...И мир загадочный за занавесом цифр. Цифровая связь - Попов Георгий Леонтьевич - Страница 33

Современная радиорелейная линия (часто пишут сокращенно — РРЛ) состоит из двух основных и цепочки промежуточных радиорелейных станций. Каждая станция — это приемник, передатчик и высокая мачта (или башня) с антеннами. Для мачты выбирают возвышенные участки местности. С каждой из них видны две соседние мачты. Расстояние между промежуточными станциями обычно составляет 40–70 км. Протяженность линии может быть несколько тысяч километров. Радиоволны узким направленным лучом идут от одной станции к другой, принимаются там приемником, усиливаются передатчиком (как лошади подкармливались овсом) и отправляются к следующей станции.

Думается, нет необходимости пояснять, что радиоволны от одной оконечной станции до другой добираются почти мгновенно.

В 50-60-е годы ожидалось, что преимущества радиорелейных линий откроют перед ними широкую дорогу и заставят существенно потесниться кабели связи. Однако время расставило все на свои места, и сегодня радиорелейные и кабельные линии связи мирно сосуществуют, переходя порой одна в другую.

Дело в том, что и радиорелейным линиям присущи недостатки. На распространение ультракоротких волн влияют и рельеф земли, и обширные водные глади, встречающиеся на пути радиорелейной линии, и ионосфера, "капризы" которой приводят к замираниям волн, и внутренние шумы в генераторе СВЧ-колебаний, приемнике, антенне. Кроме того, не всегда удастся построить промежуточные станции строго в расчетных местах — мешают естественные преграды: водные, горные и т. п.

Конечно, нетрудно представить себе местность, где строительство радиорелейной линии является единственно возможным. Однако в каждом конкретном случае проектировщики должны принять решение: какую магистраль — кабельную или радиорелейную — выгодно строить с экономической точки зрения и какая из них обеспечит лучшее качество передачи информации.

Мост через… космос

Я — мост над черной бездной.

Я — свет над вечной мглою.

Неведомая лестница

Меж небом и землею.

Г.Л. Беккер

Шел 1865 год. Еще не будут связаны телеграфной линией Америка и Европа — Новый и Старый Свет. Еще год не будет покоряться американскому предпринимателю Сайрусу Филду "кратчайший" 3 500-километровый путь через бурный и глубокий Атлантический океан. Еще год многим будет казаться, что прокладка этой телеграфной линии просто нереальна. И тогда рождается еще один — не менее фантастический по тем временам — проект. Изобретатель первого в мире пишущего телеграфа и знаменитых "точек" и "тире" С. Морзе предложил соединить Нью-Йорк и Лондон… воздушной линией, проходящей через Аляску и Сибирь и пересекающей лишь две узкие водные преграды — Берингов пролив и Ла-Манш. Длина такой линии, на строительство которой было даже получено согласие американского правительства, составила бы 25000 км! И хотