and RF.— 1990.— Vol. 29,— № 2.— P. 22.
21. GaAs IC Symp. // Technical Digest.— October, 1989.— P. 267.
22. IIth’ AIAA Commun. Sat. Syst. Conference.— 1986.—
Pp. 600—604.
23. Проблемы развития спутниковой связи // Техника средств
связи. Сер. Техника радиосвязи. — 1990. — Вып. 1. — С. 58—
138.
Получено 15.10.92
УДК 621.396.1
СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗРАБОТКИ АППАРАТУРЫ
ЛИНЕЙНЫХ ТРАКТОВ ПРИЕМНИКОВ
И ВОЗБУДИТЕЛЕЙ ПЕРЕДАТЧИКОВ
Ю. Д. Колоколов, Л. К. Солошек
В понятие аппаратуры линейных трактов приемников
и возбудителей передатчиков входит комплекс
функциональных блоков, располагаемых в составе радиостанции
на участке от модема до антенны, за исключением
оконечного усилителя мощности передатчика и устройств
синтеза частот гетеродинов.
За годы существования Московского НИИ радиосвязи облик
разрабатываемой специалистами института аппаратуры
линейных трактов (ЛТ) неоднократно изменялся.
В пятидесятые годы и начале шестидесятых годов главные
задачи по разработке аппаратуры заключались в создании
серии связных самолетных радиостанций. Их отличительными
чертами были: работа в УКВ и начале ДЦВ диапазонах
частот, наличие перестраиваемого по диапазону преселектора
и гетеродина, узкая сквозная полоса пропускания.
В шестидесятые годы, с освоением околоземного космического
пространства, началась активная разработка аппаратуры
для систем спутниковой радиосвязи.
Как известно, в спутниковой связи раньше использовался
в основном принцип многостанционного доступа с частотным
разделением каналов, а главными проблемами, целенаправленно
решаемыми создателями систем, являются повышение
пропускной способности и помехозащищенности систем,
повышение их энергетического потенциала.
Применительно к аппаратуре ЛТ это означает необходимость:
— освоения все более высокочастотных диапазонов;
— построения приемных трактов с широкополосным входом
при сохранении жестких требований к характеристикам
избирательности и линейности;
— разработки малошумящих входных устройств, обеспечивающих
низкий уровень собственных шумов, избирательность по
отношению к мощным сигналам помех, высокий уровень
линейности амплитудных характеристик и, в ряде случаев,
нормированность фазовых характеристик;
— создания умножителей частоты (УЧ), работающих
в оконечных цепях формирователей сигналов гетеродинов
34
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
и обладающих высокой помехоустойчивостью;
— разработки линейных преобразователей частоты «вверх»
и «вниз», работающих в широкой полосе частот;
— разработки широкой номенклатуры фильтров различного
назначения и диапазона частот;
— создания аппаратуры с минимальными массо-габаритными
характеристиками и энергопотреблением, высокой надежностью.
Рассмотрим подробнее состояние дел и перспективы решения
перечисленных основных задач.
Освоение высокочастотных диапазонов волн непосредственно
связано с повышением пропускной способности систем спутнико-
вой радиосвязи. На предприятии создана широкая номенклату-
ра различных функциональных узлов (усилителей, смесителей,
умножителей, фильтров и др.), используемых при разработке
блоков ЛТ в дециметровом и сантиметровом диапазонах
волн до частот около 14 ГГц. На основе этих блоков в короткие
сроки может быть произведена любой сложности аппаратура
линейных трактов, ретрансляторов и земных связных станций.
Продолжаются работы по повышению уровня характеристик
функциональных узлов. Осваиваются элементная база, схемо-
технические решения, внедряются новые технологические про-
цессы. Имеется значительный задел макетных проработок
построения приемо-возбудительной аппаратуры в миллиметро-
вом диапазоне волн. Граница проникновения в область
миллиметровых частот постоянно продвигается вверх и, воз-
можно, к 2000 г. достигнет 100 ГГц.
В системах спутниковой связи широкополосность входа
приемных трактов — их отличительная особенность. На рис. I
показана функциональная схема, типичная для такого приемника.
Полоса пропускания части тракта приемника спутниковой
связи от входа малошумящего усилителя (МШУ) до первого
смесителя в диапазоне частот до 14 ГГц составляет, как пра-
вило, 500 МГц. После первого смесителя См1 происходит
«сворачивание» полосы пропускания до величины 50 МГц, с по-
мощью нескольких частот, вырабатываемых формирователем
опорной частоты (ФОЧ). Во втором смесителе См2 осуще-
ствляется перенос частоты принимаемого сигнала на вторую
промежуточную частоту с узкой полосой пропускания бла-
годаря выбору конкретного значения частоты сигнала синтеза-
тора точной сетки (СТС).
Описанная последовательность преобразования широкой вход-
ной полосы пропускания в узкую полосу, формируемую
фильтром, располагаемым в усилителе промежуточной частоты
(УПЧ), охваченным цепью АРУ, типична для земных станций
спутниковой связи. При проектировании ретрансляционных прием-
ников область тракта, в которой закладывается полоса про-
пускания, требуемая по входу приемника, простирается обычно
до второго смесителя.
Отметим, что при использовании в системе связи сложных,
обладающих повышенной помехозащищенностью видов модуля-
ции схема приемника может оказаться значительно сложнее
приведенной на рис. 1. Однако сам принцип постепенного
сужения полосы пропускания от входных каскадов вглубь
тракта остается неизменным.
Широкая входная полоса пропускания затрудняет фильтра-
цию побочных каналов приема. Некоторые из них оказываются
внутри полосы пропускания, и уровень их подавления опреде-
МШУ — малошумящий усилитель; ФЗК1, ФЗК2 — фильтры пер-
вого и второго зеркальных каналов; См1, См2 первый и
второй смесители частоты; Ф — фильтр; ПУПЧ — предваритель-
ный усилитель первой промежуточной частоты; УПЧ —- усилитель
промежуточной частоты /пч2; УЧ1, УЧ2 — первый и второй умно-
жители частоты в п и т раз соответственно; ФОЧ — форми-
рователь опорной частоты; СТС — синтезатор точной сетки.
ляется только линейностью характеристик широкополосных
каскадов. К одному из наиболее сильных относится канал
типа 2^ + 2^, где fr — частота гетеродина, /с — сигнала. Су-
ществующая отечественная элементная база позволяет осу-
ществить проектирование приемных трактов, где сигналы дан-
ного канала подавляются на величину 40...45 дБ.
Важный параметр приемника — его динамический диапа-
зон, определяемый часто по критерию подавления интермоду-
ляционных составляющих третьего порядка. При измерении
величины данного параметра на вход приемного тракта пода-
ются два сигнала с частотами, находящимися в полосе про-
пускания. Частотное расположение испытательных сигналов
выбирается таким образом, чтобы продукты интермодуляции
также оказались в полосе пропускания.
Типовая норма на данный параметр — минус 40...45 дБ.
Важное значение для ее обеспечения имеет рациональное
распределение усиления между функциональными блоками в
ЛТ приемника. Одно из типичных распределений усиления
показано на схеме рис. 1. При этом учитывается, что «точка пересе-
чения продуктов третьего порядка» для большинства совре-
менных отечественных транзисторов, применяемых при проекти-
ровании СВЧ линейных трактов приемников, составляет при-
мерно 10 дБ/мВт.
Многообразие задач, решаемых разработчиками при про-
ектировании комплексов ЛТ станций спутниковой связи, дает
широкий простор для создания и внедрения новых схемотех-
нических решений, улучшающих параметры трактов.
Остановимся на некоторых проблемах проектирования функ-
циональных узлов и блоков, входящих в схему рис. 1.
Малошумящий усилитель один из важнейших узлов
приемника, полностью определяющий его эквивалентную шу-
мовую температуру — Тшз. В качестве МШУ можно исполь-
зовать микросхемы из ряда отечественных серийно выпускае-
мых устройств. Однако во многих случаях более рационально
применение МШУ собственной разработки, что связано со спе-
цификой их функционирования в системах спутниковой радио-
связи. Так, при работе в широком диапазоне входных частот
СВЧ диапазона (до 10... 12 % от средней частоты) на вход
МШУ воздействуют полезные сигналы и помехи, с перепадом
входных уровней 60 дБ и более.
Помехи значительного уровня могут быть, в частности,
созданы близко от рабочей полосы частот приема вследствие
просачивающейся мощности передатчиков, входящих в состав
связного комплекса. Сильные внеполосные помехи могут при-
водить, вследствие нелинейности характеристик МШУ, к появле-
нию побочных каналов приема в полосе рабочих частот.
С другой стороны, маломощные транзисторы МШУ весьма
уязвимы для больших уровней помех по входу.
МШУ, разрабатываемые на предприятии, обладают широким
динамическим диапазоном. С этой целью второй и последую-
щие каскады строятся по балансной схеме с использованием
более мощных транзисторов. Воздействие сильной внеполосной по-
мехи по входу МШУ должно быть снижено до приемлемого уровня
(0,1...1,0 мкВт) при помощи специального фильтра. В ряде слу-
чаев реализация входного фильтра приводит к большему числу
звеньев и росту потерь в нем, что заметно увеличивает Тшэ МШУ,
либо к возрастанию массы и габаритов устройства. Оказывается
более рациональным распределение селекции по каскадам МШУ.
Тогда жесткие требования на селекцию входного фильтра
могут быть снижены и соответственно снижены потери в фильтре.
Приведенные соображения показывают, что в МШУ, рабо-
тающем в составе конкретного связного комплекса, параметры
шумовой температуры, динамического диапазона, селекции
взаимосвязаны. Для оптимальной взаимоувязки требуется
индивидуальное проектирование, с учетом условий функциони-
рования аппаратуры.
Во входных каскадах МШУ, разрабатываемых на пред-
приятии, используются малошумящие полевые транзисторы
(ПТ) с барьером Шотки, освоенные отечественной промыш-
ленностью, а также современные отечественные ПТ с повы-
шенной подвижностью электронов, выпускаемые опытными пар-
тиями. Уровень разработок (1991 —1992 гг.), оцениваемый
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
35
Рис. 2
величиной Гшэ МШУ для различных диапазонов волн, иллю-
стрируется графиком рис. 2 (сплошная кривая).
В ближайшей перспективе — промышленное освоение оте-
чественных ПТ с высокой подвижностью электронов (НЕМТ),
обладающих большей, по сравнению с обычными ПТ, высоко-
частотностью и пониженным уровнем собственных шумов. Так,
современный НЕМТ-прибор, разработанный одной из фирм Япо-
нии, имеет коэффициент шума транзистора Л'шт — 0,3...0,4 дБ
на частоте 12 ГГц и Кшт = 0,8...1,0 дБ на 18 ГГц. Разработки
отечественных приборов аналогичногоvуровня следует ожидать
в 1995—1997 гг.
С учетом параметров ПТ и добавочных составляющих
шума вследствие влияния потерь на входе (от входного
соединителя, развязывающего ферритового вентиля и т. п.)
примерно 0,2...0,3 дБ, а также влияния последующей части
тракта, обычно 0,3...0,4 дБ, оценочная величина коэффициента
шума Кш МШу»Лшт+0,5...0,7 дБ. С учетом приведенного соот-
ношения на рис. 2 построен график экспертной оценки Тшэ МШУ
на 1994—1995 гг. при использовании отечественной элементной
базы (пунктирная кривая).
Один из способов дополнительного снижения Т ,1Э МШУ —
охлаждение входного транзистора. В инженерных реализациях
используется охлаждение за счет эффекта Пельтье, а темпе-
ратура составляет минус. 40—50 °C. Однако это направление
не получило широкого распространения из-за сопутствующих
недостатков: сложности конструкции МШУ, заметного увеличе-
ния его массы и габаритов, дополнительного энергопотреб-
ления (до 10 Вт), снижения надежности и долговечности.
В аппаратуре, разрабатываемой на предприятии в основном
для бортовых и мобильных станций, охлаждаемые МШУ при-
менения не нашли.
Существенный вопрос при использовании ЛАШУ на ПТ в реаль-
ных изделиях, содержащих на входе (выходе) фильтровые
структуры,— обеспечение устойчивости. Собственно полевой
транзистор — потенциально неустойчивый прибор, и при
значительном возрастании коэффициента стоячей волны на-
грузки (КСВН) по входу или выходу за полосой прозрачности
фильтра возможна его неустойчивость. Для устойчивой рабо-
ты МШУ применяются следующие способы: включение по входу
ЛАШУ ферритового развязывающего вентиля; включение на вхо-
де балансной схемы; введение в каскады обратной связи.
Наиболее высокие результаты по Тшз достигнуты при ис-
пользовании на входе МШУ объемного ферритового вентиля,
обладающего малой величиной прямых потерь /гв<0,15 дБ.
Если же на входе МШУ микрополосковые вентили с £в ~
«0,4...0,5 дБ, Гщэ заметно возрастает. Развязка входа феррито-
вым вентилем оптимальна в сантиметровом диапазоне волн.
В дециметровом диапазоне размеры и масса объемного вен-
тиля возрастают, и более целесообразным по конструктив-
ным соображениям становится применение балансной схемы
с квадратурными мостами типа мостов Ланге. Они обеспечива-
ют широкополосный активный импеданс в сторону ПТ с
КСВН« 1,2...1,5, поддерживая тем самым устойчивость ПТ
вне зависимости от импеданса со стороны входа. Однако сле-
дует учитывать, что потери в мосте Ланге 0,3...0,4 дБ повы-
шают величину Тшэ относительно варианта с объемным вентилем.
При работе в .более низкой части ДЦВ диапазона эффек-
тивна схема каскада с отрицательной обратной связью,
которая дает устойчивость входного ПТ и близкий к согласо-
ванному входной импеданс. Благодаря обратной связи снижается
коэффициент усиления каскада, но для 1 астот дециметрово-
го диапазона это еще не столь существенно.
В разработках МНИИРС используются все указанные
выше методы обеспечения устойчивости МШУ; выбор зависит
от рабочего диапазона частот конкретного изделия, его широко-
полосное™ и других особенностей.
Остановимся на еще одной специфической области приме-
нения МШУ в разработках предприятия, а именно на их ис-
пользовании в составе активной фазированной антенной решет-
ки (АФАР). В МШУ вводятся не только элементы селекции,
но и цепи управления фазой и амплитудой. Полученное
в результате устройство объединяет комплекс функциональ-
ных узлов и обычно называется приемным малошумящим
модулем.
Одна из серьезных задач, которую удалось решить в прием-
ных модулях АФАР сантиметрового диапазона волн,— мини-
мизация фазовых разбросов модулей в широкой полосе
частот А/ = 500 МГц. Полученная величина разброса фазы
17° [1] обеспечивается при всех эксплуатационных
воздействиях на аппаратуру; по этому параметру она превосхо-
дит аналогичные устройства, разработанные предприятиями
бывшего Минэлектронпрома.
Для поддержания заданной стабильности разброса и ухода
фазы, а также разброса и ухода коэффициента усиления
в каскадах упомянутого приемного модуля применена схема
индивидуального авторегулирования токов стока транзисторов.
Высокая идентичность приемных модулей обеспечивается преж-
де всего благодаря современной групповой технологии изготов-
ления входящих интегральных узлов, а также тщательному
контролю разбросов фазы и коэффициента усиления модулей
в полосе частот на всех этапах регулировки и испытаний
модулей.
На предприятии ведутся работы по дальнейшему сниже-
нию группового разброса фаз приемных модулей.
СВЧ умножители частоты часто используются в качестве
оконечных каскадов трактов формирования сигналов гетеро-
динов. Особенность их функционирования — отход от выбора
наиболее выгодного по энергетическим показателям режима
работы нелинейного элемента. В [2] показано, что для макси-
мальной помехоустойчивости УЧ, оцениваемой его способностью
ухудшать соотношение уровней сигнал/помеха на выходе по
сравнению с соотношением на входе, угол отсечки должен пре-
вышать 90°. Тогда реализуется минимально возможная вели-
чина ухудшения соотношения сигнал/помеха, определяемая
выражением 20 1g и, где п — коэффициент умножения умножи-
теля. Получаемый при этом энергетический проигрыш незначите-
лен, так как речь идет о маломощных цепях, а выигрыш
в спектральных характеристиках широкополосных трактов
приеме-возбудителей существенен.
Умножители частоты в разработках предприятия строятся
на транзисторах или диодах. Транзисторные варианты ис-
пользуются при необходимости получения коэффициентов
умножения низких кратностей (до п = 5), диодные — от низких
до высоких кратностей. Диодные УЧ с высокой кратностью
умножения в составе узкополосных цепей формирования сигнала
гетеродина позволяют заметно снизить их массогабаритные
характеристики, и поэтому эти УЧ предпочтительнее умно-
жителей, в которых для получения высокой кратности умноже-
ния применяется метод каскадирования. В [3] описываются
практические результаты разработки умножителя кратностью 31
на диоде с накоплением заряда.
В качестве СВЧ фильтров в трактах приемников и воз-
будителей передатчиков применяется широкий перечень уст-
ройств различных типов. С их помощью осуществляются
селекция побочных каналов приема, формирование информатив-
ных сквозных полос пропускания, выделение гетеродинных
составляющих с нужными номерами гармоник в УЧ.
Рассмотрим некоторые особенности применяемых фильтров.
Объемные фильтры коаксиального типа и на диэлектриче-
ских резонаторах обеспечивают затухание в полосе заграж-
дения более 60 дБ и прямоугольность 2,3...2,7. Фильтры в мик-
рополосковом исполнении на полуволновых резонаторах или
четвертьволновой гребенчатой структуры позволяют получить
соответственно около 40 дБ и прямоугольность примерно 3.
В диапазоне частот 200...400 ЛАГц, в котором происходит пере-
36
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», H9 1, 1993
ход от цепей, реализуемых на сосредоточенных элементах,
к цепям на распределенных структурах, получили достаточно
широкое применение фильтры на спиральных резонаторах.
Резонаторы выполняются в виде плоских катушек на ди-
электрических подложках. Такие фильтры хорошо конструктив-
но компонуются в составе аппаратуры СВЧ, разрабатываемой
на базе гибридно-пленочной технологии. По своим параметрам
они близки к фильтрам в микрополосковом исполнении.
В усилителях промежуточной частоты используются фильтры
LC типа или ПАВ.
Имеется ряд хорошо отработанных программ расчета при по-
мощи ЭВМ фильтров различных типов и для различных
диапазонов частот, что позволяет проектировать фильтры быстро
и с минимальными затратами на изготовление макетов.
Особо могут быть отмечены фильтры с дополнительными
связями, при создании которых разработчик сознательно от-
ступает от обычной минимально-фазовой структуры. В результа-
те становится возможной реализация на СВЧ фильтров типа
Кауэра — Золотарева, обладающих наибольшей крутизной харак-
теристики затухания, а также фильтров с дополнительными
полосами затухания.
Широкополосные смесители в линейных трактах СВЧ в подав-
ляющем большинстве случаев строятся по балансным и двой-
ным балансным схемам на диодах Шотки. В качестве- схем
деления сигналов на входах смесителя устанавливаются мосто-
вые устройства на микрополосковых линиях тандемного типа
или типа Ланге, на щелевых линиях, а также на трансформа-
торах с использованием длинных линий. Смесители практи-
чески не требуют регулировочной настройки, обладают доста-
точной широкополосностью и линейностью характеристик. В уз-
кополосных смесителях применяются камертонные схемы.
Особый интерес представляют в последних разработках
диодные смесители с накачкой на субгармонике частоты гете-
родина. Такие устройства снижают требования к УЧ в цепях
гетеродинов, позволяют сократить массо-габаритные параметры
проектируемых блоков [4].
СВЧ смесители на транзисторах не получили широкого
применения. Их преимущество — возможность получения
коэффициента усиления больше единицы (у диодного смесите-
ля коэффициент усиления — минус 6...8 дБ), однако динами-
ческий диапазон заметно меньше, чем у диодных смесителей.
Кроме того, смесители на транзисторах склонны к самовоз-
буждению. Тем не менее, продолжаются работы исследова-
тельского плана в направлении создания узлов, свободных
от указанных недостатков. Их использование позволит удешевить
аппаратуру, снизить ее массу и габариты.
На снижение массы и габаритов аппаратуры постоянно на-
правлены усилия разработчиков. Пути снижения известны:
это внедрение современных методов конструирования и техно-
логий изготовления, повышение интеграции проектируемой ап-
паратуры, использование новейшей элементной базы, разработ-
ка схемотехнических решений, способствующих достижению
поставленной цели. За последние 10 лет масса и габариты
аппаратуры ЛТ уменьшены в 3—4 раза. Масса блоков, осу-
ществляющих перенос сигнала с частот сантиметрового диапа-
зона на частоты в районе 100 МГц и усиление полезного
сигнала на 100 дБ, не превышает 1 кг.
Дальнейшее заметное снижение массы и габаритов, по-ви-
димому, возможно только после внедрения принципиально
новых технологий изготовления аппаратуры, например, моно-
литной технологии при проектировании СВЧ блоков, что, однако,
в ближайшие годы маловероятно.
В последнее время, наряду с созданием станций народно-
хозяйственного назначения для систем спутниковой радиосвязи,
интенсивно ведется разработка радиоаппаратуры бытового
назначения. Основной вопрос — ее удешевление. Для достиже-
ния этой цели используется комплекс мер. Он включает в себя:
применение наиболее простых схемотехнических и конструктив-
ных решений, выбор дешевых комплектующих и материалов,
отказ от дорогостоящих технологий изготовления аппаратуры.
Например, при проектировании СВЧ блоков ЛТ начала широко
использоваться технология обычных печатных плат из дешевого,
хорошо освоенного промышленностью стеклотекстолита. Только
при проектировании наиболее ответственных узлов трактов
применяются СВЧ подложки из керамики или выполненные
на основе фторопласта.
В результате отпадает необходимость применения дорого-
стоящего комплекса оборудования для вакуумного напыления
и фотолитографии, служащего для производства блоков по
гибридно-пленочной технологии.
В заключение приведем основные характеристики выпускаемой
небольшими партиями системы для индивидуального приема
программ спутникового телевидения НТВ-К (рис. 3), разрабо-
танной полностью на основе отечественной элементной базы:
Диапазон принимаемых частот, ГГц.............10,95...! 1,75
Диаметр параболической антенны, м.................... 1,5
Шумовая температура СВЧ модуля, К............. 180...200
Пороговые соотношения сигнал/шум для комнатно-
го блока, дБ......................................... 8,5
Количество одновременно принимаемых программ 8
Потребляемая мощность, Вт............................. 10
ЛИТЕРАТУРА
1. Коптев Ю. Н., Солошек <П. К-, Колоколов Ю. Д. Результаты
разработки, изготовления и эксплуатации приемных модулей
для АФАР // Техника средств связи.— Сер. Техника
радиосвязи.1990.— Вып. 1.
2. Колоколов Ю. Д. Влияние угла отсечки на уровень помехи
в умножителе частоты // Техника средств связи.— Сер. Тех-
ника радиосвязи.— 1986. Вып. 2.
3. Горяч В. И., Колоколов Ю. Д., Кузнецов С. В. СВЧ умножи-
тель частоты высокой кратности с одновременным фор-
мированием двух частот выходного сигнала // Техника
средств связи.— Сер. Техника радиосвязи.— 1990. Вып. 1.
4. Бондаренко Е. Н., Горяч В. И., Колоколов Ю. Д., Хоро-
шев В. Б. Результаты практической реализации смесителя
СВЧ с накачкой на субгармонике // Техника средств свя-
зи.— Сер. Техника радиосвязи.— 1990,— Вып. 1.
Получено 6.10.1992
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ СЕТЬ
И ОПТИЧЕСКОЕ ВОЛОКНО
(Начало см. на с. 28)
нители для одно- и многомодовых во-
локон, особенности ввода-вывода элект-
ромагнитного излучения в оптическое
волокно через дифракционную решетку
второго порядка, оптический переключа-
тель (доклады ЦНИИС, ИРЭ РАН).
По результатам обсуждения докладов
была отмечена актуальность затронутых
на конференции проблем, решение кото-
рых будет способствовать развитию сетей
связи на основе оптических средств пе-
редачи и коммутации.
Возможность наиболее полной реали-
зации интеллектуальной сети неразрывно
связана с использованием систем пере-
дачи на базе волоконно-оптической тех-
ники. Построение интеллектуальной се-
ти и ее абонентской части на базе ВОСП
отражает мировые тенденции развития
телекоммуникаций и позволяет значитель-
но увеличить объем услуг, предлагае-
мых потребителю.
Участниками конференции было выска-
зано мнение о целесообразности вы-
пуска тематического номера «Электросвя-
зи», включающего представленные до-
клады.
Ю. И. Филюшин, С. Г. Залесская
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
37
УДК 629.783:621.391.261
ОСОБЕННОСТИ МНОГОЛУЧЕВЫХ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ
СВЯЗИ С КОММУТАЦИЕЙ СИГНАЛОВ
М. И. Романовский
Одно из существенных преимуществ спутниковой связи —
ее глобальность, однако в нем заложен и недостаток —
в подавляющем большинстве случаев излучаемый сигнал
нужен в одной точке земного шара, а энергия бортового
передатчика излучается на всю зону, освещаемую бортовой
антенной. Бесполезные потери энергии бортового передатчика
тем больше, чем больше освещаемая зона. Особенно сильно
этот недостаток сказывается при построении фиксированной
службы связи, местоположение наземных станций в которой
заранее известно и к которой предъявляются требования по
обеспечению высокой пропускной способности.
В последнее время в спутниковых ретрансляторах (РТР)
с целью сужения зоны бесполезного рассеяния энергии
передатчика интенсивно внедряются многолучевые антенны
|1—3]. Их применение дает два полезных эффекта:
Во-первых, уменьшается необходимая энергия сигнала,
излучаемого РТР и адресованного одной станции, что
отодвигает порог энергетического ограничения
пропускной способности РТР и, в конечном итоге, обеспечивает
возможность связи с малыми недорогими станциями.
Во-вторых, имеется возможность многократного использования
рабочих частот (в разных лучах), что отодвигает порог
частотного ограничения пропускной способности.
Платой за полученные преимущества, помимо усложнения
антенн, служит необходимость введения коммутации сигналов
в РТР при организации связи между абонентами,
находящимися в зонах, освещаемых разными лучами.
Коммутация сигналов в РТР без их демодуляции. Процесс
коммутации включает три операции — разделение сигналов, при-
нятых в одном луче, организацию кросслучевых связей (КС)
и объединение сигналов для передачи их в соответствующем
луче на земные станции (ЗС). При этом собственно ком-
мутация может осуществляться двумя способами: изменением
положения точек деления сигнала при неизменных КС (т. е. из-
менением величины информационных потоков на каждом из выхо-
дов устройства разделения); трансформацией КС после разделе-
ния сигнала на фиксированные дискреты. Естественно, возмо-
жен и смешанный вариант.
Разделение может производиться вплоть до отдельных абонент-
ских каналов либо ограничиваться на уровне пучков каналов.
Второй вариант — более экономичен по затратам оборудования,
но приводит к снижению достижимой степени полезной загрузки
каналов связи. Сигналы обычно разделяются по частоте, по
времени или одновременно по обоим параметрам. В отношении
бортового оборудования более экономично временное разделение:
несколько земных станций, работающих в пакетном режиме,
излучают свои сигналы на одной несущей по методу МДВР.
Групповой сигнал поступает в РТР на вход коммутатора,
который производит одновременно и разделение сигналов и ком-
мутацию. Таким образом, само разделение требует минимальных
затрат оборудования. Число разделяемых сигналов тем больше,
чем выше электрическая скорость передачи земных станций.
Для больших станций с высоким значением эквивалентной
изотропно-излучаемой мощности (ЭИИМ) предел увеличения ско-
рости фактически обусловлен быстродействием применяемых эле-
ментов. Для массовых малых станций, которые должны иметь
достаточно низкую стоимость, величина электрической скорости
ограничивается значением ЭИИМ, и с целью получения достаточ-
но высокой пропускной способности приходится увеличивать
число несущих, т. е. применять частотно-временное разделение
каналов. Таким образом, в спутниковых системах связи, рас-
считанных на малые земные станции и обладающих достаточ-
но высокой пропускной способностью, внедрение частотного раз-
деления каналов неизбежно.
Разделение сигналов, разнесенных по частоте, осуществляется
с помощью фильтров. Значительный объем при этом занимает и
генераторное оборудование, необходимое для переноса сигналов
на наиболее удобные (для фильтрации) частоты. Кодовое раз-
деление отдельно рассматриваться не будет, поскольку с точки зре-
ния задачи коммутации оно эквивалентно частотному.
Кросслучевые связи могут организовываться различными
способами. Выбор одного из них зависит от назначения спут-
никовой сети, параметров земных станций, типа орбиты,
на которой расположен РТР. Наиболее простой спрособ —
фиксация связей между зонами, обслуживаемыми разными луча-
ми (см. рис. 1, здесь БПФ — блок полосовых фильтров,
БО — блок объединения). Коммутация в этом случае отсут-
ствует и заменяется фиксированными связями. Остаются только
задачи разделения приходящей информации на потоки, направляе-
мые в разные зоны, и последующего объединения в каждом
из лучей потоков, полученных по КС. Фиксированные связи
наиболее целесообразны в системах с частотным разделением,
поскольку в системах с МДВР достаточно легко может быть
осуществлена и трансформация межлучевых связей. Для приспо-
собления спутниковой сети с фиксированными связями к средне-
статистическому трафику могут быть применены полосовые фильт-
ры с различной шириной полосы пропускания в разных кросс-
лучевых связях.
Недостаток данного метода — невозможность отслеживания
каких бы то ни было изменений трафика, что существенно
снижает эффективность использования спутниковых каналов.
Для трансформации межлучевых связей в схему коммутации
с фиксированными связями может быть введен пространствен-
ный коммутатор (ПК), располагаемый между устройствами
разделения и объединения сигналов (рис. 2). Преобразованная
таким образом схема называется схемой статической ком-
мутации, поскольку переключение цепей в ней производится толь-
ко для трансформации КС, а в промежутках коммутатор
находится в статическом состоянии. Обычно из-за резкого
усложнения ПК в связи с увеличением числа коммутируе-
мых цепей коммутируются не отдельные каналы, а пучки кана-
лов, что оказывается недостаточно эффективным и обеспечивает
приспособление сети только к достаточно медленным измене-
ниям трафика.
Устройство разделения сигналов должно иметь либо фильтры
с различной шириной полосы пропускания либо число раздели-
тельных фильтров т в каждом луче должно превышать число
лучей П;
Другой способ осуществления трансформации КС — введение
управления объемом направляемых по фиксированным связям
парциальных сигнальных потоков. В случае частотного разделения
сигналов для этой цели в схеме рис. 1 могут быть примене-
ны фильтры с управляемой шириной полосы пропускания.
38
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
Трансформированная таким образом схема является также схемой
статической коммутации и имеет, фактически, те же функцио-
нальные возможности, что и схема рис. 2.
При временном разделении сигналов управлять объемом пар-
циальных информационных потоков можно путем изменения дли-
тельности временных интервалов, в течение которых произво-
дится передача информации по каждой из КС. Тогда схема
рис. 1 преобразуется в известную схему динамической ком-
мутации на несущей, представленную на рис. 3 (здесь БВР —
блок временного разделения). Последняя широко распростране-
на в многолучевых системах с МДВР, имеющих высокую ско-
рость передачи информации и при достаточно хороших энер-
гомассовых характеристиках обеспечивает коммутацию, близкую
к полнодоступной, т. е. загрузку системы полезными сигна-
лами, приближающуюся к 100 %.
Невозможность получения 100-процентной загрузки каналов
вызвана тем, что с помощью динамического коммутатора
нельзя изменять временное положение коммутируемого пакета
в цикле группового сигнала. Вследствие этого, для передачи
сигнала из одного луча в другой необходимо, помимо нали-
чия свободных каналов в каждом из лучей, еще и совпадение
в них временных положений хотя бы одной пары каналов.
Следует заметить, что полностью свободная в исходном состоя-
нии система связи с динамическим коммутатором, может быть
загружена на 100 %, однако при дальнейшем случайном осво-
бождении каналов и занятии их с перекоммутацией это ста-
новится неосуществимым.
Некоторое увеличение коэффициента загрузки можно полу-
чить путем замены каналов, уже выделенных станциям.
Если бы можно было не ограничивать число таких замен,
то загрузку системы можно было бы доводить до 100 %.
Однако, вследствие того, что для замены каналов без перерыва
связи требуется предварительный обмен информацией по служеб-
ному каналу, неограниченное число замен привело бы к существен-
ному увеличению потерь пропускной способности.
Как уже упоминалось, уменьшение ЭИИМ земных станций
вызывает снижение величины электрической скорости передачи
информации станциями и переход от чистого МДВР к МДЧВР.
Кроме того, уменьшение ширины парциального луча для по-
вышения эффективности многолучевых спутниковых систем связи
приводит к росту числа лучей, что, в свою очередь, увели-
чивает размерность коммутирующей матрицы (КМ). В этих усло-
виях начинают проявляться следующие недостатки динамиче-
ской коммутации:
1) При увеличении числа коммутируемых цепей (лучей) число
элементов в матрице увеличивается пропорционально квадрату
числа цепей, одновременно возрастают и требования к переход-
ному затуханию;
2) Из-за перехода на МДЧВР, т. е. появления в каждом
из лучей нескольких несущих, поканальная коммутация с по-
мощью одной КМ становится невозможной. В этом случае
приходится либо ограничиваться одной КМ и производить
коммутацию каналов пучками либо ставить несколько КМ (по чис-
лу несущих в каждом луче) и вводить перед динамическими
матрицами блок частотного разделения. Последний содержит
помимо фильтров устройства переноса спектра в область, удоб-
ную для фильтрации.
В первом варианте уменьшается коэффициент загрузки кана-
лов из-за снижения способности системы реагировать на быстрые
изменения трафика и из-за сокращения числа каналов на каж-
дой из несущих. Если при этом число каналов на несущей
приближается к числу лучей, то система фактически вообще
теряет способность приспособления к трафику. Кроме того,
существенно ограничивается возможность организации в системе
каналов с разной скоростью, так как число каналов в пучке
тем больше, st. выше скорость канала, коммутацией которого
порожден этот пучок. Введение каналов со скоростью, равной
или достаточно близкой к скорости передачи информации на
несущей, невозможно, поскольку вся пропускная способность
луча, в который введен высокоскоростной канал, или существен-
ная часть пропускной способности оказываются замкнутыми
на один луч системы. При этом связь с остальными луча-
ми невозможна или сильно ограничена.
Во втором варианте увеличивается объем оборудования и также
несколько снижается коэффициент загрузки из-за уменьшения
числа каналов на каждой из несущих и одновременной ком-
мутации в нескольких, не связанных друг с другом, матрицах.
3) В динамическом коммутаторе предъявляются чрезвычайно
жесткие требования к величине затухания сигнала при про-
хождении через коммутирующий элемент в выключенном состоя-
нии (до —60 дБ). Вследствие этого приходится очень тща-
тельно экранировать все цепи, что приводит к росту габаритов
и массы коммутатора, а главное, в качестве коммутирующих
элементов нельзя использовать вентили, выполненные в виде
больших интегральных схем.
Перечисленные недостатки делают весьма неэффективным, а
иногда и вовсе невозможным применение динамических
коммутаторов в системах связи, ориентированных на ЗС с очень
малой апертурой антенны. Для примера рассмотрим систему
связи с 40 лучами, в каждом из которых станции могут рабо-
тать на 16 несущих со скоростью передачи информации
2048 кбит/с на каждой из них (система имеет каналы со
скоростью от 8 до 2048 кбит/с). Применение одной КМ при-
вело бы к тому, что при организации в луче канала 2048 кбит/с
этот луч полностью замкнул бы свою пропускную способность
на один из 4.0 лучей, потеряв при этом связь с абонентами
в остальных 39 лучах.
Если в этой системе применить четыре КМ, каждая из ко-
торых коммутирует четыре несущих, то коммутация канала со ско-
ростью 2048 кбит/с будет возможна только в составе пучка
с пропускной способностью 2048X4 кбит/с, т. е. вынужденно
должны коммутироваться 768 каналов со скоростью 8 кбит/с.
Коэффициент полезной загрузки в такой системе будет очень
низким.
При восьми КМ (размерностью 40X40) масса аппаратуры,
связанной с коммутацией сигналов в РТР, составит десятки
килограмм, не обеспечивая при этом 100-процентную коммутацию.
Вариант с 16 КМ еще удваивает объем аппаратуры, но не
устраняет полностью ограничения на коммутацию.
Коммутация сигналов в видеоспектре. Существенные преиму-
щества в системах, подобных рассмотренной, дает применение
коммутации сигналов в видеоспектре. Конечно, в этом случае
необходима демодуляции всех коммутируемых сигналов, что при-
водит к значительным аппаратурным затратам. При этом сле-
дует заметить, что необходимые для демодуляции фильтры и
устройства переноса спектра имеются и в варианте с динами-
ческой КМ, а устройства обработки сигналов после фильтров
могут быть выполнены на интегральных микросхемах с высокой
степенью интеграции. К числу преимуществ коммутации в видео-
спектре относятся:
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», Ng 1, 1993
39
Возможность реализации не матричного, а пространственно-
временного принципа коммутации, при котором сигналы со всех
входов уплотняются по времени и сводятся в единый поток,
а затем распределяются по выходам. Такой принцип при по-
строении коммутатора п входов на п выходов требует 2п
коммутирующих элементов в отличие от п2 в матричном ком-
мутаторе. Конечно, объем коммутируемой информации ограни-
чивается быстродействием применяемых элементов. При дости-
жении ее предела дальнейшее увеличение объема может быть
достигнуто благодаря распараллеливанию процесса коммута-
ции, что приводит к некоторому усложнению схемы, однако
ее преимущество перед динамической матрицей сохраняется.
Применение интегральных схем со сверхвысокой степенью ин-
теграции существенно уменьшает объем аппаратуры и потребляе-
мую мощность, по сравнению с коммутатором на несущей
с такой же размерностью.
Использование цифровых запоминающих устройств позволяет
изменять временное положение коммутируемых пакетов и обеспе-
чивать полнодоступную коммутацию.
Перечисленные преимущества делают коммутацию сигналов в
видеоспектре единственно возможным способом построения полно-
доступных коммутаторов с числом входов, исчисляемых сотнями.
Кроме того, демодуляция сигналов в РТР облегчает реализацию
ряда привычных системных решений, а в некоторых случаях
требует их пересмотра.
1) На линии РТР ЗС может быть организовано временное
уплотнение сигналов, в результате чего передатчик работает
в режиме одной несущей, что, в свою очередь, позволяет
увеличить его КПД и устранить потери пропускной способ-
ности из-за неточности выравнивания уровней сигналов стан-
ций на входе РТР.
2) В системах, ориентированных на малые станции,
спутниковые каналы не закрепляются, а выделяются по требова-
нию на время сеанса связи. Для получения канала абонент-
ская станция посылает на специальную координирующую
станцию запросный сигнал (как правило, по каналу со случай-
ным доступом). С целью обеспечения высокой надежности про-
хождения запросного сигнала, в том числе и при пиковых
выбросах числа вызовов, загрузка запросного канала должна
быть невысокой (порядка 0,1 номинальной пропускной способ-
ности и ниже).
Наличие буферного запоминающего устройства позволяет при
демодуляции вызывных сигналов усреднять их поток, что повы-
шает в несколько раз загрузку канала от РТР к координирую-
щей станции. Это приводит к уменьшению в несколько раз
числа каналов на этом участке, что для системы связи в целом
может оказаться и не очень существенно, но для луча,
в зоне которого находится координирующая станция, особен-
но при большом числе лучей, данный эффект уже заметен.
3) Демодуляция в РТР запросных сигналов сокращает время
получения абонентской станцией квитанции об успешном прохож-
дении ее запросного сигнала через канал со случайным
доступом, а следовательно уменьшается время ожидания
предоставления канала.
4) Демодуляция информационных сигналов в РТР облегчает
оперативное управление бортовым коммутатором.
5) Так как при демодуляции осуществляется тактовая синхро-
низация бортового приемника вызывных сигналов под запросный
пакет абонентской станции, в РТР легко может быть измерена
погрешность временного положения пакета относительно борто-
вой шкалы времени. Если величину этой погрешности передать
на абонентскую станцию, то последняя после получения канала
может скорректировать фазу излучаемых пакетов так, чтобы
погрешность их временного положения относительно бортовой
шкалы времени составляла единицы процентов длительности
тактового интервала.
В этом случае сигналы в РТР могут регистрироваться с
помощью стробирующих импульсов, жестко привязанных к бор-
товой шкале времени. Для того, чтобы с течением времени
погрешность временного положения пакетов не возрастала,
величина ее в информационном канале должна измеряться и
передаваться на абонентскую станцию для непрерывной кор-
ректировки фазы излучаемых пакетов. Такой способ синхрони-
зации приема в РТР имеет следующие преимущества:
Сокращается объем оборудования в РТР благодаря исключе-
нию устройств фазовой автоподстройки (в РТР остаются толь-
ко фазовые дискриминаторы); при этом абонентская станция
фактически не усложняется, поскольку устройства изменения
фазы излучаемых пакетов при МДВР должны быть в любом
случае.
В РТР не требуется введения устройств «эластичной па-
мяти» между приемниками сигналов земных станций и бортовым
коммутатором, поскольку регистрация сигналов производится
стробирующими импульсами, привязанными к бортовой шкале
времени. Это также приводит к уменьшению объема бортового
оборудования.
Весьма существенным является то, что отпадает необходи-
мость наличия в пакете преамбулы для тактовой синхрони-
зации и обозначения начала пакета (сокращается технологи-
ческая часть пакета). Это особенно важно в системах, в кото-
рых большинство земных станций имеют один низкоскоростной
канал, т. е. излучаются короткие пакеты. Применение этого
способа синхронизации и необходимость его модификации зави-
сит от стабильности частоты и фазы тактовых генераторов,
скорости передачи информации на несущей, а также величи-
ны и стабильности задержки на трассе распространения
радиоволн, в том числе и за счет влияния среды распро-
странения.
6) При демодуляции сигналов в РТР появляется возможность
выделять для связи двух станций, находящихся в зоне одного
луча, на участке РТР — ЗС только один канал, передавая
по нему сумму по модулю 2 сигналов, адресованных данным
станциям [4]. В результате этого экономится и мощность
бортового передатчика и полоса рабочих частот. Следует заме-
тить, что аналогичный эффект дает и применение статистиче-
ского уплотнения сигналов. При этом каждый из методов имеет
свои достоинства и недостатки: статистическое уплотнение не
требует нахождения обеих связывающихся станций в одной
зоне, но применимо только к телефонным сигналам; сложе-
ние по модулю 2 годится для любых сигналов, но не до-
пускает расположения связывающихся станций в разных
зонах.
7) Демодуляция сигналов в РТР устраняет сложение шумов
участков ЗС — РТР и РТР — ЗС, что уменьшает ЭИИМ земной
станции. Однако последний эффект иногда не удается получить
из-за стремления упростить бортовое оборудование (за счет
например, применения некогерентного приема, отказа от декодиро-
вания помехозащищенного кода либо вообще от кодирования
на участке ЗС — РТР; последнее хотя и приводит к существен-
ному проигрышу по ЭИИМ земной станции, но зато экономит
полосу рабочих частот, что в некоторых случаях может оказать-
ся важнее).
При работе на одной несущей нескольких станций приходит-
ся усложнять алгоритм декодирования помехозащитного кода в
РТР из-за необходимости изменения начального состояния деко-
дера (в момент окончания сигнала одной станции и начала
сигнала другой). Аналогичная задача может возникнуть и при
кодировании сигналов.
8) Демодуляция сигналов в РТР, имеющем связь с каждой
из работающих станций (каналы фазовых поправок информа-
ционных пакетов), существенно облегчает организацию выравни-
вания уровней информационных сигналов от разных станций
на входе РТР. Это повышает эффективность использования
отведенной полосы частот за счет более плотного расположения
несущих.
Заключение. В спутниковых системах связи с многолучевыми
антеннами наиболее эффективными являются пространственно-
временные принципы коммутации сигналов: на насущей с по-
мощью динамической коммутирующей матрицы и в видеоспектре.
Преимущественная область применения первого из них — системы
связи, базирующиеся на многоканальных высокоэнергетических
станциях с МДВР и высокой скоростью передачи. Преиму-
щественная область применения второго — системы с малыми
станциями, использующими МДЧВР или МДЧР.
Демодуляция сигналов в ретрансляторе помимо облегчения
построения коммутатора позволяет улучшить целый ряд других
характеристик системы связи: увеличить пропускную способ-
ность, повысить эффективность использования спутниковых кана-
40
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
лов и отведенной полосы частот, сократить время ожидания
предоставления канала.
ЛИТЕРАТУРА
1. Arnold R., Michael Naderu F. Advanced architectures and the
required technologies for next generation communications
sattelite systems // Acta astronautica.— 1989.— V. 20.
2. Michael Naderu F. ACTS: The first step towards a switchboard
in the sky // Satellite integrated communications networks.—
USA, Elsevier Science Publ., 1988.
3. Зарубежные цифровые системы спутниковой связи.— М.:
ЦНТИ Информсвязь.— 1983.— № 3.
4. Celebiler М., Stelle G. On increasing the down line capacity
of a regenerative satellite vepeater in point-to-point communicat-
ion // Proc. IEEE.— 1978,—№ 1.
Получено 22.10.92
УДК 621.396.946
ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ СВЯЗИ
С КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИ НА КРУГОВЫХ ОРБИТАХ
В. И. Мещеряков, В. В. Соколов
Значительная часть территории Российской Федерации имеет
слаборазвитую инфраструктуру связи, а многие населенные
пункты и отдельные объекты различного назначения,
особенно в отдаленных и труднодоступных районах,
вообще не обеспечены связью.
Для быстрейшего развития связи на этих территориях
целесообразно использовать возможности
космической радиосвязи. Однако она будет эффективна лишь
в случае, если создаваемые системы будут обслуживать
большое число абонентских станций, размещаемых в любых,
даже самых малонаселенных пунктах. Для этого станции должны
иметь достаточно малые габариты, легко перевозиться и
устанавливаться в любых условиях местности и быть относительно
дешевыми.
Традиционно разрабатываемые системы связи с космическими
аппаратами (КА) на геостационарной орбите (ГСО) не могут
в полной мере решить эту задачу. Действительно, чтобы
иметь необходимый энергетический потенциал для работы с мало-
габаритными земными станциями, на КА необходимо устанавли-
вать крупногабаритные остронаправленные антенны, но при таких
антеннах они могут обслуживать лишь небольшую часть земной
поверхности. В какой-то степени это противоречие сглаживается,
когда на КА устанавливаются многолучевые антенны, но не
снимается полностью.
Кроме того, системы связи с КА на ГСО принципиально
не могут обслуживать приполярные и полярные области и
поэтому должны дополняться системами связи с КА на высоко-
эллиптических орбитах. Эти трудности могут быть преодолены
при использовании спутниковых систем с- КА на круговых
орбитах, которые, по сравнению с системами, работающими
с КА на геостационарной и высокоэллиптических орбитах,
имеют определенные преимущества.
Во-первых, они позволяют обеспечить глобальный охват всей
земной поверхности, включая и полярные районы, в рамках
одной системы, создавая тем самым возможность осуществле-
ния прямой непрерывной связи между абонентами, находящимися
в любых точках Земли.
Во-вторых, создают энергетический выигрыш по сравнению
с КА на ГСО, который можно реализовать по-разному, в
том числе и для уменьшения габаритов абонентских станций,
вплоть до носимого варианта.
В-третьих, при небольших высотах орбит КА появляется воз-
можность построения систем связи с несколькими ретрансля-
циями без нарушения норм МККТТ по длительности задержек
сигнала.
Наконец, они не требуют координации точек стояния новых
КА на ГСО (однако согласование частотного плана сохраняется).
Все это говорит о том, что системы связи со спутниками
на круговых орбитах, наряду с другими системами, могут представ-
лять большой практический интерес — для организации фикси-
рованной связи с отдаленными и труднодоступными регио-
нами страны и мира, с малыми населенными пунктами и от-
дельными объектами, для внутрирегиональной и межрегиональ-
ной связи, в том числе для связи между сотовыми сетями
городов, для подвижной связи на автомобильном, воздушном,
морском и речном транспорте, а также для персональной
связи с помощью носимых абонентских станций.
Кроме того, они позволяют осуществлять автоматический
съем данных с необслуживаемых объектов (пунктов наблюде-
ния экологической, метео и других служб) и быстро организо-
вывать связь с районами кризисных и аварийных ситуаций.
Можно предложить следующую классификацию круговых ор-
бит КА: низкие орбиты с высотой до четверти радиуса Земли,
т. е. ориентировочно до 1600 км; средние орбиты с высотой
от четверти до одного радиуса Земли, т. е. от 1,6 до 6,5 тыс. км;
высокие орбиты с высотой более одного радиуса Земли, т. е.
свыше 6500 км.
Соответственно и системы связи, в зависимости от высоты
орбиты, можно разделить на системы с низкоорбитальными,
среднеорбитальными и высокоорбитальными КА. Системы связи
с низкоорбитальными КА могут решать задачи как подвижной,
так и фиксированной связи с наименьшим энергетическим
потенциалом и поэтому наиболее пригодны для организации
связи с портативными абонентскими станциями, в том числе с
носимыми персональными станциями с ненаправленными антен-
нами.
Сегодня уже существует целый ряд проектов таких систем
гражданского назначения как отечественных, так и зарубежных.
Число спутников в системах с низкоорбитальными КА исчисля-
ется десятками. Так, в системе связи «Иридиум» [1] пред-
полагается иметь 77 КА на орбитах с высотой порядка
750 км. Однако большое число КА в группировке — серьез-
ный недостаток таких систем. Не говоря уже о большой
стоимости создания группировки, в системе «Иридиум», например,
при сроке активного существования КА 5 лет в среднем один
раз в месяц придется заменять отработавший спутник, что
потребует больших эксплуатационных расходов.
При увеличении высоты орбит КА пропорционально умень-
шается число КА в группировке, но соответственно возрастает
и необходимый энергетический потенциал радиолиний. При уве-
личении высоты до 1500...2000 км необходимое число КА в груп-
пировке уменьшается до 25.,.30, но энергетика радиолиний воз-
растает при этом на 6...8 дБ. Поэтому при высотах орбит
более 1600 км, т. е. в системах со среднеорбитальными КА,
целесообразно переходить уже к относительно небольшим по габа-
ритам, но уже перевозимым (или подвижным) станциям со
слабонаправленными антеннами.
Системы связи с высокоорбитальными КА интересны тем,
что при небольшом числе КА в группировке они позволяют
организовать непрерывный глобальный охват земной поверхности.
Так, при высоте орбиты порядка 10000 км для этой цели
потребуется всего восемь КА. Но даже четыре КА достаточно,
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
41
чтобы обеспечить непрерывный обзор земной поверхности выше
40 град. с. ш. и ю. ш., а на остальных широтах — иметь
периодическую связь. Причем даже на этих высотах энерге-
тический выигрыш, по сравнению с геостационарными орбита-
ми, составляет порядка 12 дБ.
Для построения систем связи на круговых орбитах в основ-
ном применяются те же методы, что и в наземных сотовых
сетях и спутниковых системах связи с КА на геостационар-
ной и высокоэллиптических орбитах. Однако им присущи и спе-
цифические отличия, связанные с большим числом КА в груп-
пировке и их быстрыми перемещениями по орбитам. Структура
системы связи и ее характеристики в большой степени за-
висят от структуры группировки КА, поэтому сформулируем
требования, предъявляемые к ее выбору.
Задачей группировки является непрерывное или периодиче-
ское освещение (в зависимости от назначения системы) всей об-
служиваемой территории зонами радиовидимости (ЗРВ) КА, огра-
ниченными заданными минимальными углами над горизонтом,
под которыми наземная станция может работать с КА.
К параметрам, определяющим структуру группировки и подле-
жащим выбору, относятся высота, наклонение и число орбит КА,
число КА на орбитах, долготы восходящих узлов и фазы КА.
Очевидно, что основное требование при выборе группировки с
экономической точки зрения — минимизация числа входящих в
нее КА. Однако это требование не единственное и его необхо-
димо дополнить, по крайней мере, еще двумя: созданием
наивыгоднейших условий для обеспечения связности системы [2]
и организацией в системе максимального повторного исполь-
зования частот [3].
Под связностью системы понимается объединение ЗРВ от-
дельных КА и земных станций в единую сеть связи, обслу-
живающую всю заданную территорию. Возможны различные
варианты организации связности — с помощью межспутни-
ковой связи, с помощью наземных ретрансляторов или их ком-
бинированным использованием.
В первом и третьем вариантах можно обеспечить связь в
глобальном масштабе, во втором — только в регионах (напри-
мер, на территории Российской Федерации или СНГ), оборудо-
ванных связанными между собой тем или иным способом
наземными ретрансляторами.
Наивыгоднейшими при этом считаются такие условия обес-
печения связности, при которых трассы связи между любыми
абонентами системы на обслуживаемой территории имеют наи-
меньшее число ретрансляций, что приводит в сумме к меньшей
протяженности трассы и меньшему времени задержки сигнала.
Повторное использование частот в системе, а следовательно,
и минимизация общей выделяемой на систему полосы частот
возможны благодаря разделению перекрывающихся ЗРВ отдель-
ных спутников по частоте, времени, пространству, поляризации
и по форме сигналов.
Следует отметить, что от структуры группировки, даже при
одинаковом числе КА, зависит степень и характер перекрытий
ЗРВ КА и возможность применения того или иного метода
обеспечения связности и повторного использования частот. Оче-
видно, что выполнить все изложенные выше требования при
выборе группировки можно только благодаря введению в нее
некоторого избыточного, по сравнению с минимальным, числа КА,
необходимого только для обзора обслуживаемой территории.
Однако эту избыточность, приводящую к одновременному по-
явлению в ЗРВ абонента двух или нескольких КА, можно
использовать и для дополнительного повышения пропускной
способности и для повышения живучести системы.
На основании изложенного можно сделать вывод, что системы
связи с космическими аппаратами на различных круговых ор-
битах имеют ряд несомненных достоинств и способны решать
ряд важных задач по организации связи.
ЛИТЕРАТУРА
I. Глобальная спутниковая система связи «Иридиум».— Проспект
фирмы «Моторола», 1991.
2. Соколов В. В., Пыльцов В. А. Проблемы связности в
системах спутниковой связи на базе низкоорбитальных
космических аппаратов // Электросвязь.— 1993.—№ 1.
3. Мещеряков В, И., Соколов В. В., Пыльцов В. А., Заха-
рова В, И. Методы повторного использования частот в низко-
орбитальных спутниковых системах связи // Электросвязь.—
1993.—№ 1.
Получено 15.10.92
УДК 621.396.946.2
ПРОБЛЕМЫ СВЯЗНОСТИ В СИСТЕМАХ СПУТНИКОВОЙ
СВЯЗИ НА БАЗЕ НИЗКООРБИТАЛЬНЫХ
КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
В. В. Соколов, В. А. Пыльцов
Необходимость расширения зоны
обслуживания вплоть до глобальной и
снижения энергетического потенциала
в спутниковых системах связи заставляет
рассматривать варианты их построения
на базе группировок космических
аппаратов (КА) на относительно низких,
по сравнению с геостационарной, орбитах.
В таких системах охват всей зоны
обслуживания осуществляется
совокупностью зон радиовидимости
(ЗРВ) отдельных КА, входящих в
группировку, вследствие чего возникает
задача объединения их в единое целое,
т. е. обеспечения связности системы,
которая может достигаться или с помощью
линий межспутниковой связи (МСС),
или наземных ретрансляторов (HP), или
комбинацией этих двух способов.
При этом решение данной задачи может
иметь много вариантов, что приводит к
необходимости оценки связности системы и
выбору наиболее из них эффективного.
Связность системы, ее численная харак-
теристика. Существуют различные опреде-
ления связности и ее количественных оце-
нок [1, 2], но применительно к рас-
сматриваемой низкоорбитальной системе
эти определения требуют уточнёния, по-
скольку в процессе движения КА по ор-
битам и вращения Земли взаимное поло-
жение элементов системы (КА, HP) из-
меняется во времени, а следовательно,
изменяется во -времени и структура систе-
мы.
Будем называть систему связной на не-
котором интервале времени, если в каждый
его момент для любой пары объектов (або-
нентов системы), независимо от их поло-
жения в зоне обслуживания, существует
возможность организации канала связи
между ними с заданными параметрами.
Представим структуру системы в неко-
торый момент времени t в виде графа
Gt (t/s), вершинами которого V5 яв-
ляются элементы системы, а ветвями Us —
связи между ними в момент времени t.
Дополним этот граф еще двумя верши-
нами А и В, обозначающими некоторую
пару объектов, и ветвями Ua и Uь, обо-
значающими их возможные связи в момент
времени t с КА, в зонах которых они на-
ходятся.
Обозначим полученный граф как Gt(V,
U), где V = jl/S, А, В], U = {US, Uo, Ub}.
42
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
Каждой его вершине и ветви припишем
веса w, отражающие изменение тех или
иных параметров при прохождении сигна-
ла через данный элемент. Такими парамет-
рами могут быть: время задержки сигна-
ла (в бортовых и наземных ретрансля-
торах, а также из-за распространения),
отношение сигнал/шум и др. Обобщающим
параметром может служить число ретран-
сляций сигнала на пути от одного або-
нента к другому.
Длиной пути dk между двумя объектами
системы по fe-му параметру назовем сумму
весов wk, находящихся на данном пути вер-
шин и ветвей. Условие связности двух
объектов системы в некоторый момент вре-
мени t выполняется в том случае, если в
графе Gt (V, U) между его вершинами А
и В имеется хотя бы один путь, длина
которого dk (А, В) по каждому из К па-
раметров, характеризующих качество ка-
нала, не превышает допустимого значе-
ния Dk'-
dk(A, B)<Dk, /г = 1, ..., К. (1)
Система считается связной на некотором
интервале времени т, если условия (1)
выполняются на этом интервале для любой
пары объектов, находящихся в зоне обслу-
живания. При оценке связности можно
учесть не только длину пути, но и нали-
чие или отсутствие обходных (дополни-
тельных) путей между элементами систе-
мы [1], что так или иначе отражает на-
дежность этих связей и состояние системы
в процессе функционирования. Действи-
тельно, если между двумя объектами суще-
ствует более короткий, чем для другой па-
ры, путь или имеется больше обходных
(пусть и не полностью независимых) пу-
тей, то связь между такими объектами
будет более надежной, а оценка их связ-
ности выше. Эту оценку и назовем уров-
нем связности системы.
Если бы система состояла из абсолют-
но надежных элементов и всегда находи-
лась в полном составе, то наличие обход-
ных путей между ее элементами или их
отсутствие, как впрочем и их длина, если
только она не больше допустимой, не имело
бы значения.
Однако надежность всех элементов си-
стемы носит вероятностный характер,
поэтому и уровень связности двух любых
объектов на некотором интервале време-
ни можно оценивать как вероятность су-
ществования на этом интервале хотя бы
одного пути с допустимыми парамет-
рами, а уровень связности системы — как
среднее значение уровней связности всех
возможных пар ее объектов.
При вычислении уровня связности двух
объектов приходится находить пути, удов-
летворяющие условию (1) в некоторые мо-
менты времени t. Если качество канала
оценивается совокупностью многих пара-
метров, то задача становится весьма слож-
ной. Однако в большинстве случаев до-
статочно ограничиться одним, наиболее
критичным параметром, и тогда при про-
верке условия связности этих объектов
достаточно найти кратчайший путь между
ними и его длину по данному пара-
метру. В дальнейшем рассматривается
Рис. 1
именно этот подход.
Методика определения уровня связности
системы. Для этой цели воспользуемся
методом статистических испытаний. Число
испытаний выбирается, исходя из требуе-
мой точности получаемых результатов [3].
Операции, выполняемые в каждом испыта-
нии, осуществляются по следующему ал-
горитму:
— случайным образом выбираются мо-
мент времени / € т, а также пара объектов
А и В, задаваемых географическими коор-
динатами;
— если в системе предполагается при-
менение линий МСС, то с учетом нало-
женных на них ограничений выявляются
все связи между КА;
— если в системе предполагается приме-
нение наземных ретрансляторов, то для
каждого из них, заданных географиче-
скими координатами, выбирается пара КА,
которую связывает данный ретранслятор;
— определяется состояние системы в мо-
мент времени t (ее состав и перечень
работоспособных элементов);
— определяются КА, в зонах которых
располагаются выбранные объекты А и В;
— формируется граф Gt (V, U), прово-
дится его разметка;
— находится кратчайший путь между
вершинами А и В, его длина и прове-
ряется выполнение условия связности
объектов.
После проведения выбранного числа ис-
пытаний по этому алгоритму рассчиты-
вается уровень связности системы как
отношение числа испытаний, в которых
выполняются условия связности, к их об-
щему числу.
Рассмотрим подробнее некоторые по-
зиции данного алгоритма. Вопросы, свя-
занные с генерированием случайных ве-
личин на ЭВМ, хорошо известны [3].
Для этого необходимо лишь знать или
задаться интегральными функциями рас-
пределения соответствующих величин.
Выбор пары объектов можно осуще-
ствлять на основе различных моделей, учи-
тывающих распределение объектов в зоне
обслуживания, потоки информации между
объектами, их взаимное расположение,
время и т. д. Если точные данные для
построения модели неизвестны, то целе-
сообразно ориентироваться на наиболее
простую модель, в которой плотность рас-
пределения объектов по зоне обслужива-
ния принимается одинаковой, а вероят-
ность связей между ними не зависит от
их взаимного расположения и времени.
Структура линий МСС обусловлена вы-
полнением условий взаимной видимости
между всеми КА и соответствием па-
раметров линий МСС наложенным на них
ограничениям, связанных с возможностью
и сложностью технической реализации
антенных систем ретрансляторов МСС.
Это в конечном счете приводит к
ограничению допустимых значений измене-
ний азимутального угла и угла места
между взаимодействующими КА.
При нахождении связей между КА и на-
земными ретрансляторами для каждого
из них выявляются все КА, в зонах ко-
торых в момент времени / находится дан-
ный HP, т. е. те КА, расстояние от
центров зон которых до соответствующе-
го HP по поверхности Земли не превы-
шает радиуса ЗРВ КА. Если таких КА
всего два, то их выбор однозначен, если
же больше двух, то выбираются два КА,
соединение которых может с помощью HP
наилучшим образом дополнить структуру
МСС.
Следует отметить, что эффективное ис-
пользование HP (если только они не соеди-
нены между собой другими линиями связи,
например, наземными) возможно лишь при
условии их размещения в областях, где
обеспечивается по крайней мере двукрат-
ное непрерывное покрытие земной поверх-
ности зонами радиовидимости КА.
Процедура определения состояния си-
стемы в момент времени t зависит от
модели описания поведения системы в про-
цессе ее функционирования. Однако неза-
висимо от вида модели и ее характе-
ра (детерминированного или вероятност-
ного) требуется знать сколько и какие
именно элементы системы в данный момент
времени находятся в работоспособном со-
стоянии. Определение КА в зонах которых
располагаются выбранные объекты, т. е.
абоненты системы, осуществляется так же,
как и для HP.
Граф Gt (V, U) формируется на осно-
вании данных о наличии работоспособных
элементов в системе, связях между ними
и с объектами в момент времени t.
Структуру графа удобно представлять в
виде матрицы связности, а информацию о
весах его элементов — в виде матрицы
весов.
Для нахождения кратчайшего пути меж-
ду вершинами А и В целесообразно вос-
пользоваться алгоритмом Дейкстры [4].
Если длина найденного пути меньше допу-
стимой, то условие связности в данном
испытании выполняется. На основе полу-
ченных данных рассчитывается уровень
связности системы, учитывающий состоя-
ние системы в процессе ее функциони-
рования.
Порядок выбора орбитальной группи-
ровки и структуры системы. Облик си-
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
43
стемы, варианты организации ее связно-
сти, удовлетворяющие заданному уровню,
обусловлены группировкой КА. Выбор ор-
битальной структуры — сложная задача и
однозначного решения не имеет. Тем не
менее можно предложить ряд рекоменда-
ций.
Вначале необходимо отобрать орбиталь-
ные группировки, обеспечивающие одно-
кратный обзор зоны обслуживания при
минимальном числе КА по методике, пред-
ложенной, например, в [5]. При этом необ-
ходимо учитывать ряд факторов, которые
влияют на ее параметры. Так, высота
орбит КА зависит от предполагаемой энер-
гетики радиолиний, имеющихся средств вы-
ведения на орбиту и др. Далее для каж-
дой из набора выбранных группировок
выясняется возможность обеспечения связ-
ности только за счет линий МСС с уче-
том наложенных на них ограничений.
Приемлемой считается та группировка,
которая обеспечивает в обслуживаемой зо-
не заданный уровень связности. Если же
ни одна из группировок КА не дает же-
лаемого результата при использовании
МСС, то в состав системы связи следует
ввести наземные ретрансляторы. Число HP
и схема их расположения должны опре-
деляться отдельно в каждом конкретном
случае.
После введения HP вновь рассчитывает-
ся уровень связности систем с комбини-
рованным использованием МСС и HP при
различных вариантах размещения HP. Ес-
ли и в этом случае ни для одной груп-
пировки не достигается заданный уровень
связности, то в таком же порядке необ-
ходимо исследовать другой набор группи-
ровок, уже с большим числом КА.
В качестве, примера рассмотрим выбор
группировки КА для системы связи, пред-
назначенной для обслуживания широтного
пояса 35...70 град. с. ш. и обеспечиваю-
щей уровень связности, равный единице,
при числе ретрансляций не более четырех.
При этом будем считать, что объекты си-
стемы располагаются в зоне обслужива-
ния с одинаковой плотностью, а распре-
деление потоков информации между ними
не зависит от их взаимного расположе-
ния и времени. На линии МСС введем
ограничение — отклонение азимутального
угла не должно превышать 50 град.
Выберем высоту орбиты КА 1640 км и
наклонение 63 град. Анализ связности си-
стемы проведем на интервале времени, рав-
ном одним суткам, и в предположении,
что система в этот период находится в
полном составе.
Для простоты анализа рассмотрим всего
две группировки, обеспечивающие непре-
рывный обзор зоны обслуживания. Пер-
вая состоит из 21 КА с одним КА на каждой
орбите, с долготами восходящих узлов
jn — 360-2-(п—1)/21 и начальными аргу-
ментами широты ф„=—360-3-(п—1)/21,
где п — номер КА. Вторая группировка со-
стоит из 25 КА с одним КА на каждой
орбите и параметрами jn—360-3- (п—1)/25
и ф„ = 360-2-(п—1)/25. Применим предло-
женную выше методику, используя внача-
ле только линии МСС.
На рис. 1 представлены группировки
КА и структуры МСС для первой (а)
и второй (б) систем связи, где по оси
абсцисс отложены долготы восходящих уз-
лов КА /, а по оси ординат — началь-
ные аргументы широты <р. Заданным тре-
бованиям здесь удовлетворяют только
МСС, объединяющие все КА в одну «це-
почку».
На рис. 2 показаны зависимости уровня
связности т] от допустимого числа ретран-
сляций в системе D при использовании
только линий МСС. При четырех ретран-
сляциях ни одна из систем не обеспе-
чивает заданного уровня связности, равно-
го единице, хотя вторая система близка к
этому значению. Для уменьшения числа
ретрансляций введем в систему связи HP
(в состав первой системы— шесть ретран-
сляторов, второй — четыре, равномерно
распределенные по долготам на
55 град. с. ш.).
На рис. 3 показаны зависимости уровня
связности систем с комбинированным спо-
собом использования линий МСС и HP от
допустимого числа ретрансляций. Из ана-
лиза этих зависимостей видно, что задан-
ный уровень связности в первой системе
достигается при девяти ретрансляциях, а
во второй — при трех.
Таким образом, первая система, хотя и
имеет выигрыш перед второй по числу КА
в группировке, не обеспечивает необходи-
мого уровня связности при заданном числе
ретрансляций (не более 4), ни при исполь-
зовании только линий МСС, ни при введе-
нии дополнительно наземных ретранслято-
ров. Вторая же система при комбини-
рованном использовании линий МСС и HP
удовлетворяет этим требованиям уже при
числе ретрансляций, равном трем.
Предложенный в работе показатель
уровня связности для систем спутниковой
связи, использующих группировки косми-
ческих аппаратов на круговых орбитах,
позволяет не только сравнивать между со-
бой различные системы такого вида, но и
осуществлять выбор группировок КА, обес-
печивающих наивыгбднейшие условия для
связности при проектировании системы с
заданными параметрами.
ЛИТЕРАТУРА
1. Теория сетей связи // Под ред. Рогин-
ского В. Н.— М.: Радио и связь, 1981.
2. Френк Г., Фриш И. Сети, связь и пото-
ки: Пер. с англ,— М.: Связь, 1978.
3. Вентцель Е. С. Исследование опера-
ций,— М.: Сов. радио, 1972.
4. Грешилов А. А. Прикладные задачи ма-
тематического программирования.— М.:
Изд-во МГТУ, 1990.
5. Можаев Г. В. Синтез орбитальных
структур спутниковых систем.— М.: Ма-
шиностроение, 1989.
Получено 15.10.92
Хроника жизни НТОРЭС им. А. С. Попова
СЕВАСТОПОЛЬСКИЙ филиал
РЕСПУБЛИКАНСКОГО ДОМА
ЭКОНОМИЧЕСКИХ И НАУЧНО-
ТЕХНИЧЕСКИХ ЗНАНИИ ОБЩЕСТВА
«ЗНАНИЕ» УКРАИНЫ
совместно с РНТОРЭС им. А. С. Попова,
Севастопольским приборостроительным
институтом, НПО «Радио», концерном
«Муссон», Одесским и Крымским прав-
лениями НТОРЭС им. А. С. Попова про-
водит семинар на тему «ПОВЫШЕНИЕ
ЭФФЕКТИВНОСТИ И ПОМЕХОУСТОЙЧИ-
ВОСТИ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ СИСТЕМ».
Цель семинара — обмен опытом в раз-
работке и внедрении современных мето-
дов и средств повышения эффективности
телевизионных устройств и систем. В до-
кладах и сообщениях предполагается об-
судить следующие проблемы:
пути создания ТВ систем высокой чет-
кости;
цифровые телевизионные системы;
методы повышения помехоустойчивости
ТВ систем;
спутниковые ТВ системы и устройства;
оптимальная обработка сигналов изо-
бражений;
измерительные ТВ системы и ком-
плексы.
Семинар рассчитан на специалистов, за-
нимающихся вопросами проектирования,
разработки и эксплуатации ТВ систем и
устройств различного назначения.
Оргкомитет приглашает принять участие
в работе семинара представителей Вашей
организации и предоставляет им возмож-
ность выступить с докладами или сооб-
щениями.
Научный руководитель семинара —
МАРИГОДОВ Владимир Константинович.
Заместитель научного руководителя —
ВАРФОЛОМЕЕВ Александр Михайлович.
Ответственный от СФ РДЭНТЗ —
КАНДРАШОВА Нина Петровна.
Контактный телефон: 52-39-85.
Адрес: 335000, г. Севастополь, ул. Во-
ронина, 10, отделение РПС.
44
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
УДК 621.396.946.2
МЕТОДЫ ПОВТОРНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЧАСТОТ
В НИЗКООРБИТАЛЬНЫХ спутниковых
СИСТЕМАХ СВЯЗИ
В. И. Мещеряков, В. В. Соколов, В. А. Пыльцов, В. И. Захарова
При проектировании спутниковых систем связи с использованием
низкоорбитальных космических аппаратов (КА) для сплошного
покрытия обслуживаемой территории зонами радиовидимости
(ЗРВ) КА необходимо создавать группировки спутников некоторой
структуры, включающие определенное число КА. Они, двигаясь
по своим орбитам, сближаются между собой, в результате
чего происходят наложение их ЗРВ и, следовательно, создание
взаимных помех. Чтобы этого не возникало, приходится
осуществлять разделение сигналов отдельных КА.
Разработаны различные методы разделения сигналов — по
частоте, времени, форме, пространству, поляризации и др.
Задача состоит в том, чтобы, пользуясь этими методами,
обеспечить в системе связи максимальное повторное использование
частот в различных КА и тем самым минимизировать
общее число частотных полос, необходимых для передачи
каждым спутником информации с заданной пропускной
способностью без взаимных помех.
Заметим, что эти полосы частот группового сигнала обусловлены
не только числом парциальных каналов и скоростью
передачи, но и реализуемым в них видом модуляции и плотностью
«упаковки» каналов на частотной оси. Однако эта проблема
в данной статье не рассматривается.
Оценка возможностей пространственного разделения сигналов.
Взаимные помехи возникают тогда, когда земная станция нахо-
дится в зоне пересечения ЗРВ двух КА, и геоцентрический
угол, образованный направлениями на эти КА из центра Земли
(и соответствующий ему угол между направлениями на КА
от земной станции), становится меньше некоторого порогового
значения фпор (рис. 1).
Если антенна земной станции ненаправленная, то пороговый
угол равен геоцентрическому углу ЗРВ. Если же эта антенна на-
правленная, то пороговый угол определяется как пересчитанный
к геоцентрическому углу угол <Эо, равный по величине ширине
диаграммы направленности антенны на уровне, достаточном для
надежного ослабления мешающего сигнала. Поскольку в области
пересечения ЗРВ двух КА геоцентрическому углу ср соответ-
ствует множество значений, расчет порогового угла <рпор
следует проводить для худшего случая — для минимального зна-
чения угла (точки Л и В на рис. 1):
Фпор=2 arcsin {[ cos ФэХ
Xsin (0о/4)]/(/?3+/1)},
где /?3 — средний радиус Земли, равный 6371 км; h — высота
орбиты КА; <р3 — угловой радиус ЗРВ; 0О — ширина диаграммы
направленности земнор станции на уровне, соответствующем
допустимой величине помех.
Если область пересечения ЗРВ двух КА вырождается в точку
(ЗРВ этих КА только касаются), то минимальный угол а,
соответствующий углу ф, приобретает максимальное значение.
Тогда фпор=2ф3. Зная параметры группировки КА (высоту
орбиты, наклонение, число КА в группировке, долготы восходящих
узлов и фазы КА) можно рассчитать минимальные геоцентри-
ческие углы между всеми КА группировки за период их обращения
вокруг Земли.
В качестве примера рассмотрим низкоорбитальную спутнико-
вую систему связи с группировкой, состоящей из 24 КА,
с высотой орбиты 1825 км, наклонением 62,8 град, долготами
восходящих узлов /„=15(п—1) град, начальными фазами
уКп=45(п—1) град, где п — номер КА. Значения минимальных
геоцентрических углов, вычисленные для всех пар КА группиров-
ки за период обращения КА вокруг Земли, представлены в
табл. 1.
Из ее анализа видно, что для данной группировки харак-
терно полное совпадение ЗРВ некоторых пар КА в определенные
моменты времени, так как их минимальные геоцентрические
углы в эти моменты равны нулю. Эти пары КА должны иметь
разные частоты и, следовательно, в данной группировке число
частотных полос не может быть меньше двух. Если антенна
земной станции ненаправленная, то для данной группировки
Фпор=78 град-
На основании этих расчетов может быть составлена табл. 2
пересечений ЗРВ. В ней единицами обозначаются пары КА,
геоцентрические углы которых в какой-либо момент времени приоб-
ретают значение меньше порогового, и нулями, если этого не
происходит. Очевидно, что чем более направленная антенна
применяется в земной станции, тем меньше пар КА, создающих
ей взаимные помехи.
Используя данные табл. 2, можно осуществить распределение
частотных полос между КА, причем делать это надо таким об-
разом, чтобы всем КА, имеющим пересечения с другими КА,
присваивались бы разные частотные полосы, но чтобы их общее
число в системе связи было минимально.
Для этого составляется табл. 3 назначений частотных полос.
На пересечении столбцов и строк проставляется единица, если
данному КА присваивается данная частотная полоса, и ноль —
в противном случае.
Можно предложить следующую процедуру назначения частот-
ных полос, минимизирующую их число. Заполнение таблицы
начинается с первого КА (первого столбца), которому назна-
чается первая полоса, для чего в верхней левой клетке ставит-
ся единица. В остальных клетках верхней строки проставляются
нули там, где в соответствии с табл. 2 этот КА имеет пересече-
ния с другими КА. Остальные клетки первой строки остаются
пока незаполненными.
Таблица 1
Номер
КА 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 . 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
1 0 52 100 134 120 78 32 12 47 65 59 34 0 34 59 65 47 12 32 78 120 134 100 52
2 52 0 52 100 134 120 78 32 12 47 65 ЬУ 34 0 34 ЬУ 65 47 12 32 78 120 134 100
3 100 52 0 52 100 134 120 78 32 12 47 65 59 34 0 34 59 55 47 12 32 78 120 134
4 134 100 Ь2 0 52 100 134 120 78 32 12 47 65 59 34 0 34 59 65 47 12 32 78 120
5 120 134 100 52 0 52 100 134 120 78 32 12 47 65 ЬУ 34 0 34 59 65 47 12 32 78
6 78 120 134 100 52 0 52 100 134 120 78 32 12 47 65 59 34 0 34 59 65 47 12 32
7 32 78 120 134 100 52 0 52 100 134 120 78 32 12 47 65 ЬУ 34 0 34 59 65 47 12
8 12 32 78 120 134 100 52 0 52 100 134 120 78 32 12 47 бЬ 59 34 0 34 59 65 47
9 47 12 32 78 120 134 100 52 0 52 100 134 120 78 32 12 47 65 59 34 0 34 59 65
10 65 47 12 32 78 120 134 100 52 0 52 100 134 120 78 32 12 47 65 5У 34 0 34 59
11 59 65 47 12 32 78 120 134 100 52 0 52 100 134 120 78 32 12 47 55 59 34 0 34
12 34 ЬУ 65 47 12 32 78 120 134 100 62 0 52 100 134 120 78 32 12 47 65 59 34 0
13 и 34 ЬУ 65 47 12 32 78 120 134 100 Ь2 0 52 100 134 120 78 32 12 47 65 59 34
14 34 0 34 ЬУ 65 47 12 32 78 120 134 100 52 0 Ь2 100 134 120 78 32 12 47 65 59
15 59 34 0 34 ЬУ 65 47 12 32 78 120 134 100 52 0 52 1(Х) 11-44 120 78 32 12 47 65
16 Ь5 ЬУ 34 0 34 59 65 47 12 32 78 120 134 100 Ь2 0 52 100 134 120 78 32 12 47
17 47 65 ЬУ 34 0 34 ЬУ 65 47 12 32 78 120 134 100 52 0 52 100 134 120 78 32 12
18 12 47 ьь ЬУ 34 0 34 59 65 47 12 32 78 120 134 100 52 0 52 100 134 120 78 32
19 32 12 47 65 ЬУ 34 0 34 5У 65 47 12 32 78 120 134 100 52 0 52 100 134 120 78
20 78 32 12 47 65 59 34 0 34 59 65 47 12 32 78 120 134 100 52 0 52 100 134 120
21 120 '78 32 12 47 65 59 34 0 34 59 65 47 12 32 78 120 134 100 52 0 52 1(Х) 134
22 134 120 78 32 12 47 65 59 34 0 34 ЬУ 65 47 12 32 78 120 134 100 52 0 52 100
23 1(Х) 134 120 78 32 12 47 65 59 34 0 34 59 65 47 12 32 78 120 134 100 52 0 52
24 52 100 134 120 78 32 12 47 65 59 34 0 34 59 бЬ 47 12 32 78 120 134 100 52 0
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
45
Затем производится назначение частотной полосы второму КА.
Для этого во втором столбце проставляется единица в самой
верхней незаполненной клетке, а справа от нее проставляются
нули там, где в соответствии с табл. 2 второй КА имеет пересече-
ния с другими КА.
Аналогичным образом производится назначение частотных по-
лос и всем другим КА. В результате в каждом столбце
табл. 3 будет стоять только одна единица, и строка, где она
стоит, означает номер частотной полосы, присвоенной данному
КА. Общее число частотных полос, необходимых для системы
связи, равно числу строк, в которых имеется хотя бы одна
единица.
Из табл. 3 видно, что в рассматриваемом примере число
необходимых частотных полос равно восьми (по числу заполнен-
ных строк). Назначенные для КА частоты при ненаправлен-
ной антенне приведены в табл. 4.
Общий выигрыш в минимизации требуемой для системы
связи полосы частот можно оценить коэффициентом повторного
использования частотных полос Кп как отношение максимального
числа полос, равного числу КА (секторов, ячеек) в системе
No, к их числу А/п, полученному при том или ином способе
их повторного использования, т. е. Кп —N0/Nn. В данном примере
Кп=24/8=3.
При направленной антенне земной станции и ширине ее
диаграммы направленности на уровне, достаточном для подавле-
ния помех от соседнего КА (допустим порядка 20 дБ), равном,
например, 38 град, пороговый геоцентрический угол, соответ-
ствующий половине ширины диаграммы направленности антенны
станции, <рпор=12 град. Распределение частотных полос для
этого случая также приведено в табл. 4. Из нее видно, что
необходимое число частотных полос уменьшается до четырех и,
следовательно, Кп=24/4=6.
Следует отметить, что число необходимых частотных полос зави-
сит не только от числа КА в группировке, но и от ее структуры,
т. е. от взаимного расположения КА на орбитах. Поэтому
при выборе параметров группировки необходимо, наряду с други-
ми факторами, учитывать и необходимость минимизации тре-
буемых для разделения сигналов частотных полос.
Выше рассматривался случай, когда в бортовом ретрансляторе
применялась однолучевая антенна. При наличии многолучевой
антенны ЗРВ КА разделяется на сектора и ячейки, обслуживае-
мые каждым лучом антенны последовательно или параллельно.
Как правило, ЗРВ отдельных КА пересекаются не полностью,
а частично, задевая лишь часть составляющих их секторов
или ячеек. Только в них и следует назначать отличные
друг от друга частные полосы частот, являющиеся частью
общей полосы КА.
В принципе для многолучевой антенны можно использовать
предложенную выше методику, составляя соответствующие таб-
лицы для пересечений и назначений для секторов или ячеек.
Число найденных таким образом частных полос, а также необ-
ходимая суммарная полоса частот для КА и в целом для системы
связи могут быть достаточно большими и не соответствовать
выделенной для системы связи полосе частот.
Оценка возможностей временного разделения сигналов. Для
дальнейшей минимизации числа полос необходимо дополнить
пространственное разделение сигналов временным, учитывая, что.
наложение ЗРВ различных КА (секторов, ячеек) происходит
только в определенный ограниченный временной промежуток.
Именно на этот промежуток времени и надо назначить пере-
секающимся КА разные полосы частот. Алгоритм решения
этой задачи следующий.
За период обращения КА вокруг Земли рассчитываются все
временные интервалы, когда любые два КА сближаются до значе-
ния <р , и определяется время начала и конца этих интер-
валов. Эти числа для всех КА собираются в одну последо-
вательность и сортируются в порядке возрастания.
Процедура назначения частотных полос КА проводится отдель-
но для каждого временного интервала (ВИ) полученной после-
довательности. Суммируя результаты для каждого ВИ за период
обращения КА, можно построить таблицу распределения частот-
ных полос, в которой будет предусмотрено максимальное
повторное использование частот.
Для приведенного примера результаты этих назначений показа-
ны в табл. 5, из которой видно, что число необходимых
частотных полос для всех КА группировки с направленной
антенной и временным разделением сигналов уменьшается до
двух. Это, как отмечалось выше, и есть тот предел, ниже ко-
торого уменьшить число частотных полос в данной системе
связи невозможно. В этом случае Л'п=24/2=12.
На основе табл. 5 разрабатывается затем программа назначе-
ния рабочих частот в системе связи, которая закладывается в
память ЭВМ бортового ретранслятора каждого КА, в ЭВМ
координирующих станций и в необходимом объеме— в блоки уп-
равления абонентских станций.
Заметим, что частным случаем временного разделения сигна-
лов является выключение отдельных ячеек или секторов КА,
когда они пересекаются с аналогичными частями другого КА.
Такое решение предлагается, например, в системе связи «Ири-
диум» [1], однако оно не позволяет использовать повышение
пропускной способности системы, когда в ЗРВ абонента нахо-
дятся два или несколько КА.
Если на борту КА применяются многолучевые антенны и ЗРВ
КА разбиты на сектора (ячейки), то каждому сектору присваи-
вается своя частная полоса частот. В рассматриваемой системе
связи ЗРВ КА делится на семь секторов, и соответственно,
необходимо было бы назначить каждому КА семь частных полос.
Однако достаточно назначить только три разнесенных по часто-
те полосы так, чтобы в соседних секторах не было одинаковых
полос (рис. 2).
Тогда, с учетом пространственного и временного разделения
сигналов и направленных свойств антенны земной станции в
Таблица 4
Номер КА 1 2 3 4 5 б 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Номер полосы Ненаправленная антенна ЗС 121212343434565656787878
Направленная антенна ЗС 111111122222223333333444
46
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
Рис. 2
Эта методика пригодна для любых структур группировок
КА и для любых типов антенн земных станций. Для макси-
мального повторного использования частот в настоящей работе
применены методы частотного, пространственного и временного
разделения сигналов. Но могут быть применены и другие
методы разделения сигналов, в том числе по поляризации и
форме. Их можно использовать либо как дополнительные для
большего подавления мешающих сигналов либо для замены одно-
го из рассмотренных методов.
системе, необходимо будет иметь две группы по три частных
полосы, т. е. Кп— (24Х7)/(2ХЗ)=28.
Таким образом, предложенная методика позволяет осуществить
максимальное повторное использование частотных полос, выделяе-
мых для всех КА группировки, и минимизировать суммарную
полосу частот, необходимую для обеспечения заданной пропуск-
ной способности системы связи.
ЛИТЕРАТУРА
1. Глобальная спутниковая система связи «Иридиум».— Проспект
фирмы «Моторола», 1991.
Получено 15.10.92
УДК 629.7.054.847
ЗАДАЧИ РАЗРАБОТКИ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОЙ ИНЕРЦИАЛЬНОЙ
НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ СТАНЦИЙ СПУТНИКОВОЙ
РАДИОСВЯЗИ НА ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТАХ
В. С. Воробьев, О. П. Дьяков, Г. А. Норкин
В размещаемых на подвижных
объектах станциях спутниковой
радиосвязи с направленными антеннами
наведение антенны на спутник происходит
с использованием инерциальной
навигационной системы (ИНС). На
воздушных и морских объектах ИНС
зачастую входят в состав оборудования.
Технические характеристики ИНС могут
полностью соответствовать или не
соответствовать требованиям,
предъявляемым к ним со стороны
станции. На ряде же подвижных
объектов (наземных) собственные ИНС
отсутствуют. В этом случае их включают
в состав аппаратуры станции и они
являются частью системы управления
антенной (СУА).
В существующих станциях
спутниковой радиосвязи доля ИНС в
объеме и стоимости аппаратуры составляет
до 30 %. Поэтому значительное их
сокращение должно быть достигнуто
при обязательном улучшении
характеристик ИНС. В этой связи
задача создания специализированной
инерциальной навигационной
системы (СИНС) весьма
актуальна.
Назначение и характеристики ИНС в
станциях спутниковой радиосвязи. В ана-
лизируемых станциях при начальном наве-
дении реализуется режим программного
наведения. Для повышения точности СУА
применяется режим программного наведе-
ния с автокоррекцией, при котором обе-
спечивается компенсация медленных на-
капливающихся погрешностей с помощью
сигнала, принимаемого станцией , (при
приеме сигнала). В таких СУА осущест-
вляется обратная связь (ОС) по сигналу.
При работе на передачу возможен только
режим программного наведения. В подоб-
ных СУА ОС по сигналу отсутствует.
Для решения задачи программного наве-
дения должны быть известны географиче-
ские координаты (<р, %) объекта, направ-
ление на север (меридиан), местная вер-
тикаль, координаты искусственного спут-
ника Земли (ИСЗ). Также необходимо
знать изменение углового положения объ-
екта относительно топоцентрической систе-
мы координат — ТСК (углы курса Ч',
крена у, тангажа Ф). Нахождение указан-
ных величин (с заданной точностью) долж-
но обеспечиваться с помощью ИНС.
Технические требования, предъявляемые
к ИНС, определяются характеристиками
СУА. Погрешность наведения антенны Ag
обусловлена шириной ее диаграммы на-
правленности (ДН).
По точности СУА делятся на точные и
грубые. Для точных ширина ДН (по уров-
ню 3 дБ) составляет ±(10 угл. мин...
3 град), Ай — не хуже ± (5...90 угл. мин);
для грубых ширина ДН равна ±(3...
12 град), Ag — не более ±(1...5 град).
Время непрерывной работы для различных
объектов составляет 10, 24, 150 и 720 ч. Ре-
сурс СУА — не менее 20.000 ч.
Таблица 1
Параметры | И-11-1 | И-21 И-42
Погрешность (2а): <р, А за 1 ч, км 3,7 3,7 3.7
у, ft, угл. мин 10 6 6
У начальная, град 0,3 0,25 0,15
У, за 10 ч, град 1,3 0,5 0.4
Время непрерывной работы, ч 14 25...30 16
Масса, кг 100 40 (моноблок - 43 (моноблок —
Энергопотребление Переменный ток Источник 200 В 400 Гц 35 кг) 115 В 400 Гц 38 кг) 115 В 400 Гц
Начальное потребление, КВА 2,3 1 0,3
Установившийся режим, КВА 0,85 0,5 0,3
Постоянный ток (27 В). Вт 600 330 270
Надежность (наработка на отказ), ч 750 1200 2000
В табл. 1 приводятся основные харак-
теристики серийно выпускаемых ИНС.
В системах И-11-1 и И-21 используются
электромеханические гироскопы. Эти си-
стемы широко применяются в авиацион-
ной технике и в СУА (в качестве ИНС).
В состав И-42 входят лазерные гироскопы,
что уменьшает энергопотребление и повы-
шает надежность системы.
Однако ИНС, применяемые сегодня в
СУА, имеют следующие недостатки: боль-
шие массы, объемы и энергопотребление;
ограниченное время непрерывной работы
(существенно меньше требуемого); не-
достаточная точность; необходимость оста-
новки для начальной выставки; исполь-
зование дополнительной навигационной
системы для коррекции уходов по ф, X;
высокая стоимость. Существующие ИНС
обеспечивают технические характеристики
только для грубых СУА при времени
работы до 10 и 24 ч.
Структура специализированной ИНС.
Создание СИНС (применительно к стан-
циям спутниковой радиосвязи на подвиж-
ных объектах) дает возможность полу-
чить требуемые технические характеристи-
ки СУА и в то же время резко со-
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», M° 1, 1993
47
кратить массу, объем, стоимость и энер-
гопотребление аппаратуры. Сокращение
объема, в частности, достигается благода-
ря использованию дополнительной инфор-
мации от СУА.
Применительно к СУА могут быть пред-
ложены два направления разработок
СИНС (точные и грубые). Особенно боль-
шой эффект с позиции сокращения объема
аппаратуры получен для грубой СИНС, хо-
тя многие из приведенных ниже резуль-
татов распространяются и на точные си-
стемы.
Для точных СУА с ошибкой наведения
менее 20...30 угл. мин должна решаться
не выполняемая с помощью существую-
щих ИНС задача обеспечения требуемой
точности стабилизации антенны в инер-
циальном пространстве при эволюциях
объекта в условиях компенсации медлен-
ных уходов ИНС. Использование для
коррекции ИНС принимаемого в стан-
ции радиосигнала от спутника связи —
принципиальная особенность грубых
СИНС. Указанное относится к СУА с
ОС по сигналу.
Авторами предложены два варианта реа-
лизации грубой СИНС: бескарданной,
построенной с применением гироскопиче-
ских датчиков угловых скоростей (ДУС);
ИНС, реализованной с помощью курсо-
вертикали (КВ). Второй вариант дает
меньший эффект в части сокращения
объема аппаратуры, но позволяет уско-
рить разработку СИНС благодаря исполь-
зованию уже существующих КВ.
Отметим, что бескарданные ИНС с
лазерными гироскопами активно разраба-
тываются ведущими зарубежными фирма-
ми, такими как British Aerospace, Northrop,
Hughes Aircraft Co, Lockheed. Ранее,
применение таких ИНС в системах управ-
ления подвижных объектов, в частности
летательных аппаратов, ограничивалось их
более низкой точностью по сравнению с
карданными ИНС, а также необходимо-
стью использования вычислительных
средств, обладающих высоким быстродей-
ствием [I, 2]. Мощные вычислительные
средства наряду с коррекцией ИНС от
спутниковой системы навигации («Нав-
стар» и «Гранас») позволили устранить
упомянутые недостатки бескарданных ИНС
[3-5]. ‘
Специализированная ИНС с использова-
нием ДУС. В общем случае с помощью
бескарданной СИНС решается полная
задача наведения антенны, включая опре-
деление <р, к. Возможна упрощенная
реализация СИНС при известных геогра-
фических координатах объекта.
На рис. 1 приведена структура СИНС,
включающая: построитель местной верти-
кали (МВ) /, содержащий два акселеро-
метра и электронное устройство; измери-
тель угловых скоростей 2, состоящий из
трех ДУС; устройство выделения сигнала
ошибки (автокоррекции) 3; устройство
сопряжения 4 и вычислитель 5. С помощью
ДУС и акселерометра реализуется бес-
карданная ИНС.
Рассмотрим общий случай, когда внеш-
няя навигационная информация отсут
ствует. В режиме начального наведения
должно производиться программное наве-
дение на ИСЗ при известных ф, к и /, что
требует построения ТСК. Данная задача
решается путем нахождения плоскости ме-
ридиана. Для этого с помощью трех ДУС
определяют проекции вектора угловой ско-
рости вращения Земли ю3 на три оси
связанной (с объектом) системы коорди-
нат (ССК). По этим проекциям строит-
ся вектор со (рис. 2, а). Плоскость мери-
диана проходит через векторы о>3 и G. Век-
тор G соответствует местной вертикали.
Затем определяются ТСК и истинный
курс — И К (угол между плоскостью ме-
ридиана и продольной осью объекта).
Точность построения ТСК и программно-
го наведения зависит от погрешностей
ДУС, МВ, утла между векторами G и ш3,
ошибки, вносимой вычислителем. При по-
грешностях ДУС (уходе) AsCO, 1...1 град/ч
и МВ А^1...3 угл. мин ошибка нахож-
дения ИК для средних широт составит
0,5...5 град. Погрешность ДУС является
определяющей.
После «захвата» сигнала точность наве-
дения повышается за счет коррекции
погрешностей (с помощью сигнала). При
начальном «захвате» программное наве-
дение может дополняться поиском сигнала
в зоне пространства, определяемой шири-
ной ДН и погрешностью программного на-
ведения. В данном случае речь идет'о
поиске по азимуту.
При движении объекта для этих же стан-
ций должны решаться задачи стабили-
зации антенны с использованием инфор-
мации от ИНС и радиосигнала стан-
ции, а также программного наведения
на тот же спутник после затенения или
при планируемом переходе на другой
спутник.
Положение МВ определяется с помощью
акселерометров ИНС. Величины ф, к, ИК
находят следующим образом. На рис. 2, б
показано движение ИСЗ на орбите. Точ-
кам 1 и 2 соответствуют векторы Si и
§2, проведенные из центра Земли. Под-
спутниковые точки 1А и 2А имеют извест-
ные географические координаты. Задача
наведения может быть решена с помощью
векторов S-, метод построения которых
показан на рис. 2, г.
Точку местонахождения объекта А и
ИСЗ соединяем вектором L. Физически
он реализуется путем построения вектора
направления на ИСЗ при программном на-
ведении, а затем положение вектора кор-
ректируется за счет работы по радиосигна-
лу спутника. Для определения вектора S
из точки А под измеренным углом поло-
жения ИСЗ (между G и L) проводится
линия, совпадающая с вектором L. Точку С
на этой линии можно найти откладывая
из точки О известное расстояние между
центром Земли и спутником.
На рис. 2, б XYZ — оси абсолютной
инерциальной системы координат (АИСК),
связанной с осью мира и точкой весен-
него равнодействия. Ее строят ио резуль-
татам начального наведения на ИСЗ и
уточнения плоскости меридиана (с исполь-
зованием ТСК). Затем, по мере движения
объекта, измеряются углы его поворо-
тов с помощью ортогонально установлен-
ных ДУС. Тем самым оси АИСК ока-
зываются постоянно аналитически привя-
занными к осям ССК. Вектор S? рассчиты-
вается для известного положения ИСЗ и
сравнивается с его реальным нахожде-
нием. Таким образом определяется откло-
нение осей АИСК относительно ССК.
Погрешность ИНС связана с точностью
нахождения G и S, а также «ухода-
ми» ДУС. Данный метод позволяет их
измерить и скомпенсировать. Поскольку это
происходит в процессе работы постоянно,
то ошибка ИНС не накапливается. В этом
принципиальное преимущество предлагае-
мой ИНС.
В разработанном методе дополнительная
ошибка обусловлена тем, что положение
векторов Si и §2 определяется в разные
моменты времени. Погрешность зависит от
ухода ИНС за этот интервал. Благодаря
предложенному методу с помощью авто-
коррекции по одному ИСЗ и МВ решает-
ся задача уточнения ИК, ф, X.
При оценке точности ИНС принимае-
мые погрешности рассматривались как не
зависимые случайные величины: Аб^С
<3 угл. мин., AS<5 угл. мин., Д<одУС^
^0,1...! град/ч.
Если время между измерениями век-
торов St и Sq составляет 1 ч, то угол
между ними равен 15 град, а суммар-
ная погрешность - 0,75...2 град. Если
это время составляет 2 ч, то угол —
30 град, а суммарная погрешность —
0,5...4 град. Возрастание погрешности
ИНС вызвано усилением влияния «ухо-
дов» ДУС с увеличением времени. Умень-
шение погрешности ИНС при А<йдУс =
= 0,1 град/ч обусловлено- более слабым
влиянием погрешностей AG, AS.
Здесь точность ИНС определяется угло-
выми ошибками осей X, Y, Z ДИСК.
48
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
Рис. 3
Тангаж
крен
Курс
! Набигация
Л,У
А&то-
коррекция
~__________LJ
к
соответствует AS =
точности СУА и
ИСЗ «Молния» кор-
С учетом этих ошибок находят погреш-
ности для ИК, ф, X.
При оценке точности построения АИСК
не учитывается неопределенность (по-
грешность) положения ИСЗ связи (раз-
ность между ожидаемым и реальным поло-
жением спутника). Эта погрешность мала.
Для геостационарного ИСЗ погрешности
положения 1 км
= 0,1 угл. мин.
Для повышения
ИНС при работе с
рекция может производиться при работе
от двух ИСЗ. Если географические коор-
динаты объекта известны, то при одном
и том же положении ИСЗ (рис. 2, в)
измерительная плоскость может быть по-
строена через векторы S и G. Поскольку
в обоих случаях на измерения не влияет
погрешность, связанная с уходами ДУС,
точность ИНС повышается.
Структура СИНС с применением КВ.
КВ по сравнению с описанными ИНС
характеризуется меньшими габаритами,
массой, стоимостью.
Ниже приводятся характеристики КВ,
включающей трехосную гиростабилизиро-
ванную платформу, на которой размеще-
ны два гироскопа и два акселеромет-
ра. Масса изделия 5 кг, время нара-
ботки на отказ 5000 ч. Погрешность вы-
дачи угловой информации по у, б и Чг
составляет ± 1 град. По оси Д видимый
дрейф из-за вращения Земли происходит
со скоростью 15 град/ч. Изделие выдает
значения углов у, б и Д в анало-
говой форме.
Рассмотрим работу ИНС в различных
режимах работы СУА. Если состав ИНС
в СУА ограничивается одной КВ, то работа
в режимах начального наведения и движе-
ния объекта производится следующим
образом. При начальном наведении извест-
ны МВ и географические координаты.
Реализация программного наведения не-
возможна, так как отсутствует информа-
ция о направлении меридиана. Поскольку
Таблица 2
Структура СИНС Точность, угл. мин Масса, кг Время наработки на отказ, ч, более
Первый этап Второй этап Первый этап Второй этап Первый этап Второй этап
1. С использованием ДУС: три ДУС местная вертикаль электронные устройства (авто- коррекции, спецвычислитель) конструкция 30 10 7,0 3,0 0,5 2,0 1,5 3,5 1,5 0,3 1,0 0,7 5000 8000
2. С применением КВ: КВ электронные устройства (авто коррекции, сопряжения, спец вычислитель) конструкция 90 30 8,5 5,0 2,0 1,5 4,7 3,0 1,0 0,7 3000 5000 5000 7500
3. С использованием КВ и ДУС 90 30 9,5 . 5,2 3000 5000
4. С применением КВ, ДУС и устрой* ства спутниковой навигации 90 30 17,0 8,5 3000 5000
расчетный угол места ИСЗ известен, то в
азимутально-высотной системе поиск по
азимуту должен осуществляться в преде-
лах полусферы. На рис. 3, а зона поиска
показана в виде заштрихованной полосы.
После «захвата» сигнала наведение
антенны происходит по сигналу откло-
нения ДН антенны от направления на
спутник. Так же производится стабилиза-
ция положения антенны при угловых пово-
ротах объекта. Стабилизация может осу-
ществляться с помощью информации об
углах у, б, Д’, снимаемых с КВ.
При потере связи из-за затенения связь
восстанавливается, так как КВ обеспечи-
вает хранение азимутального направления.
Скорость ухода по азимуту составляет
15 град/ч. Следовательно, при точности
наведения на уровне 5 град связь может
появиться через 20 мин. Если наведение
осуществляется при неизвестных географи-
ческих координатах объекта, то поиск дол-
жен проводиться в пределах всей полу-
сферы. Реально размер зоны поиска
характеризуется неопределенностью (по-
грешностью) координат положения объ-
екта.
Недостатки данной структуры: большое
время готовности (при начальном поиске
и переходе на другой спутник); низкая
помехозащищенность, связанная с возмож-
ностью «захвата» по боковым лепесткам,
«захвата» сигналов от других источников.
Тем не менее, учитывая простоту и низ-
кую стоимость СИНС, их можно рекомен-
довать для использования в станциях спут-
никовой связи массового применения,
в частности, для народного хозяйства.
На рис. 3,6 приведена структура
СИНС, в состав которой входит гироскопи-
ческая КВ /, устройство сопряжения 2,
устройство выделения сигнала ошибки
(автокоррекции) -3, вычислитель 4. В 4 осу-
ществляется построение. ТСК, с помощью
блока автокоррекции по сигналу от ИСЗ
определяется ИК. Погрешность ИК зави-
сит от неопределенности географического
положения объекта. На рис. 3, б пункти-
ром показана структура ИНС, в состав
которой введена дополнительная аппара-
тура. С помощью навигационной аппа-
ратуры (например, спутниковой радиона-
вигации) определяются <р и! Для нахож-
дения ИК при начальном наведении в ИНС
можно использовать ДУС и определить
вектор й3. Если на объекте имеется внеш-
няя для станции навигационная инфор-
мация (ср, X), то можно ограничиться
добавлением ДУС к КВ.
Разработка С И НС для грубых СУА.
Учитывая новизну решаемых задач, разра-
ботку целесообразно вести поэтапно. На
первом этапе следует максимально исполь-
зовать уже существующие устройства.
Здесь особое значение приобретает про-
верка технической реализуемости закла-
дываемых принципов. На втором этапе
технические характеристики СИНС долж-
ны быть улучшены благодаря исполь-
зованию более совершенной элементной ба-
зы, усовершенствованных алгоритмов, ре-
шению технических вопросов, возникающих
на первом этапе.
В табл. 2 приведены ожидаемые харак-
теристики двух вариантов СИНС. Пред-
ставляется, что срок разработки для перво-
го этапа составит 2 года, для второ-
го — 5 лет.
Точность наведения по углам у, б, Д в ре-
жиме стабилизации антенны определяется
угловой ошибкой между направлением на
ИСЗ и оптической осью антенны. В этом
режиме при неподвижном объекте ошибки
вызваны контуром автокоррекции по
принимаемому сигналу (не превышают
10 угл. мин.). При эволюциях объекта
добавляется ошибка измерения углов.
Отметим особенности обоих вариантов
СИНС. СИНС с использованием ДУС поз-
воляет при минимальных массе и габа-
ритах полностью решать задачу по опре-
делению у, б, Д, ф, X. Благодаря этому
обеспечиваются режимы слежения и на-
чального поиска. Сложность реализуемо-
сти данного варианта связана с прин-
ципиальной новизной используемых техни-
ческих решений.
Специализированная ИНС с КВ обла-
дает худшей точностью, большими габари-
тами и массой. Преимущество — более
простая реализуемость. Простейший ва-
риант СИНС с КВ позволяет получить
только режим слежения. Как указывалось
выше, для решения полной задачи на-
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
49
хождения у, ft, T, ср, А, необходима
дополнительная аппаратура.
‘ Таким образом, из вышесказанного сле-
дует, что разработка специализированных
инерциальных навигационных систем дает
возможность существенно (в 3...10 раз)
повысить точность, уменьшить массу, стои-
мость, а также увеличить время непре-
рывной работы (до 500... 1000 ч) и повы-
сить ресурс аппаратуры.
ЛИТЕРАТУРА
1. Парусников Н. А., Морозов В. М., Бор-
зов В. И. Теория навигационных си-
стем.— М.: Изд-во МГУ, 1980.
2. Селезнев В. П. Навигационные устрой-
ства.— М.: Машиностроение, 1974.
3. Парусников Н. А., Морозов В. М., Бор-
зов В. И. Задача коррекции в инер-
циальной навигации.— М.: Изд-во МГУ,
1982.
4. Парусников Н. А., Морозов В. М. Разви-
тие представлений теории инерциаль-
ной навигации (корректируемые систе-
мы) // Актуальные проблемы механи-
ки.— Изд.-во МГУ, 1984.
5. Водяхо А. И., Смолов Б. М., Плю-
син В. У., Пузанков Д. В. Функциональ-
но ориентированные процессоры.— Л.:
Машиностроение, 1988.
Получено 15.10.92
УДК 621.396.676
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ ОБ УГЛОВОМ ДВИЖЕНИИ
НОСИТЕЛЯ в ПОДВИЖНЫХ АДАПТИВНЫХ
АНТЕННЫХ РЕШЕТКАХ
А. П. Соболев
Характеристики адаптивных антенных
решеток (ААР), установленных на
подвижном объекте (самолете, ж/д вагоне,
автомобиле),— отношение сигнал/помеха,
мощность помехи на выходе — могут
отличаться от оптимальных вследствие его
движения. Поскольку данные
характеристики имеют решающее значение
для работы подвижных адаптивных систем
связи, требуется применять специальные
технические решения, направленные на
улучшение условий приема.
Постановка задачи. Ухудшение характе-
ристик ААР оценивается как увеличение
общей выходной мощности помех относи-
тельно ее стационарного минимального
значения [1]. Причем движение подвижно-
го объекта представляется как дискрет-
ное угловое приращение и как непрерыв-
ное угловое движение с постоянной угло-
вой скоростью. В первом случае каждый
сигнал в пространстве отклоняется на один
и тот же угол А9 (см. рис. 1). Оце-
ниваемой характеристикой при этом выби-
рается предел подавления помех CL —
результат углового движения, определяе-
мый как
CL= 101g (Р/Рмакс), дБ,
где Р — выходная мощность помехи перед
адаптацией (сумма дисперсий помех),
Рмакс — максимальная выходная мощность
помехи, обусловленная данным угловым
движением.
На рис. 2 представлены результаты
моделирования антенных решеток (d =
— Х/2) в изменяющейся помеховой обста-
новке для различных отношений сиг-
нал/собственный шум. Рис. 1, а показывает
изменение предела подавления как функ
ции дискретного углового приращения,
а рис. 2, б — как функции непрерывного
углового движения (кривые /) соответ-
ствуют двухэлементной ААР при =
= оо, кривые 2—4 — четырехэлементной
ААР с P/6„=oo, 100 и 10, соответствен-
но, кривая 5 — 20-элементной ААР с
Р/5п — оо, где Ь'п — дисперсия собственно-
го шума). Предполагалось, что алгоритм
адаптации имеет постоянную скорость
сходимости, равную 10 мс.
Нетрудно заметить, что предел подав-
ления уменьшается с ростом дискретного
приращения угла и скорости углового дви-
жения. Объясняется это тем, что ширина
нуля диаграммы направленности (ДН) в
направлении на источники помех очень ма-
ла, и ее угловое смещение вызовет уве-
личение помеховой составляющей выход-
ного сигнала ААР. Для снижения дина-
мической погрешности необходимо приме-
нять специальные меры, повышающие бы-
стродействие системы.
Для достижения этой цели предлагает-
ся [2]: применять специальные алгоритмы
адаптации, обладающие минимальным вре-
менем сходимости; регулировать коэффи-
циенты усиления в различных цепях адап-
тации; использовать предварительную на-
стройку; оценивать ковариационную мат-
рицу. Однако ни в одном из данных спо-
собов не фигурирует информация об угло-
вом перемещении носителя в простран-
стве, которая вырабатывается навигацион-
ной системой и которой всегда можно вос-
пользоваться.
Пусть коррекция адаптивных весовых ко-
эффициентов по данным об угловом пере-
мещении позволит улучшить характеристи-
ки подавления помех ААР. Тогда алгоритм
коррекции можно представить в виде:
W' = A(A9)U7, где U7, W — соответственно
векторы весовых коэффициентов и скор-
ректированных весовых коэффициентов, а
А(А0) — матрица корректирующих коэф-
фициентов. Данная формула показывает,
что предложенный алгоритм учитывает
только информацию об угловом переме-
щении носителя, поэтому сам не может
осуществлять адаптацию. Необходим еще
алгоритм адаптации, который изменяет ве-
совые коэффициенты в соответствии с вы-
бранным критерием качества. В то же вре-
мя, алгоритм коррекции по угловому пе-
ремещению носителя формирует поправки к
весовому вектору. Возникает вопрос: в ка-
ком случае обосновано применение алго-
ритма коррекции?
Действительно, если задержка в получе-
нии информации об угловом движении но-
сителя превышает постоянную времени ал-
so
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
горитма адаптации, то использование ал-
горитма коррекции только ухудшит харак-
теристики ААР. Для изучения особенно-
стей применения данного алгоритма необ-
ходимо проанализировать характеристики
ААР, в которых он работает. Эти харак-
теристики можно рассматривать через от-
клонение весовых коэффициентов от их
оптимальных значений и как изменение
отношения сигнал/помеха или мощности
помех на выходе ААР.
Используем оба подхода, поскольку пер-
вый достаточно прост, нагляден и не свя-
зывает исследование с конкретным алго-
ритмом адаптации, однако недостаток дан-
ного варианта состоит в том, что он не по-
казывает влияния изменений помеховой об-
становки и не связан с выходными ха-
рактеристиками ААР. Этого лишен второй
подход.
Модель подвижной ААР. Рассмотрим
линейную эквидистантную антенную ре-
шетку из N идентичных элементов (рис. 3)
со всенаправленной ДН. Сигналы, приня-
тые отдельными элементами, проходят че-
рез устройства, регулирующие их ампли-
туду и фазу (комплексные весовые коэф-
фициенты Wk), и складываются в сумма-
торе. Входной, выходной векторы и век-
тор комплексных коэффициентов предста-
вим в виде
Х = [Х1(/)Х2(0...Хп(0]Г,
W-[UZ1(0UZ2(Z)...r„(/)]7',
Y(0= WTX,
где X = S + Un, U„ и S — соответственно
векторы напряжений помех и сигнала. Ко-
вариационная матрица напряжений в ка-
налах адаптивного приемного устройства
Rcn = £ (Х*ХТ), где * означает комплексное
сопряжение, а £(•) — математическое ожи-
дание.
Исследуем более подробно ковариацион-
ную матрицу напряжений в элементах ААР
Ren— Rc + Rn, т. е. когда напряжение сиг-
нала не коррелировано с напряжением
помех (Rn и Rc — ковариционные матрицы
помех и сигнала):
Un?vUn| UnyyUn2...
Матрица Rc идентична [1]. Все решения
для оптимального весового вектора в ААР
при использовании различных критериев
эффективности сводятся с точностью до
постоянного множителя к винеровскому ре-
шению. Теоретические пределы эффектив-
ности, определяемые этим решением, поз-
воляет оценить, какие усовершенствования
в ААР приведут к улучшению характе-
ристик решетки. Все полученные по раз-
личным критериям эффективности выраже-
ния для оптимального весового вектора
могут быть представлены в следующем
виде:
ronT = ₽Rn-'S;0, (2)
где 5аф — вектор, характеризующий амп-
литудно-фазовое распределение полезного
сигнала по каналам приема, 0 — скаляр-
ный коэффициент, соответствующий опре-
деленному критерию эффективности.
Пусть имеется М узкополосных, стацио-
нарных, со средним нулевым значением,
статистически независимых в пространстве
помех с амплитудами J\(t), J..., J m(t)
и дисперсиями о?, о2, ..., о™. Помимо
этого, каждый входной сигнал содержит
аддитивный со средним нулевым значением
собственный шум «,(/), некоррелированный
с сигналом и помехами и обладающий
дисперсией о2п. Таким образом, напряже-
ние помех и шума в одном элементе ААР
м
unk(t)=nk(t) + S /,(/) exp [i(co,/ +
l = 1
+ /гф,)], k— I, .... A,
где co, — частота t-го источника помех, а
ф, — его фаза, которая для линейной экви-
дистантной решетки задается выражением
ф, = (2ти//Х,) sinq),, t=l, ..., М, (3)
где d — расстояние между элементами
ААР, К, и ср, — длина волны и угол при-
хода t'-ro сигнала. Вектор сигнала S(t) соз-
дается точечным (по углу) источником
S(/) = y/S exp [i(cos/ + а)], где cos — частота
несущей сигнала, а — модулирующая
функция, S — мощность сигнала.
Будем считать, что элементы решетки
идентичны, а сигналы на выходе каждо-
го элемента отличаются только фазовы-
ми сдвигами, возникающими из-за распро-
странения сигнала по раскрыву решетки,
относительно фазового центра решетки.
Пусть фазовый центр — элемент решетки.
Опуская для простоты модулирующую
функцию, представим вектор сигнала выра-
жением
5Г(/) —[д/S exp (icooOy/S exp (1ш0/ + ф1)...
...д/S exp(ico0/-|-ip/v- 1)]
~2 * •
Uni UnlUn2 ... Un|Uniy
Rn —— Un2Un| Un2 ... Un2Unyy (1)
R =
м
5 о,?ехр(—|ф,)
i= 1
от адаптивного
Рис. 4 процессора
или
ST(t)=S(t)VT, где V'r = [1 exp (itpi)...
... ехр(1ф/у_ ])], S(/) = y/S exp (iwo/). (4)
В процессе анализа будем предполагать,
что перед началом углового движения под-
вижная ААР находится в устойчивом ста-
ционарном состоянии, т. е. выполняется
(2). Угловое движение (см. рис. I) оп-
ределяется как отклонение объекта на угол
А0. При исследовании динамики весовых
коэффициентов ААР сходимость алгоритма
адаптации считается постоянной с постоян-
ной времени т, следовательно, не учиты-
ваются изменения т, обусловленные поме-
ховой и сигнальной обстановкой. Хотя дан-
ные изменения безусловно могут быть зна-
чительными, они непосредственно не затра-
гивают предмет исследования и снижают-
ся с помощью специальных алгоритмов
адаптации.
Дискретное угловое движение. Предпо-
ложим, что, находясь в стационарном со-
стоянии [UZ(/)= U7(oo)= №опт], антенная ре-
шетка испытывает малое дискретное угло-
вое приращение А0 (см. рис. 1). Тогда
каждый сигнал в пространстве как бы от-
клоняется на один и тот же угол, а фа-
за t-ro сигнала изменяется с ф, [ см. (3)]
на ф( следующим образом:
(2nd/Ki) sin (0, + A0)« ф, + Аф„
где Аф, описывается уравнением
Дф, = [ (2nd/Ki) cos 0,]АО. (5)
Упростим (5), допуская, что все сигналы
максимально изменяют свою фазу (cos 0,=
= 1), тем самым предлагая однородное
ее отклонение. Для узкополосной ААР
(А,®Х) получим следующее приближение
(5):
Аф,~Аф = (2лД/Х)А0, I — 1,...,А4.
(6)
Перепишем также (1):
м
S о? ехр (1ф,
i= I
м
о,2ехр [i(7V—1)ф;]
Z=l
м
+ / ... S о/ехр [i(2V—2)ф,]
<= I
м
S ofexp [—i(A—1)ф,]
t= i
On + J
= о*1 + МАМ*г,
где I — единичная матрица AXAI; / =
— So?, М — матрица АХА1:
ехр (—1ф1) ехр (—1ф2) ...ехр (—1фЛ1)
ехр (—(2ф1) ехр (—12ф2) ...ехр (—12фм)
ехр ( — 1АфА ехр (—!Аф2 ...ехр (—1Афм)
а А — диагональная матрица МХА1:А =
— diag[oio2...o^). После осуществления
дискретного углового приращения кова-
риационная матрица
ISSN &013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
51
R' = o21 + M'AM/*7’,
(7)
где
M' =
exp [— i(4>! + Аф) ] ...exp [— i(i|-M + Аф) ]
exp [— 1.А(ф( + Аф) ] ...exp [—1А'(фм +Аф) ]
Матрицу M из (7) можно переписать в
виде
М' = ЙМ, (8)
где й — диагональная матрица NXM:
Й —diag [exp (— iAip) exp ( —12Аф)...
...exp ( —ijVAi|?)].
Подставив (8) в (7), получим
R' = O2|4-QMAM*7'Q*7'. (9)
Поскольку Й*'=Й* = Й~‘, R'i = QR„Q*.
Аналогичным образом запишем (2):
W,;nT = p(R')-1(S^)'. (10)
Полагая 5аф —S(/) [см. (4)] и снося S (/) в
коэффициент р, получим р5?ф = Р'У*. Та-
ким образом,
W,;nT = p'(R')-,(V*)' = P'(QRnQ’)-1X
X Й V* = р'Й R," *Й*Й V* = Р'Й R,r1 F’ =
= ЙГОПТ. (11)
Так как (11) угловые отклонения пред-
полагаются малыми, ехр(1ААф)« 1 -ф
-Н#Аф, и
Й«1-1АфЕ, (12)
где E = diag [1 2 3 ... А)— диагональная
матрица. После подстановки (12) в (11)
имеем
1Гопт=и7опт-1АфЕ№опт;
с учетом (6)
И^пт= IFonT-i(2^/X)A0ElFol,T. (13)
Формула (13) описывает алгоритм кор-
рекции адаптивных весовых коэффициен-
тов только с учетом информации об уг-
ловом перемещении носителя ААР. Есте-
ственно, данный алгоритм самостоятельно
не может осуществлять адаптацию. Его
назначение—ускорить подстройку коэф-
фициентов в подвижных ААР. Невозмож-
ность автономной работы алгоритма отра-
жена в (13) индексом «опт», т. е. предпо-
лагается, что коэффициенты подстраивают-
ся «внешним» алгоритмом адаптации до
оптимальных значений и в случае движе-
ния носителя ААР также корректируют-
ся алгоритмом (13).
На рис. 4 приведена структурная схе-
ма устройства, реализующего алгоритм
коррекции адаптивных коэффициентов по
данным об угловом движении.
Рассмотрим, изменится ли отношение
сигнал/помеха в подвижной ААР после
дискретного углового перемещения при ис-
пользовании приведенного алгоритма кор-
рекции адаптивных коэффициентов. Отно-
шение сигнал/помеха на выходе ААР
(S/n) = IF*rR,.|F/(lF*rR„№).
После дискретного углового приращения
данное отношение примет следующий вид
(считаем, что адаптивные весовые коэф
фициенты не изменились):
(S//?)' = IF*ГЙ/?СЙ* IF/( W* ГЙ R„Q* IF).
Если весовые коэффициенты после угло-
вого приращения были скорректированы
согласно (13), то
(S/n)' = Г*ГЙ*Й7?СЙ*Й IF/(1F*^* X
X Й R„£2^ IF) = IF*rRclF/( r^R,, IF).
Таким образом, при применении алгорит-
ма (13) отношение сигнал/помеха не из-
меняется Конечно в действительности про-
исходит ухудшение этого отношения, по-
скольку при выводе (13) использовались
допущения, на основании которых были
получены соотношения (6, 12).
Непрерывное угловое движение. Предпо-
ложим, что ААР осуществляет непрерыв-
ное угловое движение, которое можно пред-
ставить в виде дискретных отсчетов. Из-
менение фазы для i-ro сигнала, обуслов-
ленное угловым движением,
Аф//) —[(2лД/Х) cos 0,]ы/.
Изменение угла АО — a>t, где со, рад/с —
угловая скорость ААР, t — временной ин-
тервал между двумя дискретными отсче-
тами. Так как считаем, что дискретиза-
ция производится достаточно часто, а дви-
жение состоит из небольших угловых при-
ращений, то Аф, мало; поэтому по анало-
гии с (6)
Аф,« Аф(/) — (2nd / л)<о/.
Если у определить как скорость измене-
ния фазы, то у —(2nd/X)o>, и тогда изме-
нение фазы в любой момент времени
Аф(/) = у/. Следовательно,
Q = diag [ехр(—1у/)ехр(—i2y/)...
...ехр(—iNyt) ],
Й«1—iy/E, (14)
^пт=Н7ОпТ->Т/ЕН7опт.
Формула (14) аналогична (13), поэтому
все выводы, полученные для дискретного
приращения в данном случае применимы.
Алгоритм коррекции в реальных усло-
виях. При выводе приведенных выше фор-
мул использовалось предположение, что уг-
ловое перемещение измеряется точно и
мгновенно, что в реальных условиях невы-
полнимо. Рассмотрим алгоритм (13) для
таких условий. Влияние погрешности из-
мерения углового перемещения достаточно
ясно из анализа (13), поэтому обратимся
только к зависимости работоспособности
алгоритма коррекции в случае измерения
углового перемещения с задержкой во вре-
мени. Реальный алгоритм работы ААР с
коррекцией по угловому перемещению мож-
но записать в виде уравнения
и7'опт(/) = Й(/)ГОпТ, (15)
где зависимость от t указывает на влия-
ние собственно адаптивного алгоритма на
весовые коэффициенты, обусловленное из-
менением помеховой и сигнальной обста-
новки, в том числе и вызванное угловым
движением. Если в момент to происходит
угловое приращение, а измеренное значе-
ние будет получено в момент /ь то (15)
приобретает вид: IF()nT(/i) = fi(/o)IFonr(/i)-
Поскольку lF(7i) уже отличается от
lF(/o), а множитель Й(/о) вычислен для
момента /0, возникают дополнительные по-
грешности, которые могут свести на нет
преимущества использования алгоритма
коррекции. Для уменьшения погрешности
необходимо ввести поправочный коэффи-
циент, который будет учитывать динами-
ку IF(/), т. е. изменение весового векто-
ра адаптивным алгоритмом.
Расчет показывает, что поправка мо-
жет осуществляться коэффициентом
ехр (— е/), где е = 1 /т, r = const — постоян-
ная времени адаптивного алгоритма. При-
менение поправки требует использования
дополнительно одной операции умножения
для ААР произвольной размерности.
Моделирование. Для иллюстрации рас-
смотренного алгоритма коррекции была
смоделирована четырехэлементная линей-
ная эквидистантная ААР с межэлемент-
ным расстоянием Х/2. Полезный сигнал по-
ступал по направлению нормали к линии,
соединяющей элементы решетки, а поме-
ха — под углом к нормали л/6. Элемен-
ты имели ненаправленную ДН. Для про-
стоты считали, что полезный сигнал и по-
меха имеют одинаковые частоту и интен-
сивность. Сигналы от каждого элемента
поступали на весовые усилители с изме-
няемыми комплексными коэффициентами
передачи, затем суммировались, образуя
выходной сигнал антенной решетки.
На рис. 5 представлен график, ил-
люстрирующий преимущества использова-
ния алгоритма коррекции по данным об
угловом движении в подвижных /ХАР при
дискретном приращении угла. На оси ор-
динат показано наихудшее значение отно-
шения сигнал/шум, измеренное непосред-
ственно после углового приращения [при-
менялся идеальный алгоритм коррекции в
соответствии с (13)]. Полагалось, что соб-
ственно алгоритм адаптации сходится с по-
стоянной времени 10 мс. График показы-
вает, что выигрыш при использовании кор-
рекции составляет примерно 20 дБ.
На рис. 6 приведен график, демонст-
рирующий динамику весовых коэффициен-
тов ААР для адаптивного алгоритма без
коррекции (1), алгоритма с коррекцией
при задержке измерения углового поло-
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», Hg 1, 1993
жения (2) и с поправкой этой задерж-
ки (3). Так как графики накладываются
друг на друга, то для удобства смещаем
их относительно друг друга.
Оценивая поведение весовых коэффи-
циентов, можно сделать вывод, что алго-
ритм с коррекцией ухудшает характери-
стики динамики коэффициентов, однако
применение поправки для компенсации за-
держки позволяет применять алгоритм с
коррекцией в реальных условиях.
Заключение. Предложенный способ
использования информации об угловом по-
ложении носителя подвижной ААР поз-
воляет значительно уменьшить динамиче-
ское ухудшение характеристик ААР, а рас-
смотренный алгоритм коррекции поданным
об угловом движении дает возможность
достигнуть высоких эксплуатационных ха-
рактеристик антенной решетки без значи-
тельного усложнения алгоритма адапта-
ции.
ЛИТЕРАТУРА
1. Coffer A., Langholz G. The performance
of adaptive array in a dynamic environ-
ment // IEEE Trans, aero, electr.—
1987,— AES-23.— № 4,— P. 485—492.
2. Активная компенсация помех в каналах
связи / Под ред. Ю. И. Лосева.— М.:
Радио и связь, 1988.
Получено 15.10.92
УДК 621.397.62
О РАЗВИТИИ АНАЛОГОВЫХ МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ
ДЛЯ АППАРАТУРЫ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ
Ю. 3. Анненков, Д. П. Евдокимов
Значительное место в современной
аппаратуре спутниковой связи (АСС)
занимают аналоговые устройства
обработки сигналов, использующие
диапазон частот до одного и более
гигагерц. Рассматривая ретроспективу
разработки и внедрения аналоговых
микроминиатюрных устройств для АСС,
необходимо отметить постоянное
совершенствование схемотехнических и
конструкторских решений, направленных
на повышение интеграции и улучшение
надежности, при непрерывном
усложнении аппаратуры в целом.
Остановимся на основных моментах
развития и конкретных примерах
использования аналоговых
микроэлектронных устройств.
Среди важнейших этапов создания ана-
логовой микроэлектроники можно выделить
следующие: разработка м икромодульных
приемников для космических аппаратов,
1960 г.; освоение тонкопленочной техно-
логии, создание отдельных гибридных
микросхем, 1965 г.; разработка и внедре-
ние первой отечественной аналоговой серии
235 («Радио») гибридных микросхем,
1970 г.; развитие номенклатуры специа-
лизированных гибридных микросхем, ос-
воение серии 435 («Трель-Рубин»), 1975 г.;
широкое применение тонкопленочной и
толстопленочной технологии в бортовой
АСС, использование серии 175 («Ки-
парис»), 1980 г.; внедрение в АСС квад-
ратурных устройств на аналоговых пере-
множителях сигналов, освоение серий 174
и 525, 1982 г.; разработка мироэлектрон-
ных блоков и устройств, насыщенных эле-
ментами акустоэлектроники и аналоговыми
микросхемами повышенной интеграции
(серия «Тюбик»), 1985 г.
К 1990 г. определились основные типы
и номенклатура монолитных схем, при-
меняемых в аналоговой микроэлектронной
аппаратуре: аналоговые перемножители
сигналов, сдвоенные и счетверенные опе-
рационные усилители, компараторы, схе-
мы с фазовой автоподстройкой частоты
(ФАПЧ), многофункциональные схемы
приемников частотной и амплитудной мо-
дуляций, схемы цифроаналоговых преобра-
зователей, специализированные интеграль-
ные микросхемы ИМС для телевизион-
ной аппаратуры. Появилась возможность
разработки функционально насыщенных
приемных трактов и устройств обработки
сигналов с минимальными массогабарит-
ными характеристиками.
Одновременно совершенствовались кон-
структорские решения и технология сбор-
ки микроблоков. Передовые схемно-кон-
структорские решения применены в косми-
ческих радиобуях международной систе-
мы «КОСПАС—САРСАТ», бортовых рет-
рансляторах, портативных станциях косми-
ческой связи, аппаратуре приема непо-
средственного телевизионного вещания и
кабельного телевидения. Для организации
серийного выпуска изделий такого клас-
са в них широко использован поверхност-
ный монтаж как единственно возможное
средство снижения трудоемкости и сбор-
ки изделий и улучшения надежностных
характеристик.
Постоянный поиск новых технических
решений привел к разработке аналогово-
го матричного кристалла (АМК), на базе
которого, имея необходимую библиотеку
элементов, можно создавать новые типы
специализированных ИМС с уникальными
характеристиками, непрерывно дополняя
их сложными акустоэлектронными устрой-
ствами. Основные технические требования
к АМК определяются его схемотехниче-
скими возможностями, необходимостью за-
мены схем широкого применения для
получения дополнительных преимуществ
при сохранении необходимой функциональ-
ной сложности.
Набор (матрица) интегральных элемен-
тов (транзисторов, резисторов, свободных
изолированных карманов— подныров)
позволяет реализовать различные вариан-
ты ИМС путем изменения одного или
двух фотошаблонов, металлической раз-
водки и окон. Необходимый частотный
диапазон (до 1,5 ГГц и более) обеспе-
чивают кремниевые СВЧ транзисторы с
комбинированной изоляцией в виде канав-
ки с последующим ее заполнением неле-
гированным поликремнием или диэлектри-
ком.
Весь технологический процесс произ-
водства АМК состоит из изготовления
карманов с комбинированной изоляцией,
транзисторов и резисторов, схем коммута-
ции и контактных площадок, межслойной
изоляции и защиты. В процессе произ-
водства кристалл размещают в планарном
корпусе обычными методами микро-
электронной сборки, либо используют в
бескорпусном варианте. Дополнительные
преимущества АМК реализуются с по-
мощью топологического САПР, позволяю-
щего учитывать особенности конструкции
микроэлектронного блока в целом.
Пример современного использования
АМК — приемный тракт приемника не-
посредственного телевизионного вещания,
обеспечивающий работу в диапазоне 0,9...
1,7 ГГц, реализован на трех аналоговых
кристаллах (входном преобразователе со
смесителем и гетеродином, УПЧ с автома-
тической регулировкой усиления, син-
хронном фазовом детекторе с ФАПЧ.
Заключение. Создание аналогового
матричного кристалла представляет в рас-
поряжение разработчикам микроэлектрон-
ной аппаратуры уникальные возможности
проектирования современной космической
аппаратуры с минимальными массой и
габаритами.
ЛИТЕРА ТУРА
1. Пономарев М. В., Коноплев Б. Г. Базо-
вые матричные кристаллы и програм-
мируемые логические матрицы.— М.:
Высшая школа.— 1987.
2. Бубенников А. И. Моделирование ин-
тегральной микротехнологии приборов и
схем.— М.: Высшая школа.— 1989.
Получено 6.10.92
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
53
УДК 621.397.62
КОНВЕРТЕР СПУТНИКОВОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ
В. Г. Алыбин, Д. С. Дмитриев
В последнее время разработчики станций спутникового
телевидения (СТВ) уделяют большое внимание конвертерам
СТВ — важному узлу наземных приемников СТВ. По мере
развития этой области техники на первый план выдвигаются
следующие требования к конвертерам СТВ: низкий коэффициент
шума, обеспечивающий уменьшение необходимой площади
приемной антенны; малые габариты, предотвращающие
затенение антенн, которое имеет место при их малой площади;
небольшие трудозатраты в серийном производстве.
Авторы публикуемой статьи анализируют основные подходы к
конструированию конвертеров СТВ, позволяющие создавать
устройства, удовлетворяющие перечисленным выше требованиям.
Предлагается один из вариантов конвертера.
Основные подходы к конструированию конвертеров НТВ.
Большинство конвертеров изготавливается на фольгированном
диэлектрике с использованием корпусных транзисторов и диодов,
имеющих герметичные корпуса, а также герметичных конден-
саторов и резисторов. Это позволяет избежать жесткой герме-
тизации пространства внутри конвертера и осуществить с наи-
меньшими потерями переход с входного волновода на микро-
плосковый малошумящий усилитель (МШУ). Другая положитель-
ная особенность известных схем — максимальное привлечение
сосредоточенных и квазисосредоточенных элементов, что сокраща-
ет габариты схем. Этому же способствует выполнение кон-
вертеров двух- или трехэтажными.
Перспективность выполнения плат конвертеров на фольгиро-
ванном диэлектрике до сих пор не бесспорна, по сравнению
с выполнением плат, например, на сапфире или поликоре.
С одной стороны, применение фольгированного диэлектрика
увеличивает объем монтажных работ из-за наличия навесных
резисторов, но с другой стороны, подобная операция реализу-
ется групповым методом и, в целом, не дороже изготовле-
ния плат с напыленными резисторами. Следует также учесть,
что цена поликора в 20 раз больше, чем фольгированных
диэлектриков, и, кроме того, благодаря большей ширине и дли-
не проводников, выполненных на диэлектрике с малой ди-
электрической постоянной, облегчается подстройка узлов конвер-
тера.
Тем не менее, у конвертеров, сделанных на платах из по-
ликора, есть и свои бесспорные преимущества, которые могут
быть реализованы при наличии необходимой технологии и
измерительной техники. Большая диэлектрическая постоянная
ег подложки обеспечивает малые габариты схем, а умение
изготавливать отверстия в платах позволяет избежать их
дробления и трудностей стыковки с активными элементами
и волноводно-полосковым переходом. На платах из поликора
или сапфира целесообразно размещать предварительно из-
меренные по электрическим параметрам, бескорпусные активные
элементы. Причем наряду с миниатюризацией можно достичь
наименьшей шумовой температуры устройства, поскольку устра-
няется паразитное влияние корпуса транзисторов.
Весьма перспективны так называемые гибридно-монолитные
схемы конвертеров [1], в которых пассивная часть выполнена
в едином технологическом цикле на сапфире, а бескорпусные
транзисторы или диоды закреплены путем гибридного монтажа.
В этом случае стоимость одной платы лишь в два раза пре-
вышает, цену платы на фольгированном диэлектрике. Разме-
ры же гибридно-монолитного узла гораздо меньше, чем схемы
на фольгированном диэлектрике.
Бурное развитие в последние годы монолитных полупровод-
никовых приборов позволило почти весь конвертер НТВ реализо-
вать в одной микросхеме, содержащей усилитель, фильтр, сме-
ситель, активную часть гетеродина и первый каскад усилителя
промежуточной частоты [2]. В конвертере на такой микросхе-
ме немонолитным узлом по-прежнему остается малошумящий
усилитель, так как из-за потерь в полуизолирующей GaAs-
подложке не удается создать согласующих цепей с малыми
потерями. К тому же, необходимо иметь выходы микросхемы
на диэлектрический резонатор гетеродина и оконечные мощ-
ные каскады усилителя промежуточной частоты. Данные узлы
собраны на фольгированном диэлектрике.
Таким образом, при конструировании конвертеров сочетают-
ся монолитная техника и устройства, выполненные на фоль-
гированном диэлектрике. Следует отметить, что конкурентно-
способный, по сравнению с импортными моделями, конвертер
должен иметь шумовую температуру 100... 120 К, что предъявля-
ет серьезные требования как к транзистору, так и ко всем
узлам, влияющим на этот параметр.
Недавно были созданы малошумящие конвертеры на отечест-
венных транзисторах, изготовленных с использованием электрон-
ной литографии (структура квази-НЕМТ, длина затвора ме-
нее 0,3 мкм). Для уменьшения коэффициента шума в этих
конвертерах необходимо снижать потери в переходе между вол-
новодом и микрополосковой линией, а также оптимизировать
конструкцию многокаскадного МШУ.
Наиболее широкое распространение получил зондовый пере-
ход с волновода на полосковую линию, сделанный в виде шты-
ря с расширением в плоскости волновода. Потери в таком
переходе можно довести до 0,1...0,15 дБ, если обеспечить
относительно большую толщину штыря, его хорошую проводи-
мость и минимальное диэлектрическое заполнение в зоне
перехода.
Оптимизация конструкции МШУ наиболее эффективно мо-
жет проводиться на основе параметрического синтеза, в ко-
тором в качестве исходных данных используются измерен-
ные S-параметры транзисторов. Представляется, что при созда-
нии МШУ имеет смысл проводить измерение S-параметров,
когда транзисторы смонтированы в измерительной оправке так
же, как в усилителе, с сохранением материала и размеров
подложки, геометрии заземления истоков, расстояния от корпуса
транзистора до точки закрепления затвора, стока и т. п. В этом
случае от синтеза МШУ можно ожидать хороших результатов.
Устройство конвертера НТВ. Конвертер собран по традиционной
функциональной схеме (рис. 1). Он содержит волноводно-
полосковый переход, трехкаскадный МШУ 1 на полевых GaAs-
транзисторах, смеситель 2 на пассивно включенном транзисторе,
гетеродин 3 с диэлектрическим резонатором, трехкаскадный
усилитель промежуточной частоты 4, выход которого одно-
временно служит выходом конвертера и вводом постоянного
напряжения. В конвертере предусмотрен преобразователь по-
ложительного напряжения в отрицательное 5 и фильтр 6 для
подавления зеркального канала.
Общий вид конвертера показан на рис. 2. Конвертер со-
держит зондовый переход с волновода на полосковую линию,
выполненный в виде металлостеклянного участка коаксиальной
линии с волновым сопротивлением 50 Ом, внутренний провод-
ник которой погружен в полость отрезка волновода и имеет на
конце расширение. Зависимость КСВ зондового перехода от часто-
ты изображена на рис. 3.
Примененный в данном устройстве волноводно-полосковый
переход имеет значительные вносимые потери (0,15...0,17 дБ),
добавляемые к коэффициенту шума МШУ. Некоторое снижение
потерь в переходе (на 0,05. .0,07 дБ) можно было бы ожидать,
если волноводно-полосковый переход был бы негерметичным, а
герметизация осуществлялась бы через волноводное окно. Однако
это существенно удорожает конструкцию конвертера.
54
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», Ng 1, 1993
Две ячейки конвертера (ЛАШУ и фильтр—смеситель—гетеро-
дин) выполнены на фольгированном диэлектрике типа ФАФ-4ВН-
0,5-0,035, припаянном к промежуточному основанию, и установ-
лены в одной плоскости на одном этаже корпуса конвертера
со стороны волноводно-полоскового перехода. Усилитель проме-
жуточной частоты (УПЧ) и преобразователь положительного
напряжения в отрицательное реализованы в виде отдельной
ячейки и размещены на другом этаже корпуса.
Малошумящий усилитель показан на рис. 4. Он собран на
отечественных транзисторах, отобранных в виде комплектов для
первого, второго и третьего каскадов соответственно (на-
пример, Кш| = 1,0...1,2 дБ, /<ш2=1,3...1,6 дБ, Аш3=1,7...2 дБ).
Цепи согласования между каскадами трансформируют непо-
средственно выходной импеданс транзистора одного каскада во
входной импеданс транзистора другого каскада. Это позволило
свести к минимуму расстояние между транзисторами и сни-
зить потери в согласующих цепях. Выходная согласующая
цепь выполняет функцию режекторного фильтра, обеспечиваю-
щего требуемое затухание по зеркальному каналу (около
50 дБ), при наличии простого двухрезонаторного фильтра,
находящегося между МШУ и смесителем.
Параметрический синтез малошумящего усилителя по измерен-
ным S-параметрам осуществлялся на ЭВМ по программе
«UHF». В процессе синтеза, в частности, выяснилось, что опти-
мальными могут оказаться и разные расстояния между тран-
зисторами, поскольку S-параметры последних в каждом каска-
де различны.
При необходимости подстройку МШУ осуществляют путем
припаивания полосок луженой медной фольги к проводникам
согласующих цепей и к специально предусмотренным контакт-
ным площадкам (рис. 4). В цепях подачи питающих напря-
жений имеются резисторы, зашунтированные на заземляющее
основание конденсаторами, что повышает устойчивость усилителя.
Особое внимание при массовом производстве должно уделять
ся заземлению определенных точек схемы. Наиболее надежно оно
может быть выполнено с помощью металлизированных отверстий.
Режим усилителя по постоянному току устанавливается с
помощью потенциометров СПЗ-28, регулирующих напряжения на
затворах транзисторов каждого каскада МШУ. В варианте то-
пологии МШУ, показанном на рис. 4, использованы серий-
но выпускаемые транзисторы типа АП343-А2. Амплитудно-частот-
ная характеристика усилителя показана на рис. 5.
Фильтр, смеситель и гетеродин размещаются на одной пла-
те, чем достигаются удовлетворительная степень интеграции и
удобство настройки узлов непосредственно в корпусе конвер-
тера. Действительно, предварительно проверенный УПЧ устанав-
ливается в корпусе вместе с платой фильтра смесителя и
гетеродина и, таким образом, может быть подстроена вся выход-
ная часть конвертера, если между его входом и выходом
фильтра вместо усилителя проложить отрезок регулярной полоско-
вой ЛМНИИ.
Один из вариантов топологии смесителя на полевом транзи-
сторе АП325-А2 показан на рис. 6. Входной сигнал подается на
его затвор, а сигнал гетеродина — на сток, с которого снима-
ется сигнал промежуточной частоты. Напряжение питания на
сток транзистора не подается. Использование полевого транзисто-
ра в таком «пассивном» режиме позволяет получить коэф-
фициент преобразования, равный 0...3 дБ, коэффициент шума —
менее 7...8 дБ.
Амплитудно-частотная характеристика, узла, содержащего
гетеродин, смеситель, УПЧ и фильтр, показана на рис. 7.
Гетеродин собран на полевом транзисторе АП339-А2. Ли-
ния с диэлектрическим резонатором из керамики типа АЛТК
подключена к затвору.
Диэлектрический резонатор крепится клеем к пластине из
диэлектрика с низкой диэлектрической проницаемостью ег«1,1,
в свою очередь, приклеенной к промежуточному основанию.
Пластина из диэлектрика обеспечивает установку диэлектриче-
ского резонатора над плоскостью промежуточного основания
на 0,5 мм выше плоскости платы гетеродина. Это позволя-
ISSN 0313-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», M? 1, 1993
55
* ет получить большой КСВ (15...19) в линии затвора транзисто-
ра гетеродина на резонансной частоте, достаточный для его
устойчивой работы.
I Гетеродин работает по схеме с автосмещением, для чего
Ч транзистор АП339-А2 устанавливается так, что площадка истока
направляется вверх, затем к ней припаивается металлическая
перемычка, соединяющая исток со шлейфом обратной связи. Ста-
бильность частоты гетеродина в диапазоне температур —50...
+ 60 °C составляет ±1 МГц.
> Усилитель промежуточной частоты — трехкаскадный на тран-
» зисторах КТ3115-А2. Для выравнивания коэффициента усиления
на выходе каждого каскада предусмотрены резистивные вы-
равнивающие цепи. Амплитудно-частотная характеристика УПЧ
приведена на рис. 8. На плате УПЧ размещен также преобра-
; зователь положительного напряжения, поступающего от стабили-
затора, в отрицательное, который выполнен по схеме мульти-
вибратора.
Конвертер питается от источника напряжения +(12...24) В, ко-
торое подается через выходной разъем и стабилизатор
КР142ЕН8Г на преобразователь и остальные узлы устройства;
потребляемый ток—менее 70 мА. Габариты конвертера —
40X40X92 мм, масса — 150 г.
Экспериментальные результаты. Конвертер прошел неоднократ-
ные испытания, включая климатические, в диапазоне темпе-
ратур —50...+60 °C. На рис. 9 показаны зависимости коэф-
фициента шума и коэффициента передачи от частоты выход-
ного сигнала (частота гетеродина 10,0 ГГц), полученные на
конвертерах, собранных с транзисторами АП343-А2. Используя
транзисторы «Победит», удалось реализовать при комнатной
температуре коэффициент шума, не превышающий 1,3 дБ.
Превышение коэффициента шума конвертера над коэффициентом
шума МШУ составило 0,3 дБ. Коэффициент передачи в этом
случае был не ниже 50 дБ.
В рабочем диапазоне частот получены следующие парамет-
ры конвертера: максимальная выходная мощность при компрес-
сии коэффициента усиления 1 дБ — не менее 0,5 мВт; подав-
ление зеркального канала — более 50 дБ; диапазон рабочих тем-
ператур, в котором сохраняются неизменными параметры кон-
вертера 50...+60 °C (кроме коэффициента шума, который
при +60 °C увеличивается на 1,8%).
Заключение. Конвертер спутникового телевидения прошел
промышленную апробацию и удовлетворяет современным требо-
ваниям, предъявляемым к рассматриваемому типу устройств.
Дальнейшее улучшение его параметров можно осуществить
путем снижения коэффициента шума при переходе к НЕМТ-
структурам; уменьшение же габаритов конвертера возможно
при переходе к его гибридно-монолитной реализации.
Создание конвертера СТВ, построенного с использованием
современных технологий на отечествен'ной элементной базе и кон-
курентоспособного на внутреннем и внешнем рынках, укрепляет
позиции российской электроники.
ЛИТЕРАТУРА
1. Алыбин В Г., Кононенко Л. В., Мартынова Н. А. и др. Проекта
рование гибридно-монолитных усилителей СВЧ с распределен-
ным усилением на полевых транзисторах с барьером Шотки //
Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ,— 1987.—
Вып 9.—С. 15—19.
2. Patel J. and Wallage Р. AKD Series Ku-band GaAs MMIC
down converters.— Anadigics Technical Brief, 35 Technology
Drive, Warren, NJ 07066 05.07.91—21 p.
Получено 15.10.92
УДК 621.397.62
ГИБРИДНО-МОНОЛИТНЫЕ УСТРОЙСТВА СВЧ
В. Г. Алыбин, Д. С. Дмитриев, С. Ю. Зябликов
Развитие СВЧ микроэлектроники как
самостоятельного направления в
аппаратуре спутниковой связи (АСС)
началось с появления отечественных СВЧ
транзисторов в середине 70-х годов. За
прошедшие 15—17 лет освоена технология
изготовления транзисторов с барьером
Шотки, сквозная САПР транзисторов и
устройств СВЧ, внедрены процессы
изготовления пассивной части устройств
СВЧ (их сборка, герметизация и
регулировка).
Несмотря на жесткую необходимость
миниатюризации АСС (масса бортовых
ретрансляторов достигает десятков и сотен
килограмм), процесс миниатюризации
сдерживался жесткими требованиями к
надежности аппаратуры и недостаточным
уровнем технологии СВЧ
микроэлектроники.
В последнее время с развитием
портативных спутниковых станций с одной
стороны и совершенствованием технологии
монолитных и гибридно-монолитных
интегральных узлов (ГМУ) —
с другой, возникли предпосылки для
создания новых миниатюрных устройств
СВЧ диапазона. В данной статье
приведены примеры реализации ГМУ для
АСС.
Введение. Первые интегральные схемы
СВЧ диапазона появились в 70-е годы.
Они представляли собой печатные платы с
распределенными элементами ь виде поло-
сковых проводников с навесными рези-
сторами, конденсаторами и активными эле-
ментами в корпусном исполнении. Такие
ГИС имели большие габариты и низкую
надежность из-за большого количества
монтажных соединений. Процесс миниатю-
ризации привел к созданию нескольких по
колений ГИС, в которых элементы начина-
ли изготавливать в одном технологическом
цикле с полосковыми проводниками. Так
осуществился переход от корпусных актив-
ных элементов к бескорпусным.
Сегодня отечественная микроэлектрони-
ка стоит на пороге эры монолитных уст-
ройств СВЧ, в которых все элементы (ак-
тивные и пассивные) выполнены в одном
технологическом цикле на подложке, на-
пример из GaAS (1]. Однако несмотря на
появление первых устройств такого типа,
развитие этого направления сдерживается
как уровнем их технологии, так и стог
мостью материалов и разработок.
Одно из современных решений задач
56
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», HS 1, 1993
микроэлектроники—построение ГМУ
СВЧ, пассивная часть которых изготав-
ливается в одном технологическом цикле
на подложке из диэлектрика (например,
из лейкосапфира), а активные элементы
закрепляются методом гибридного монта-
жа [2]. Такое решение (промежуточное
между ГИС и монолитными схемами) в
наибольшей степени удовлетворяет требо-
ваниям к АСС.
Резкое уменьшение габаритов ГМУ в
сравнении с ГИС побудило к миниатюри-
зации пассивных СВЧ узлов АСС, в первую
очередь фильтров. Использование фильт-
ров на ПАВ, а также на керамических
подложках с высоким ег^70...100 привело
к уменьшению объема аппаратуры СВЧ
по меньшей мере на порядок.
Ниже приведены примеры построения
ГМУ СВЧ, а также основные техноло-
гические особенности и конструкция от-
дельных ГМУ.
Гибридно-монолитный верхний блок не-
посредственного телевизионного вещания
(НТВ). Конвертер НТВ устанавливается в
фокусе приемной антенны и предназна-
чен для преобразования частот сигнала
трехсантиметрового диапазона в частоты
950... 1750 МГц. Как правило, конвертер
содержит малошумящий усилитель
(МШУ), фильтр, смеситель, гетеродин и
усилитель промежуточной частоты (УПЧ),
которые питаются от постоянного напря-
жения. На верхний блок питание по-
дается через выходной разъем, а постоян-
ное напряжение и высокочастотная со-
ставляющая сигнала разделяются с по-
мощью высокоомного проводника.
На рис. 1 показана конструкция гиб-
ридно-монолитного блока НТВ. Все узлы
блока размещаются в герметичном кор-
пусе /, запаиваемом крышкой 2. Гер-
метичность корпуса обеспечена гермовво-
дом 5, связывающим корпус 1 с входным
волноводом 6 и герметичным выходным
разъемом 12. Входной волновод 6 согла-
сован со входом МШУ зондом 7. Ко дну
корпуса 1 крепится стабилизатор напря-
жения 8, выводы которого загнуты таким
образом, что оказываются на уровне об-
щей сервисной платы 9, выполненной из
фольгированного фторопласта. К плате 9
крепятся все узлы блока, а сама она при-
паяна к алюминиевому основанию 10,
которое в свою очередь привинчено к кор-
пусу 1. В алюминиевом основании 10
и в сервисной плате 9 выполнены пря-
моугольные отверстия 11, в которых раз-
мещаются ГМУ 20, 22, 23, 24. Герме-
тизация осуществляется запайкой крыш-
ки 4 после откачки и напускания инерт-
ного газа через штенгель 3.
Для сапфировых гибридно-монолитных
плат так же, как и для монолитных при-
боров характерна одностороняя металли-
зация (копланарная конструкция). ГМУ 12
своей лицевой частью припаиваются против
отверстий сервисной платы 9 к ее метал-
лическому основанию 14. Активная часть
ГМУ находится в отверстиях 11, а входы
и выходы узлов соединяются с провод-
никами платы 9 перемычками 13.
В «сервисной» плате выполнено допол-
нительное отверстие 15. В нем размещает-
ся пьедестал 16 для диэлектрического ре-
зонатора из диэлектрика с малым ег и
толщиной 1...2 мм. На пьедестале нахо-
дится диэлектрический резонатор 17, над
которым расположена внутренняя крыш-
ка 18 с винтами подстройки 19. По-
следние позволяют плавно изменять часто-
ту гетеродина после того как будет най-
дено оптимальное положение диэлектриче-
ского резонатора и он будет закреплен.
Внутренняя крышка 18 создает конфигура-
цию внутри корпуса в виде отрезка за-
предельного желобкового волновода в об-
ласти размещения МШУ и смесителя, что
позволяет обеспечить устойчивый режим
работы блока.
На «сервисной» плате 9 размещены: по-
лосковый вход с гервовводом, два двух-
каскадных МШУ 20, фильтр 21, смеси—
тель 22, гетеродин 23, два каскада УПЧ 24,
а также проводники питания. Выход соеди-
нен с выходным разъемом и с провод-
ником подачи питания 25.
Гибридно-монолитный конвертер спутни-
кового телевидения имеет относительно
малые габариты (39X39X60 мм), коэффи-
циент шума Лш^1,8 дБ и коэффициент
передачи Кр^55 дБ.
Конструкция ГМУ. Среди различных ти-
пов ГМУ представляет интерес развитие
конструкции, впервые предложенной
А. М. Темновым. На одной стороне пла-
ты из сапфира находится заземляющее ос-
нование и в его окнах — проводники со-
гласующих цепей и резисторы. В такой
компактной конструкции удается наилуч-
шим образом реализовать высокие индук-
тивности проводников и выполнить схему в
сосредоточенном исполнении. Блокиро-
вочные конденсаторы реализуются напыле-
нием диэлектрика на первый металличе-
ский слой с последующим формирова-
нием на нем вторых обкладок из ме-
талла.
Для примера на рис. 2 показана то-
пология двухкаскадного малошумящего
усилителя десятисантиметрового диапазо-
на длин волн, работающего в 12 %-ной
полосе частот с коэффициентом шума
Кш<2 дБ. Цифрами на рис. 2 обозначены
соответственно: 1, 2 — транзисторы, 3 —
выход, 4, 6 — конденсаторы, 5 — ввод пи-
тающего напряжения, 7 — вход. Двух-
каскадный усилитель имеет относительно
малые габариты (4,5X5,5 мм) и неболь-
шое количество сварных соединений.
Фрагмент установки в сервисной пла-
те 9 (см. рис. 1) одного из гибридно-
монолитных микроузлов показан на
рис. 3, а—в (/, 3 — пайка; 2 — микро-
узел; 4 — сервисная плата; 5 — алюминие-
вое основание; 6, 8 — клей, 7— проклад-
ка, 9 — перемычка на землю). На сервис-
ной плате в местах, где необходимо обес-
печить заземление верхних проводников,
т. е. вблизи боковых кромок прямоуголь-
ных отверстий либо выполняются метал-
лизированные отверстия, либо заранее при-
паиваются перемычки из фольги, соеди-
няющие верхний и нижний проводники
платы через прямоугольные отверстия по
их кромкам.
Установка ГМУ осуществляется путем
приклеивания их к пенополиуретановым
прокладкам 7, находящимся на алюминие-
вом основании в углублениях для ГМУ,
и припайки выступающих за края плат
токонесущих выводов и заземляющих
проводников к соответствующим площад-
кам вблизи прямоугольных отверстий в
сервисной платеж. Ремонтопригодность из-
делий обеспечивается благодаря возмож-
ности замены ГМУ.
Технологические особенности изготовле-
ния гибридно-монолитных схем. При реали-
зации ГМУ СВЧ, независимо от их кон-
струкций (копланарной или микрополоско-
вой), следует учитывать ряд технологи-
ческих особенностей.
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
57
1. Нужно выбирать материал диэлект-
рической подложки с малой пористостью
(сапфир, кварц), в виду малой ширины
индуктивных проводников (единицы микро-
метров).
2. Следует предусмотреть возможность
нанесения тонкого, лучше нормированного
по толщине, слоя диэлектрика (SiC>2,
Та2О5 и т. п.) порядка 0,2...0,5 мкм с танген-
сом угла потерь tg 5^0,001.
3. Необходима многослойная металлиза-
ция (например, Al-Ni-Au) с использова-
нием гальванического метода нанесения
Au, поскольку наиболее приемлемый, об-
ращенный к напыленному диэлектрику ме-
талл — AI, а металл, пригодный для раз-
варки выводов транзистора,— Au.
Указанные особенности реализуются при
использовании доступного технического
оборудования. В остальном реализация
гибридно-монолитных устройств СВЧ обла-
дает 'хорошей преемственностью по отно-
шению к ГИС.
Заключение. Гибридно-монолитные
устройства СВЧ открывают возможности
создания миниатюрных АСС, удовлетво-
ряющих требованиям повышенной надеж-
ности. Сегодня уже созданы образцы та-
ких устройств и открыты возможности
быстрого создания многих типов СВЧ схем
с высокой степенью унификации, работаю-
щих в сантиметровом и дециметровом
диапазонах длин волн.
ЛИТЕРАТУРА
1. Монолитный широкополосный усили-
тель на полевых транзисторах в диа-
пазоне частот 0,5...14 ГГц / В. Г. Алы-
бин, А. Г. Михальченков, К. Г. Нозд-
рина и др. / Электронная техника.—
Сер. 1. Электроника СВЧ.— 1989.—
Вып. 3,— С. 19—23.
2. Проектирование гибридно-монолитных
усилителей СВЧ с распределенным уси-
лением на полевых транзисторах с
барьером Шотки / В. Г. Алыбин,
Л. В. Кононенко, Н. А. Мартынова
и др. // Электронная техника.—
Сер. 1.— Электроника СВЧ.— 1987.—
Вып. 9,— С. 15 19.
Получено 6.10.92
УДК 621.396.571
АКУСТОЭЛЕКТРОННЫЕ ЧАСТОТНО-ИЗБИРАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ ДЛЯ СИСТЕМ СВЯЗИ
Ю. 3. Анненков, П. Г. Иванов, В. М. Макаров, В. С. Орлов, А. Л. Шварц
Разработка и производство
акустоэл ектр он н ых р ад иокомп он ентов
(АРК) на поверхностных (ПАВ) и
объемных (ОАВ) акустических волнах
ведутся в МНИИРС с середины
семидесятых годов. Переход к АРК
обусловлен их известными
преимуществами, благодаря которым
реализуются повышенные требования к
системам связи — снижение
массогабаритных характеристик,
увеличение пропускной способности канала
связи, улучшение качества обработки
информационных сигналов и т. д.
Немаловажны и высокая технологичность
АРК, их схемная и конструктивная
совместимость с гибридными
микросхемами.
До 1980 г. в бортовых ретрансляторах,
разработанных в МНИИРС,
использовалось всего два-три типа
акустоэлектронных фильтров.
В современных же комплексах спутниковой
системы связи (ССС) задействована
практически вся гамма АРК — резонаторы,
полосовые и режекторные фильтры, линии
задержки, дисперсионные линии задержки,
причем число АРК в одном комплексе
может достигать нескольких сотен.
На АРК в комплексах ССС чаще всего
строят частотно-избирательные устройства
(полосовые, режекторные и весовые
фильтры), используемые для
индивидуальной и групповой селекции
информационных каналов,
формирования сетки опорных частот,
подавления зеркальных каналов и т. .д.
Причем интервал относительных полос
пропускания составляет от 0,001 до
50...70 % в частотном диапазоне 5...
700 МГц. Ни один из известных типов
фильтров не может удовлетворить таким
требованиям. Фильтры же на ОАВ (до
100 МГц) и на ПАВ (до 700 МГц),
органично дополняя друг друга,
перекрывают необходимые диапазоны
частот и полос пропускания.
В публикуемой статье рассматриваются
некоторые вопросы проектирования
фильтров на ПАВ и ОАВ нового поколения,
позволяющие реализовать требования к
АРК, близкие к предельно возможным.
Фильтры на ПАВ.
Узкополосные фильтры на
ПАВ с высокой избиратель-
ностью. В зависимости от требований
к полосе пропускания, фильтры мож-
но разделить на сверхузкополосные
(0,001 %^А//fo^O.l %), узкополосные
(0,1 %^А/До<1 %), среднеполосные
(1 Ю %), широкополосные
(10 %sgCA/7/o^5O %) и сверхширокопо-
лосные (50 %^А///0^100 %). Классиче-
ские узкополосные и среднеполосные
фильтры содержат полосозадающий апо-
дизованный встречно-штыревой преобразо-
ватель (ВШП) со взвешиванием пере-
крытия электродов и широкополосный
неаподизованный ВШП с постоянным
перекрытием электродов. Данная структу-
ра обеспечивает сравнительно невысокую
избирательность агар = 35...4О дБ в узкопо-
лосных фильтрах с кварцевыми звукопро-
водами и агар = 30...35 дБ в среднеполосных
фильтрах со звукопроводами из ниобата
лития.
С целью повышения избирательности
фильтров необходимо более рационально
распределять функции формирования за-
данной АЧХ между обоими преобразова-
телями. Для этого осуществляют взве-
шивание и второго ВШП, преимущест-
венно, методом селективного удаления
электродов [1] и фазоблочным методом,
при которых аппроксимация заданной ве-
совой функции достигается путем исклю-
чения части электродов либо их группы
вблизи локальных экстремумов весовой
функции с учетом ее амплитуды и фа-
зы в области, соответствующей центру
группы электродов.
Синтез же преобразователя, взвешен-
ного с помощью удаления электродов,
проводится методом прямой свертки с ве-
совой функцией, например, Хэмминга, но
при обязательном учете реального рас-
пределения электрических зарядов на
электродах в соответствии с алгоритмом,
описанным в [2].
Если заданы жесткие требования к фор-
ме амплитудно-частотных характеристик
(АЧХ) фильтров, в том числе и несим-
метричных, синтез аподизованного ВШП
проводится по методу частотных выборок
[3]. При этом структура и, следователь-
но, АЧХ второго ВШП фиксируются, а
АЧХ аподизованного ВШП со взвешивани-
ем перекрытия электродов корректируется
до удовлетворения заданным требованиям
к сквозной АЧХ фильтра. Амплитудно-
частотная характеристика узкополосного
фильтра, спроектированного описанным
способом, приведена на рис. 1.
Для реализации параметров АЧХ, близ-
ких к предельным, в процессе синтеза
топологических структур ВШП учитывают
ряд следующих эффектов второго порядка
58
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
(ЭВП): реальное распределение зарядов
на электродах, краевые эффекты на тор-
цах электродов, дифракцию и отражение
ПАВ в решетке ВШП. Кроме того, для
повышения устойчивости к технологиче-
ским дефектам однополярные электроды
объединяются дополнительными перемыч-
ками, дублирующими связь активных
электродов с суммирующими шинами
ВШП.
Для дальнейшего снижения отражений
и других ЭВП преобразователи фильтра
выполняются с различными пространствен-
ными периодами электродов в решетке
ВШП, которые выбираются из ряда
Хо/4; Хо/3; 2Х0/3; ЗХ0/4 и т. д., где
Хо — длина ПАВ на средней частоте. Для
этого ряда выполняются условия компен-
сации отражений ПАВ от краев электро-
дов. Выбор соотношений периодов, в основ-
ном, определяется относительной полосой
и средней частотой фильтра, а также усло-
вием отсутствия у преобразователей общих
полос пропускания, за исключением рабо-
чей полосы.
Широкополосные фильтры на
ПАВ с улучшенной формойАЧХ
выполняются, как правило, на звукопро-
водах из ниобата лития и содержат
два аподизованных ВШП, размещенных
в различных акустических каналах, кото-
рые акустически связаны многополоско-
вым ответвителем (МПО). Синтез отдель-
ных ВШП и фильтра в целом обычно
проводят методами прямой свертки или
частотных выборок с компенсацией пуль-
саций АЧХ фильтра путем противофазно-
го сложения пульсаций отдельных ВШП
и МПО в полосах пропускания и за-
граждения. При расчете учитывались
дифракция, отражения и регенерация
ПАВ [4], для минимизации которых был
применен ряд конструктивных решений.
Экспериментальная АЧХ рассматривае-
мого фильтра для использования в ТВ
передатчике показана на рис. 2. Коэф-
фициент прямоугольности по уровням 40 и
I дБ составляет 1,25; неравномерность
АЧХ в полосе пропускания — не более
0,5 дБ; неравномерность ГВЗ не более
±15 нс.
Фильтры на ПАВ с малыми
вносимыми потерями. Вносимые по-
тери фильтров на ПАВ сравнительно
велики и составляют авн=12...25 дБ, что
ограничивает их применение в системах
с широким динамическим диапазоном.
Указанные потери обусловлены нескольки-
ми причинами, основные из которых —
потери на рассогласование с нагрузка-
ми (до 6..20 дБ), заведомо увеличивае-
мые с целью снижения искажений, воз-
никающих из-за так называемых сигна-
лов тройного прохождения (СТП), и поте-
ри на двунаправленность излучения ВШП
(6 дБ).
Сегодня разработаны разнообразные
конструкции фильтров на ПАВ, позволяю-
щие снизить вносимые потери до авн =
= 3...6 дБ [4], однако пока не найдено
универсального решения, с помощью ко-
торого можно было бы одновременно
соблюсти жесткие требования по величи-
нам потерь, избирательности и уровню
ложных сигналов, в частности, СТП.
На основе же сопоставительного анализа
предельно достижимых параметров фильт-
ров, их массо-габаритных характеристик
и технологичности были выбраны сле-
дующие конструкции, минимизирующие
вносимые потери: резонаторные фильтры
с отражателями в виде системы кана-
вок для сверхузких полос пропускания
0,05...0,1 %; фильтры на однонаправленных
преобразователях (ОНП) с внутренними
отражателями в виде канавок или метал-
лических полосок для узких полос про-
пускания 0,5...2 %; фильтры на ОНП с
U-образными ответвителями для средних
полос пропускания 3...10%.
Конструкция фильтра из трех акусти-
чески связанных резонаторов, образован-
ных отражательными решетками (ОР)
3, 4 показана на рис. 3, а. В резо-
нансных полостях 1—2 и 3—4 размещены
ВШП, обеспечивающие двойное электро-
акустическое преобразование и селекцию
сигналов за пределами полосы отражения
решеток. С целью уменьшения протяжен-
ности звукопровода и расширения от-
носительной полосы пропускания ВШП и
ОР выполняются совмещенными.
Амплитудно-частотная характеристика
резонаторного фильтра с кварцевым ззуко-
проводом приведена на рис. 4 Эта АЧХ
формируется путем суперпозиции резонан-
сной характеристики ОР и фильтровой
характеристики ВШП. Такая суммарная
характеристика имеет ряд преимуществ для
задач выделения гармонических сигналов.
Во-первых, узкая полоса пропускания
фильтра значительно снижает фазовые
шумы. Во-вторых, резонансный режим ра-
боты позволяет уменьшить вносимые поте-
ри до 6... 10 дБ. Наконец, уровень подав-
ления соседних каналов увеличивается на
величину выигрыша по вносимым поте-
рям (в среднем на 10 дБ) и достига-
ет 50...60 дБ.
В фильтрах резонаторного типа ВШП
выполняются с «утопленными» электрода-
ми, причем толщина металлизации превы-
шает глубину канавок на 400...800 А°.
Такая структура дает возможность с
помощью технологии плазмохимического
травления кварца изменить толщину
выступающей части металлизации, регули-
руя тем самым коэффициент отражения
от элементов ОР. В ходе этого же про-
цесса осуществляется технологическая
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», 1, 1993
59
подстройка центральной частоты фильтра в
сторону ее понижения.
Режим однонаправленного излучения
ВШП обеспечивает снижение вносимых по-
терь на 3 дБ и устранение искажений
АЧХ, обусловленных СТП, что еще на 3...
10 дБ снижает потери на рассогласова-
ние с нагрузками. Конструкция фильтра
на ОНП с внутренними отражателями
приведена на рис. 3, б. Однонаправлен-
ность излучения ПАВ достигается путем
введения в структуру ВШП дополнитель-
ных отражателей, смещенных относитель-
но возбуждающих электродов на ±Хо/8.
В качестве отражателей используются ме-
таллические полоски или канавки шириной
А.о/4. Для компенсации паразитных отра-
жений ПАВ период расстановки возбуж-
дающих электродов ВШП выбирается из
ряда Хо/4, Хо/3, 2>.0/3, а для размещения
отражательных электродов, гарантирую
щих однонаправленность излучения ПАВ.
пары возбуждающих электродов устанав-
ливаются через интервалы, кратные Лр/2.
Типовая АЧХ фильтра на ОНП приведе-
на на рис 5. При вносимых потерях
авн=9...15 дБ пульсации АЧХ в полосе
пропускания практически отсутствуют, тог-
да как для фильтров без ОНП амплиту-
да пульсаций при больших вносимых по-
терях авн=18...24 дБ достигает 1,5...2 дБ
даже при применении кварцевых звуко-
ироводов. Затухание в полосе загражде-
ния фильтров на ОНП составляет 45...
55 дБ, что характерно для узкополосных
фильтров с двунаправленными ВШП.
Наиболее перспективный метод сниже-
ния вносимых потерь— использование так
называемых самосогласованных фильтров,
в которых из-за усиления многократных
отражений ПАВ от электродов реактив-
ная проводимость излучения преобразова-
теля приобретает индуктивный характер в
Таблица
Параметры Фильтры МНИИРС Зару- бежные фил ьтры на ПАВ
на ПАВ на ОАВ
Узкопо- лосные Средне- полос- ные Широко- полос- ные Узкопо- лосные Сверхузко- полосные
Центральная частота, МГц Относительная полоса про- 50...700 15...500 20...400 5...30 10...100 20... 1200
пускания, % Коэффициент прямоуголь- 0,05 ...1 1...5 5...70 0,3..3,5 0,005...0.35 0,05...80
ности Неравномерность АЧХ в по- 1,8...6 1.25...2 1,1..1,8 2,5...3,5 2,5...3,5 1,1...3
лосе пропускания, дБ — 0,2 ..1 0,5...1,5 0,5...2 0,5...2 0,2..2
Пульсации ГВЗ, нс — ±(10.15) ±(5...1О) — — ±(5...15)
Вносимые потери, дБ 4...15 5..22 5...30 3...10 5...12 3...30
Добротность (3. .5) -10J — — (0,5... 1) • 104 (0,5 . 3) - Ю4 (3...10) х ХЮ3
Материал звукопровода кварц кварц, ниобат лития ниобат лития танталат лития кварц кварц, ниобат лития
определенной полосе частот Это компен-
сирует статическую емкость без исполь-
зования внешних индуктивностей. Само
собой, в таком случае происходит иска-
жение АЧХ и ФЧХ фильтра.
Компромиссное решение, позволяющее
компенсировать статическую емкость ВШП
путем введения индуктивной составляющей
проводимости излучения при приемлемых
пульсациях АЧХ Аа»±(0,3...0,5) дБ, по-
лучается, если число электродов ВШП вы-
бирается из эмпирического соотношения
/V— 1,5/К^, когда ширина электродов рав-
на Ло/4 (Ks — коэффициент электромеха-
нической связи материала звукопровода,
определяющий, среди прочего, коэффи
циент отражения от одного электрода).
Поскольку полоса пропускания ВШП об-
ратно пропорциональна числу электродов
в нем, режим самосогласования реали-
зуется в ограниченной полосе частот при
использовании различных материалов зву-
копроводов и их срезов в качестве под-
ложки фильтров bf/f—2,8...10,2 % для
ниобата лития, 0,3...3 % для танталата
лития и 0,08...0,12 % для кварца.
Наиболее удобная структурная схема
самосогласованных фильтров — двухка-
нальная (рис. 3, в), использование кото-
рой позволяет решить три задачи —
согласовать активные проводимости гене-
ратора и нагрузки с помощью перифе-
рийных ВШП, увеличить избирательность
каскадированием взвешенных центральных
ВШП и уменьшить потери на двунаправ-
ленность излучения путем применения двух
однонаправленных периферийных ВШП
в каждом канале.
На рис. 6 представлена эксперимен-
тальная АЧХ самосогласованного фильтра
с подложкой из ниобата лития, вноси-
мые потери которого gibh^=5,3 дБ в полосе
3 % при /?г=/?н=50 Ом без катушек
индуктивности.
Экспериментальные АЧХ некоторых из
разработанных фильтров для коммерческих
систем связи и телевидения приведены на
рис. 7—9. Подобные фильтры строились
на основе изложенных выше принципов.
Интегральные пьезоэлектрические
филмры (И ПФ) на ОАВ. Кварцевые
(с полосой до 0,35%) и танталат-
литиевые (с полосой до 4 %) ИПФ
используются в бортовых ретрансляторах
ССС в качестве канальных фильтров,
фильтров «нажатия-отжатия», а также в
демодуляторах частотной телеграфии, син-
тезаторах точной сетки и т. д. Основ-
ное требование к ИПФ бортовых ретран-
сляторов — увеличение избирательности до
50...60 дБ и выше при сохранении
линейности группового-времени запаздыва-
ния в полосе пропускания.
Эти требования могут быть реализованы
только на фильтрах четвертого—шестого
порядков, которые с целью унификации
строятся из электрически связанных ячеек
второго порядка, закрепляемых на кера-
мических рамках. Для расширения диа-
пазона рабочих частот по первой гармо-
нике до 60 МГц используется глубокое
травление кварцевых пластин. Типичная
АЧХ фильтра шестого порядка приведена
на рис. 10.
Комплексированные частотно-избира-
тельные устройства. В ряде случаев не
удается удовлетворить всем требованиям
к электрическим параметрам устройства,
используя фильтры только на ОАВ или
только на ПАВ, из-за существенно отли-
чающихся полос пропускания фильтров
этих классов. Однако при компенсирова-
60
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
нии (совместном использовании) фильтров
на ПАВ и ОАВ в одном устройстве
можно реализовать уникальные АЧХ.
Например, полоса пропускания частот-
но-избирательного узла для тракта ПЧ
радиолокационной станции с фазированной
антенной решеткой, весьма критичного к
пульсациям амплитуды (±0,15 дБ) и фа-
зы (±5°), формировалась фильтром на
ПАВ, а сигналы узкополосных помех
подавлялись совместно фильтром на ПАВ
и двумя режекторными фильтрами на ОАВ.
Оба типа фильтров совместно с согласую-
щими цепями размещались в едином кор-
пусе узла.
Заключение. Описанные в работе
методы проектирования акустоэлектронных
фильтров и предложенные конструктивные
решения позволяют довести параметры
этих фильтров до предельных, что отве-
чает самым разнообразным требованиям
разработчиков аппаратуры специальной и
коммерческой связи. Сведения о разра-
ботанных фильтрах сведены в таблицу,
из которой следует, что фильтры, создан-
ные в МНИИРС, соответствуют мировому
уровню.
ЛИТЕРАТУРА
1. Laker К. R., Cohen Е., Slobodnik A. Y. //
IEEE Trans.—V. CAS-25.—№ 5,—
1978.— Р. 241—247.
2. Губанов В. А., Данилов А. Л., Ива-
нов п. Г. // Радиотехника и электро-
ника,— 1985.— Вып. 10.— С. 2021 —
2026.
3. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и при-
менение цифровой обработки сигна-
лов,— М.: Мир, 1978.
4. Орлов В. С., Бондаренко В. С. Фильт-
ры на поверхностных акустических вол-
нах.— М.: Радио и связь, 1984.
Получено 15.10.92
УДК 629.783
МАТРИЧНЫЙ ВОЛНОВОДНЫЙ КОММУТАТОР ДЛЯ МНОГОЛУЧЕВЫХ
АНТЕННЫХ СИСТЕМ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА ВОЛН
А. Г. Орлов, Н. И. Платонов
Статические многоканальные
СВЧ коммутаторы представляют
интерес для применения в спутниковых
ретрансляторах (РТР),
предназначенных для создания
зональных фиксированных систем
спутниковой связи. Создание
многоканальных коммутаторов
непосредственно на рабочих
частотах миллиметрового диапазона РТР
(44...66 ГГц) — сложная
техническая задача. К тому же,
в рамках технологических
возможностей, по крайней мере,
отечественной промышленности
затруднена реализация твердотельных
(полупроводниковых или
ферритовых) коммутаторов с
удовлетворительными
характеристиками. Авторы статьи
рассматривают пути создания
многоканального коммутатора
матричного типа с электромеханическим
управлением.
Пример построения приемной системы
РТР с использованием многоканального
коммутатора показан на рис. 1. Необходи-
мые зоны обслуживания создаются с по-
мощью многолучевой антенны (МЛА) и
коммутатора, позволяющего формировать
любую многосвязную зону обслуживания
парциальными лучами МЛА. В этом
случае реализуется максимальная доброт-
ность приемной системы Q » G:i/(7'nP+Л),
где G,, — парциальный коэффициент уси-
ления МЛА, Т„р и 7'з — шумовые темпера-
туры приемного устройства и земли. В схе-
ме на рис. 1 коммутатор также обеспе-
чивает функцию скользящего резервиро-
вания группы приемных устройств, реали-
зуя таким образом экономичный и эффек-
тивный метод повышения надежности.
Описание структурной схемы и принципа
действия матричного волноводного комму-
татора (МВК). Матричный коммутатор
должен обеспечивать независимую комму-
тацию каждого из М входов с каждым из
N выходов с минимальными потерями пере-
дачи и с высокой степенью развязки между
каналами. Для решения данной задачи
можно использовать конструкцию [1], в
которой МВ К представляет собой две си-
стемы отрезков взаимно ортогональнах
волноводов, образующих матричную струк-
туру и имеющих области, в которых волно-
воды соприкасаются своими широкими
стенками (рис. 2). В этих местах распола-
гаются управляемые электромеханические
переключатели (ЭП) на два положения.
Волноводные каналы со сторон, противопо-
ложных входам Aj(/ = i,A4) и выходам
Bt (i = 1, N) (t, / — номера строк и столбцов
структуры), присоединены к согласован-
ным нагрузкам.
Схема передачи энергии СВЧ сигнала
для ЭП, находящегося в положении «вы-
ключено», указана на рис. 2 стрелками на
штриховых линиях. В таком случае ортого-
нально расположенные волноводы в обла-
сти размещения ЭП оказываются развязан-
ными. Направление передачи энергии меж-
ду волноводами в состоянии ЭП «включе-
но» показано стрелками на сплошных
линиях; (полная связь между ортогональ-
ными волноводами обеспечивается при ми-
нимальных потерях энергии СВЧ сигнала в
канале между входом и выходом). Незави-
симое переключение каждого ЭП осущест-
вляется по командам устройства управле-
ния (УУ).
Описанная конструкция реализует функ-
ции переключения входных каналов и ре-
зервирования. Пусть функции переключе-
ния и резервирования в МВК (рис. 2)
совмещены, а К из N выходных каналов —
резервные (К>0), т. е. число одновре-
менно используемых каналов вход—выход
L = N — К<М. Тогда размерность МВК и
число ЭП, равное для полномасштабной
матрицы произведению M\N, могут быть
существенно уменьшены путем применения
структуры, показанной на рис. 3. В ее со-
став входят два матричных переключателя,
которые объединены схемотехнически и
конструктивно. Они образуют структуру
МВК с размерностью S\L, где S = К,
P=zM — L. Для этой структуры примем еди-
ную нумерацию ЭП строк i = 1, S и столб-
цов /’=!,£.
Матричный переключатель каналов
(МПК) (рис. 3) имеет размерность RX.L
Рис. 1
Aj Az
ISSN 0013 5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
61
и позволяет подключать любой изЛ4 входов
Ат (т = 1, М) к любому из L выходов. При-
чем L из Л4 его входов соединены с волно-
водами, образующими столбцы МВК
(j = l,L). Остальные R входов Ат (т —
==L+I,M) соединены с волноводами, об-
разующими строки МВК с номерами
i— 1, R . Выходы МПК соединены со входа-
ми матричного переключателя резервиро-
вания (МПР). Последний переключает лю-
бой из L входов на любой из А выходов
Вп (п=1, А), К из которых — резервные.
Тогда L выходов Вп (n = l, L) МПР соеди-
нены с волноводами, образующими столб-
цы МВК (/=1, А). Остальные К выходов
Вп (п = L -j- 1, N) соединены с волноводами,
образующими строки МВК с номерами
j — S, S— 1, ..., R-\~ 1 соответственно. Прин-
ципы работы МПК и МКР аналогичны
описанному выше и отличаются лишь спо-
собом включения ЭП (см. рис. 3).
В структурах МВК, показанных на
рис. 2 и 3, число ЭП Н\ —MN = M(L-\-K\
И2 — L(R + К) = ЦМ — L + К), а относитель-
ный выигрыш по числу ЭП B = //i///2 =
— (1+K/L) / [1—.• Этот выигрыш
увеличивается по мере роста К/L, убыва-
ния величины 1— (А — К)/М и может быть
весьма значительным. Например, при
М = 26, N = 16, К —4, L — N — А — 12 выиг-
рыш В «1,9. Сокращение размерности
МВК и числа ЭП существенно улучшают
массогабаритные характеристики и на-
дежность коммутатора.
Специфика использования МВК, пока-
занного на рис. 3, состоит в следующем.
Во-первых, при подключении входов Ат
(т = \, L) к выходам В„ (п = 1, А) все пере-
ключатели в соответствующих столбцах
устанавливаются в положение «выключе-
но», и отпадает необходимость в их ком-
мутации. Поэтому для уменьшения числа
переключений, осуществляемых МПК, ко
входам Ат (m —1, L) следует подключать
те устройства, коммутация которых произ-
водится с наименьшим темпом. Отметим,
что темп переключения ЭП МПР определя-
ется лишь потребностями резервирования.
Во-вторых, при подключении одного из
входов Ат (т — LA-1, М ) к выходу МПК
с номером / (/=1, L) развязка между вхо-
дами Aj и Ат достигается путем отраже-
ния энергии СВЧ сигнала от ЭП У,„, ,,
соединенного со входом Л/. Поэтому в ряде
случаев входы Ат (т = 1, L) следует снаб-
жать развязывающими устройствами.
В-третьих, потери энергии, вносимые
МВК, существенно зависят от длины пути,
проходимого сигналом, и числа ЭП, распо-
ложенных на этом пути. Поскольку для
МВК со структурой, показанной на рис. 3,
длина пути при переключении и число ЭП
на этом пути (от 0 до 2) могут изменяться
в более широких пределах, по сравнению с
МВК, изображенном на рис. 2, первый
характеризуется большей неравномер-
ностью АЧХ при переключении каналов.
Принцип действия ЭП. Электромехани-
ческий переключатель состоит из двух уз-
лов — управляемого узла связи (УУС)
и бистабильного реверсивного электромаг-
нита (БРЭМ) постоянного тока, кон-
структивно объединенных в одном устрой-
стве.
Управляемый узел связи предназначен
для коммутации СВЧ энергии и распола-
гается в месте наложения широких стенок
ортогональных волноводов. Принцип рабо-
ты и схему расположения элементов УУС
поясняет рис. 4, на котором показана пара
УУС, осуществляющих независимую связь
волновода I —Г с каждым из ортогонально
расположенных относительно него волново-
дов II — II' либо III — ПГ. В состав УУС
входит три элемента (штыря), обеспечи-
вающих требуемые электрические харак-
теристики. Штыри закреплены на держате-
ле — элементе подвижной части БРЭМ и
могут перемещаться перпендикулярно
осям волноводов сквозь отверстия в корпу-
се БРЭМ и в середине широких стенок
волноводов.
В положении «включено» штыри вво-
дятся в волноводы (верхний УУС на разре-
зе А—'А, рис. 4), а в положении «выклю-
чено» — выводятся из них (нижний УУС
на разрезе А—А, рис. 4). В положении
«включено» связь между волноводами
осуществляется с помощью зонда связи,
состоящего из медного штыря /, закреп-
ленного в держателе 2 и изготовленного из
высококачественного диэлектрика с малы-
ми потерями. Металлические штыри 3 и 4
служат рефлекторами. Длина их части,
расположенной внутри волновода, и диа-
метр выбираются из условия последова-
тельного резонанса на средней рабочей
частоте. Штыри обеспечивают отражение
энергии в волноводных каналах в рабочей
полосе частот. В положении «выключено»
элементы связи выводятся из полостей вол-
новодов, причем паразитная связь между
ортогонально расположенными волновода-
ми объясняется наличием отверстия, нахо-
дящегося в середине широкой общей стенки.
Бистабильный реверсивный электромаг-
нит реализует возвратно-поступательное
перемещение и фиксацию УУС в двух со-
стояниях. Смена состояния производится
Рис. 5
62
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», Me 1, 1993
путем подачи импульсных команд управ-
ления. Схема БРЭМ показана на рис. 5.
Он содержит основание /, корпус 2, крыш-
ку 3 из немагнитного материала, пару
концентраторов-фиксаторов 4. 5 из магни-
томягкой стали, закрепленных в основании
и крышке, на которых размещаются управ-
ляющие обмотки катушек 6 и 7, подвиж-
ный элемент 8 с постоянным дисковым
магнитом 9 и направляющей 10, в качестве
которой используется самый длинный из
рефлекторов. Подвижный элемент изго-
товлен из пластмассы и играет роль дер-
жателя зондов УУС. Геркон 11 располага-
ется на крышке БРЭМ и предназначен
для регистрации положения подвижного
элемента.
Характеристики УУС. Управляемый узел
связи представляет собой, по существу,
управляемый направленный ответвитель.
Величина потерь передачи УУС из-за про-
ачивания сигнала за рефлектор, а также
уровень развязки между плечами в каждом
из ортогональных волноводов, определя-
ются резонансными характеристиками реф-
лектора. Для исследования частотных ха-
рактеристик рефлектора необходима мате-
матическая модель, в которой бы учитывал-
ся зазор между наружной поверхностью
рефлектора и внутренней поверхностью
отверстия, через которое он вводится.
Подобная модель достаточно сложна [2]
и, кроме того, она не учитывает диссипа-
тивных потерь, возникающих из-за конеч-
ной проводимости материалов рефлектора
и стенок волновода, а также потерь на
излучение из кольцевого зазора, образо-
ванного цилиндрическими поверхностями
рефлектора и отверстия в стенке волно-
вода.
Поэтому для оценки частотных свойств
рефлектора использовалась его прибли-
женная модель в виде резонансного шты-
ря без потерь, расположенного по центру
волновода. Эквивалентная схема такой не-
однородности представляется реактивной
проводимостью, включенной параллельно
линии, величина же этой проводимости в
соответствии с [3J рассчитывается как
для тонкой поперечной металлической по-
лоски с эквивалентной шириной IT, = 2dp,
где dp — диаметр рефлектора.
На рис. 6 представлены некоторые ре-
зультаты расчета потерь L„ из-за утечки
части мощности сигнала за рефлектор
[L„ — 101g(| Г|2) ] и развязки (ослабления)
между плечами УУС в каждом из ортого-
нальных волноводов из-за отражения от
рефлектора [Lo= 10 lg(l — | Г |2), где
|Г12=-/3огР/Рпал = В7(52 + 4), Г — коэффи-
циент отражения, Рпад и Ртр — мощности
падающей на рефлектор и отраженной от
него волн, В - нормированная реактив-
ная составляющая проводимости рефлек-
тора. Размеры рефлектора выбираются так,
чтобы резонансная длина волны, при кото-
рой L,, = 0, лежала примерно в середине
рекомендуемого диапазона рабочих частот
волновода.
При dp — const и уменьшении зазора А
между торцом и широкой стенкой волново-
да (рис. 6, кривые 1 — 1Р/Ь = 0,846; 2 —
lv/b = 0,885; 3 — /р/6 = 0,923) резонансная
Рис. 6
частота смещается в длинноволновую об-
ласть, а ширина полосы, в которой обе-
спечиваются заданные уровни L„ и Lo,
несколько расширяется. Например, л.
dp/а = 0,154 —25 дБ в относчтел: ж
полосе частот 7...8 %, причем L„>
>—0,015 дБ. С повышением dpi а рабочая
полоса рефлектора расширяется. Так, при
dp/а = 0,192 (рис. 6, кривая 4, 1р/Ь — 0,9&2),
указанный уровень Lo обеспечивается уже
в 15-процентной полосе частот. Однако с
ростом dp отверстие расширяется (для
получения гарантированного зазора диа-
метр d>dp), что приводит к увеличению
неоднородности, вносимой в линию отвер-
стием, и уровня излучаемой мощности при
выведенном рефлекторе. Эксперименталь-
ные исследования подтвердили правиль-
ность полученных оценок в рабочей поло-
се частот.
Так, в волноводе размером 5,2 ммХ
Х2,6 мм для d = 1,5 мм и dp = 0,8 мм
(dp/a = 0,154) уровень 7.., <—25 дБ обе-
спечивается в полосе 43,1...46 ГГц (относи-
тельная ширина полосы 6,5%), а при
dp—\ мм (dp/a = 0,192) — в полосе 42...
48 ГГц (относительная ширина полосы
13,3 %). Ширина зазора А = 0,1 мм коррек-
тировалась, по сравнению с расчетной
величиной.
Использование приближенных математи-
ческих моделей коаксиально-волноводных
переходов зондового типа [4, 5], а также
методик согласования и масштабного мо-
делирования конструкций переходов, опи-
санных в [6], позволило выбрать геомет-
рические размеры УУС — длины участков
штыря связи, вводимых в каналы соединяе-
мых волноводов; диаметры штыря и отвер-
стия, в котором он расположен (они опре-
деляют волновое сопротивление отрезка
коаксиальной линии, соединяющего пару
коаксиально-волноводных переходов); рас-
стояния между штырем связи и рефлекто-
рами. Отметим, что наличие диэлектриче-
ского держателя штыря связи в одном из
соединяемых волноводов обусловливает не-
обходимость коррекции расчетной длины
находящегося в нем участка штыря, а
также расстояния до соответствующего
рефлектора.
Потери передачи в УУС в положении
«включено» складываются из потерь в ди-
электрическом держателе штыря связи, ме-
таллических штырях и в стенках волново-
да, а также из потерь на излучение из
отверстий, через которые вводятся штыри.
Поскольку теоретическая оценка суммар-
ных прямых потерь затруднена, проводи-
лось их экспериментальное, исследование
для разработанной конструкции УУС в
волноводном канале размером 5,2 ммХ
Х2,6 мм. Наименьшие потери не превы-
шают 0,4 дБ в диапазоне частот 42...47 ГГц
и имеют место, если держатель штыря
связи сделан из полиэтилена. Несколько
худшие результаты (потери не более 0,5 дБ
в диапазоне частот 42,5...46,5 ГГц) получа-
ются в случае применения капролона
(блочного полиамида). Остальные пара-
метры УУС в положении «включено» сле-
дующие: развязка между плечами, отно-
сящимися к одному из волноводов — не
хуже 25 дБ, коэффициент стоячей волны
по полю в диапазоне 42,8...45,9 ГГц в
соединяемых волноводах k„ < 1,2.
Оценим развязку между ортогонально
расположенными волноводами в положе-
нии УУС «выключено» на основе прибли-
женной теории [7], которая базируется на
представлении о поляризуемости отвер-
стий, а также на предположении об их
малости, по сравнению с рабочей длиной
волны и с поперечными размерами вол-
новода.
Расчетные соотношения имеют вид [7, 8]
F=B/A — FpFE, (1)
где F — коэффициент ослабления по по-
лю; В — амплитуда волны основного
типа, возбуждаемой во вторичном вол-
новоде через отверстие; А — ампли-
туда падающей волны в основном
тракте; FP=nd3A/(6аЬк2) — коэффи-
циент ослабления, обусловленный поляри-
зуемостью отверстия; X и А=
= Х/->/1 — (Х/2о)2 — рабочие длины волн
в свободном пространстве и основного
типа в волноводе; Fg=exp{ — (2л/1,3064) X
Х(//^)д/1—[l,3064(d/A) ] } — коэффи-
циент ослабления, обусловленный влия
нием отверстия с учетом толщины общей
стенки / между волноводами.
В соответствии с (1) переходное ослаб-
ление С = 20 lg Г представим в форме
С = СрА-Ср, где Cp = 2Q\gFp, CE—20\gFE.
В свою очередь, СР = Cd + Cf + Са, где
Cd = 201g[(jt/6)(d/q)]3, C; = 20lg[(q/X)/
\М—[л/(2а)р] и C’a = 20lg(q/b) зависят
лишь от одной переменной — относитель
ного диаметра отверстий (d/a), нормиро-
ванной длины волны (Х/а) и отношения
сторон сечения (а/b) волновода соответ-
ственно. Переходное ослабление СЕ при
анализе системы связанных через отвер-
стие волноводов можно представить функ-
цией трех переменных t/d, d/a, к/a. Таким
образом, переходное ослабление — функ-
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 1, 1993
63
ция четырех параметров d/а, t/d, Т/а,
а/Ь:
C=Cd (d/a) + Cf (к/а) + Са (а/b) +
-\-CE(t/d, d/a, к/а).
Для переходного ослабления при исполь-
зовании волновода сечением 5,2 ммХ
Х2,6 мм (d—1,5 мм, толщина стенки
t= 1 мм) в диапазоне частот 40...50 ГГц по-
лученная экспериментальная оценка С<
<—40 дБ находится в хорошем соответ-
ствии с расчетной (Ср<—-31,5 дБ, СЕ^
с—26,3 дБ, С<-57,8 дБ).
Отметим, что результаты используемой
теории [7] не позволяют оценить неодно-
родность, вносимую отверстием в волно-
водный тракт, и, соответственно, степень
его рассогласования. Устанавливать ком-
пенсаторы неоднородностей вблизи каждо-
го из отверстий вряд ли целесообразно,
поскольку это приводит к усложнению
конструкции переключающего элемента.
Для компенсации отражений от отвер-
стий, относящихся к различным переклю-
чающим элементам, шаг МВК необходимо
выбирать кратным счетному числу чет-
вертей длин волн в волноводе на средней
рабочей частоте. Причем для сохранения
полосовых свойств МВК по коэффициенту
отражения в рабочей полосе частот шаг
МВК должен выбираться минимально
возможным, а его величина должна кор-
ректироваться [9] с учетом реактивности,
вносимой отверстием в волноводный тракт.
Заключение. Изложенные принципы
построения матричного волноводного ком-
мутатора, а также результаты исследова-
ний характеристик его элементов исполь-
зуются с целью создания образцов, при-
годных для работы в составе спутниковых
ретрансляторов.
ЛИТЕРАТУРА
1. А. с. № 1700649 СССР. Волноводный
переключатель / И. С. Амелин,
Н. И. Платонов. Опубл. 23.12.91. Бюлл.
№ 47.
2. Rollings J. М., Jarem J. М. Ihe Input
Impedance of a Hollow-Probe-Fed, Semi-
Infinite Rectangular Waveguide //
IEEE Trans. Microwave Theory Tech.—
V. MTT-37.—№ 7.— 1989.—P. 1144—
1146.
3. Гупта К., Гардж P., Чадха P. Машинное
проектирование СВЧ устройств / Пер. с
англ. С. Д. Бродецкой под ред.
В. Г. Шейнкмана.— М.: Радио и связь,
1987,— 430 с.
4. Мейнке X., Гундлах Ф. Радиотехниче-
ский справочник. Т. 1 / Пер с нем.—
М.—Л., ГЭИ, 1961,— 416 с.
5. Жук М. С., Молочков Ю. Б. Проектиро-
вание линзовых, сканирующих, широко-
диапазонных антенн и фидерных уст-
ройств. М.: Энергия, 1973.— 440 с.
6. Линии передачи сантиметровых волн /
Пер. с англ, под ред. Г. А. Ремеза.—
М.: Сов. радио, 1951. 416 с.
7. Beth Н. А. // Phys. Rev.— V. 66.—
№ 7,— 1944.
8. Сосунов В. А., Шибаев А. А. Направ-
ленные ответвители сверхвысоких час-
тот.— Саратов: Приволжское книжное
издательство, 1964.— 135 с.
9. Фельдштейн А. Л., Явич Л. Р., Смир-
нов В. П. Справочник но элементам
волноводной техники.— М.—Л.: Госу-
дарственное энергетическое издатель-
ство, 1963. 360 с.
Получено 15.10.92
ПО ВОЛГЕ — С ФИРМОЙ SEL RFT
SEL RFT
Совместить приятное с полезным решила берлинская фирма
SEL RFT — дочернее предприятие европейского концерна
Alcatel,— собрав в сентябре прошлого года на речном лайнере
«Валериан Куйбышев» связистов Поволжья, Урала и Казахстана
и отправившись с ними в путь по великой русской реке
от Саратова до Астрахани. В течение двух дней российские
и немецкие специалисты могли не только налаживать деловые
контакты, но и любоваться проплывающими за бортом
живописными волжскими пейзажами, что, возможно,
способствовало большему взаимопониманию, чем обстановка
традиционных «кабинетных» встреч.
За два прошедших с момента образования SEL RFT года
фирма стала одной из самых успешных в «семье» Alcatel в от-
ношении торговых и кооперационных связей с государствами
СНГ, главным образом, с Россией и Казахстаном. Общий
объем контрактов, заключенных фирмой, с этими государ-
ствами на ближайшие пять лет, превышает 600 млн. немец-
ких марок, что убедительно свидетельствует не только об
активности восточногерманских бизнесменов, но и о престиже
оборудования, которое они предлагают нам вместе с их партне-
рами из Штутгарта — компанией Alcatel SEL.
В ходе «плавучей» презентации гости из SEL RFT расска-
зали о своей деятельности в пределах СНГ и подробно
ознакомили присутствовавших с уже известными нашим свя-
зистам цифровой АТС «Система-12» (S-12) и аппаратурой пере-
дачи LA-140 фирмы Alcatel, а также с цифровой системой
сотовой подвижной связи Alcatel 900 стандарта GSM и системой
управления сетью распределения радио- и телепрограмм.
Цифровая АТС S-12 выпускается в ФРГ фирмой SEL с 1981 г.
До недавнего времени эти станции собирали в западно-
германском городе Гунценхаузене, после же образования пред-
приятия SEL RFT к производству S-12 подключился арнштадт-
ский завод фирмы, откуда нам в бытность существования
ГДР поставляли системы АТСК-У и «Исток». Сегодня в Арнштад-
те освоили выпуск пятого поколения S-12 с децентрализован-
ной структурой. Такая архитектура позволяет варьировать ем-
кость организуемой телефонной сети от нескольких сот до
100 тыс. номеров и использовать систему на разных уровнях
сетевой иерархии. Например, приобретенные в 1992 г. Ка-
захстаном у SEL RFT станции S-12 работают там как между-
городные. а с этого года их начнут устанавливать на город-
ских телефонных сетях республики.
В Россию SEL RFT экспортирует систему LA140X2KX, пред-
назначенную для передачи по каждому направлению двух
четверичных (2X140 Мбит/с) или восьми третичных (8Х
Х34 Мбит/с) потоков по одной коаксиальной паре, что
соответствует пропускной способности 3840 телефонных каналов.
Аппаратура LA-140 предназначена для увеличения пропускной
способности существующих коаксиальных трактов, в которых ра-
ботают аналоговые системы передачи на 1800, 1920 или 3600 теле-
фонных каналов Именно в этих целях оборудование из
ФРГ будет использовано на модернизируемой линии связи
Санкт-Петербург— Москва.
Что касается системы сотовой подвижной связи Alcatel 900,
работающей в диапазоне 900 МГц по стандарту GSM,
то фирма SEL RFT уже знакомила с ней ' наших связи-
стов в прошлом году (см. «Электросвязь», № 2, 1992 г,).
Правда, тогда еще не было известно, что стандарт GSM будет
рекомендован к внедрению на территории России и министерст-
во связи РФ объявит конкурс на лучший проект такой
системы для нашей страны. Поэтому повторное представле-
ние Alcatel 900 было весьма кстати, тем более, что волжа-
не знакомились с техникой GSM от фирмы Alcatel впервые.
В заключение презентации инженеры SEL RFT рассказали
о разработанной в Alcatel SEL концепции управления сетями
распределения радио- и телепрограмм, названной Network
Management ТР29. На основе TF29 можно централизованно
контролировать работу распределительной сети, минимизи-
ровать затраты на ее техническое обслуживание, быстро
и эффективно локализовать неисправности и др. Концепция
заключается в интегральном управлении всей сетью на основе
рекомендаций МККТТ.
64
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», Hg 1, 1993
Построенная с учетом ТР29 система управления обладает
иерархической структурой в соответствии с Рек. М. 30 МККТТ.
Возможна реализация лучевых, линейных, древовидных или
кольцевых сетевых структур; для связи между отдельными
уровнями системы предусматриваются модули передачи анало-
говых и цифровых сигналов. Сбор и предварительная обработ-
ка информации осуществляются с помощью 16-разрядных
ЭВМ. В распоряжение оператора предоставляются интерфейс,
снабженный 32-разрядными процессорными системами, и паке-
ты прикладных программ, обеспечивающих обработку сигна-
лов ошибок и аварийных сигналов, сбор и обработку данных
о качестве передачи, управление каналами связи и т. д.
Инициатором проведения презентации была Поволжская
Ассоциация инженеров телекоммуникации и информатики
«Телеинфо», учрежденная на базе учебных заведений Минсвязи
России — Поволжского института информатики и связи, Самар-
ского политехникума связи, а также ГСПИ Самарской области
и СП «Квазар». Интерес сторон был обоюдным: менедже-
ры из SEL RFT получили возможность ознакомить со своей
деятельностью связистов российской глубинки и Казахстана,
«Телеинфо» — провести в рамках презентации свой научно-прак-
тический семинар, на котором были рассмотрены актуальные
проблемы и перспективы развития систем информатики и связи.
Те же, кто провел эти несколько дней на одном из лучших
теплоходов волжской флотилии, были удовлетворены вдвойне:
они смогли не только поработать, но и хорошо отдохнуть.
Р. Левин
ПРЕЗЕНТАЦИЯ СИСТЕМЫ RURTEL В ИЖЕВСКЕ
Технический прогресс, внедрение ры-
ночной экономики, повышение уровня
жизни невозможны без надежно работаю-
щих средств коммутации. Сегодня самые
низкие показатели по телефонизации —
у сельских районов. Только в России
более 60 000 поселков с населением до
50 жителей не имеют телефонов. За
последнее время возникло большое число
малых предприятий и фермерских хо-
зяйств, для которых развитая телефони-
зация — один из важнейших факторов
эффективной работы.
Западногерманской фирмой Alcatel
SEL разработана система радиосвязи
RURTEL, предназначенная для сельских
малонаселенных и труднодоступных ре-
гионов, абоненты которых расселены на
большой территории. Решение об исполь-
зовании радиосвязи было принято из
соображений большой надежности, по-
скольку строительство и эксплуатация
кабельных линий в местностях с конти-
нентальным климатом и сложным ланд-
шафтом требует значительных капитало-
вложений.
В системе RURTEL предусмотрена воз-
можность подключения любых аналого-
вых телефонных аппаратов, факсов или
других систем передачи данных со ско-
ростью 9,6 кбит/с, включая таксофоны
и телексное оборудование со скоростью
передачи 300 Бод. RURTEL — это цифро-
вая радиосистема со стандартными
64 кбит/с ИКМ-каналами для каждого
тракта передачи. Она полностью совме-
стима с современными системами ли-
нейного и коммутационного оборудова-
ния. Применение различных интерфейс-
ных плат для подключения к АТС и к
абонентским аппаратам позволяет ис-
пользовать ее при стыковке с аналоговыми
декадно-шаговыми, координатными АТС
и с абонентскими телефонными аппара-
тами с импульсным или тональным
набором номеров.
В октябре 1992 г. в Ижевске про-
шла презентация аппаратуры RURTEL,
организованная фирмой Alcatel SEL,
ПО «Ижевский радиозавод» и научно-про-
изводственной фирмой (НПФ) «Переел».
В церемонии участвовало около 100 спе-
циалистов из ФРГ, России, Казахстана,
Туркмении и Украины. Среди приглашен-
ных были представители Министерства
связи России, Гипросвязи, ГПСИ (госу-
дарственных предприятий связи и ин-
форматики), различных коммерческих
структур, журналисты.
Участники и гости презентации озна-
комились с действующей бескабельной
системой связи, проехали по населенным
пунктам, где уже установлена и рабо-
тает аппаратура RURTEL, побывали в цехах
Ижевского радиозавода.
Каким же образом одна из самых
авторитетных в мире фирм Alcatel SEL
оказалась в Ижевске? Прежде чем пойти
на сотрудничество с Ижевским радио-
заводом представители фирмы детально
изучили продукцию 17 крупных радио-
заводов России. Ижевский радиозавод
был выбран благодаря его высокой
технологической оснащенности, возмож-
ности быстро перестраиваться с одного
типа оборудования на другое, а также
качеству самого оборудования. Кроме
того, у завода большой опыт изготов-
ления приборов для спутниковой коммер-
ческой связи, радиорелейных станций,
широковещательной радиоаппаратуры.
Приятно отметить, что Ижевский ра-
диозавод, попавший в 1989 г. под кон-
версию, не растерял высококвалифици-
рованный персонал инженерных и рабо-
чих кадров. Обладая уникальной техно-
логической базой, способный решать
сложные технические задачи, завод
совместно с фирмами Alcatel SEL
и «Переел» освоил новую, очень нужную
не только в России, но и за ее предела-
ми продукцию.
Надо сказать, НФП «Переел» вносит
реальный вклад в развитие линейной
связи России, используя как собственные
разработки, так и технологию Alcatel
SEL. Специалистами фирмы ведутся рабо-
ты по поэтапному освоению радиорас-
пределительной системы RURTEL для
малонаселенных районов. Анализ потреб-
ностей в системах подобного типа, про-
веденный маркетинговой службой НПФ
«Переел», выявил большую заинтересо-
ванность ГПСИ и коммерческих струк-
тур, работающих в области средств свя-
зи и коммуникации, в приобретении
системы RURTEL. Около 20 организаций
выразили желание купить эту аппаратуру
за СКВ. Однако сегодня валютой вла-
деют далеко не все предприятия, и для
большинства из них отсутствие СКВ сдер-
живает приобретение очень нужной ап-
паратуры. Производство системы RURTEL
в Ижевске позволит продавать эту аппа-
ратуру в России за рубли.
Пожелаем же Ижевскому радиозаводу,
фирмам Alcatel SEL и «Переел» удач-
ного, многолетнего и взаимовыгодного
сотрудничества.
Н. Ефимова
* * *
Более подробные статьи об оборудовании фирмы Alcatel SEL RFT, поставляемом
или предлагаемом для продажи в Россию и другие государства Содружества,
можно будет прочитать в нашем журнале, начиная со следующего номера.
В этом году SEL RFT открывает на страницах «Электросвязи» свое информационное
окно, материалы которого, по мнению фирмы, будут интересны не только тем,
кто знаком с ее аппаратурой лишь понаслышке, но и специалистам,
уже эксплуатирующим технику этого предприятия. Кроме того, SEL RFT —
спонсор журнала «Электросвязь» в 1993 г., чем объясняется появление на его
обложке марки фирмы.
ЭВ
ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР
В. А. Шамшин
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ
А. А. Алешин
С. В. Бородич
В. Г. Буряк
Л. Е. Варакин
А. М. Варбанский
В. И. Глинка
А. Н. Голубев
И. И. Гроднев
В. Ф. Гуркин
Г. Б. Давыдов
И. Е. Ефимов
Ю. Б. Зубарев
Л. Т. Ким
В. А. Кисель
И. В. Ковалева
(зам. главного редактора)
В. В. Плеханов
И. С. Свердлова
В. И. Сифоров
Ю. М. Фомин
В. В. Шахгильдян
В. О. Шварцман
Н. И. Чистяков
А. С. Юзжалин
В. Г. Ямпольский
ВЕДУЩИЙ РЕДАКТОР
Н. В. Ефимова
НОМЕР ГОТОВИЛИ ТАКЖЕ:
И. С. Свердлова
Р. Б. Левин
В. И. Глебова
Е. М. Беленькая
Н. В. Чабанова
В. А. Мурашова
ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕДАКТОР
И. В. Волченкова
НОВАЯ ГОРОДСКАЯ
АВТОМАТИЧЕСКАЯ
ТЕЛЕФОННАЯ СТАНЦИЯ
АТС-АМЭ
ПРОИЗВОДСТВА ЗАВОДА
«КРАСНАЯ ЗАРЯ» (г. С.-Петербург)
АТС-АМЭ
— это современная аналоговая телефонная станция с электронным про-
цессорным управлением по замонтированной программе и комплексом
центрального эксплуатационного устройства (ЦЭУ), обеспечивающим
управление сбором и обработкой эксплуатационных данных по записанной
программе.
АТС-АМЭ
создана на базе АТСК.-У и может использоваться на районированных и
нерайонированных ГТС в качестве узловой или районной станции, на
СТС — в качестве центральной АТС и сельского пригородного узла.
АТС-АМЭ вместо АТСК-У:
сокращение эксплуатационной площади для размещения оборудова-
ния емкостью 10.000 номеров с 350 до 240 кв. м;
уменьшение количества стативов с 315 до 215 шт.;
снижение трудоемкости строительно-монтажных работ на 30 %;
экономия электроэнергии на 35 % (расход тока в ЧНН — не бо-
лее 200 А, расход тока без нагрузки — не более 20 А);
автоматическое определение номера и повременный учет стоимости
без периферийного оборудования;
возможность централизованной технической эксплуатации и периоди-
ческое обслуживание;
сервисные возможности для эксплуатации (контроль качества обслу-
живания абонентов с помощью наблюдения за реальной нагрузкой —
сетевой контроль, контроль и полная диагностика управляющих
устройств, контроль приборов разговорного тракта по средней дли-
тельности занятия, вывод на дисплей и документирование маршрутов
неустановленных контрольных соединений, сбор и накопление сигна-
лов аварийной сигнализации, измерение нагрузки);
наращивание программного обеспечения для расширения сервисных
возможностей эксплуатации по желанию Заказчика;
ремонт ТЭЗов электронного оборудования в центре ремонта АТС-АМЭ.
ЗАКАЗЫВАЙТЕ АТС-АМЭ!
ПО ВОПРОСУ ЗАКАЗА оборудования АТС-АМЭ обращайтесь
по адресу:
завод «Красная Заря», С.-Петербург, Б. Сампсониевский пр., 60.
Телефоны отдела сбыта: (812) 542-20-31, 542-63-69.
ПО ВОПРОСУ РЕМОНТА ТЭЗов и поддержки программного
обеспечения АТС-АМЭ обращайтесь по адресу:
ЛОНИИС, С.-Петербург, Варшавская ул., д. 11.
Телефон отдела маркетинговых исследований:
(812) 296-31-75.
ИЖЕВСКИЙ РАДИОЗАВОД, ИЖЕВСКИЙ МОТОЗАВОД
акционерное общество
«НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ФИРМА «ПЕРСЕЛ»
ЦИФРОВЫЕ РАДИОРЕЛЕЙНЫЕ системы передачи
«РАДАН-МС» и «РАДАН-МГ»
РО РО РО РО
Вариант построения линии связи на ЦРСП «Радан-МС»
Вариант подключения абонентских мультиплексоров с помощью ЦРСП «Радан—МС».
Аппаратура «Радан-МС» разработана для сельских сетей
связи. В зависимости от варианта исполнения это оборудование
предназначено для:
ПЕРЕДАЧИ ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИИ В КАЖДОМ ИЗ ДВУХ СТВОЛОВ
СО СКОРОСТЬЮ 1024 ИЛИ 2048 кбит/с,
ОРГАНИЗАЦИИ СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ МЕЖДУ СЕЛЬСКИМИ АТС,
НЕПОСРЕДСТВЕННОГО ПОДКЛЮЧЕНИЯ УДАЛЕННОЙ ГРУППЫ
АБОНЕНТОВ К СЕЛЬСКОЙ АТС С ПОМОЩЬЮ АБОНЕНТСКОГО
МУЛЬТИПЛЕКСОРА.
Основа аппаратуры — цифровая радиорелейная система
передачи (ЦРСП) «Радан-МС-11—1024/2048» диапазона
10,7...11,7 ГГц, которая может сопрягаться с различными источ-
никами сигнала. Так, для организации пучков соединительных
линий совместно с ЦРСП используется система передачи типа
ИКМ-15/30 «Кедр» (комплекс связи «Радан-МС-11-15/30-СЛ»),
а для подключения удаленных групп абонентов к сельским
АТС — комплекс связи «Радан-МС-11-15/30-АМ», состоящий
из ЦРСП и абонентского мультиплексора на 30 или 60 або-
нентов.
Вся,аппаратура реализована в едином конструктивном
исполнении.
Основные характеристики «РАДАН-МС»
АТС
ИКМ-30 |
ИКМ-30 ИКМ-30 ИКМ-30
|пп jnn|
[УС-480П] |УС-480П]
I ИКМ-30
[йкм-зо |
HZ
АТС Й
Диапазон рабочих частот, ГГц
Мощность передатчика, мВт
Пороговая чувствительность при вероятно-
сти ошибки 10е—3, дБВт
Дальность связи, км
Напряжение питания, В
Мощность, потребляемая приемопередат-
чиком, Вт
.Диапазон рабочих температур радиообору-
дов'^я, °C
Аппаратура «Радан-МГ» разработана дл
10,7...11,7
75
не более —120
до 30
—60
20
—50...-Г 50
я городских сетей
связи. В зависимости от варианта исполнения она предназна-
чена для:
|пп|пп| <
|УС-48ОП| |УС-480П|
[йкм-зо |
J 4
i АТС
[nnlnnI
I ИКМ-30 |
ИКМ-30 ]
|УС-480П| |УС-480П | S|
ЦС
[ ИКМ-~30|
[ ИКМ-3~0
АТС
|УС-48ОП| |УС-480П]
ИКМ-'ЗО ИКМ-30 ИКМ-30
Вариант построения линии на ЦРСП «Радан—МГ»
Справки по адресу:
ОРГАНИЗАЦИИ ПУЧКОВ СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ МЕЖДУ
АНАЛОГОВЫМИ АТС ЕМКОСТЬЮ ДО 120 ИЛИ 480 КАНАЛОВ (КОМПЛЕКС
«РАДАН-МГ-11-120/480-А»),
ОРГАНИЗАЦИИ ПУЧКОВ СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ МЕЖДУ
ЦИФРОВЫМИ АТС ЕМКОСТЬЮ ДО 120 ИЛИ 480 КАНАЛОВ (КОМПЛЕКС
«РАДАН-МГ-11-120/480-Ц»).
«РАДАН-МГ» включает оборудование ЦРСП диапазона
10,7..,11,7 ГГц с пропускной способностью в каждом из двух
радиосгьолов до 34 Мбит/с и устройства сопряжения, пред-
назначенные для стыка с цифровыми или аналоговыми АТС.
Стык с цифровыми АТС осуществляется с помощью цифровых
потоков 2048 кбит/с, синхронно объединяемых в устройстве
сопряжения в общий групповой сигнал со скоростью 8192
или 32768 кбит/с. Стык с аналоговыми АТС происходит путем
применения дополнительной аппаратуры ИКМ-30, ИКМ-120
или ИКМ-480. При использовании оборудования ИКМ-30
устройства сопряжения производят синхронное объединение
до 4 или до 16 первичных цифровых потоков в единый груп-
повой поток.
105037» Москва, а/я 13.
Телефоны 165-58-89, 165-73-10.
Телефакс 165-60-21.
Основные характеристики «РАДАН-МГ»
Диапазон рабочих частот, ГГц 10,7...11,7
Дальность связи, км до 20
Напряжение питания, В —60
Диапазон рабочих температур радиооборудова-
ния, °C —50...Ц-50
Индексы: 71107. 73561 ISSN 0013-5771. ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ. 1993 № 1. 1—64.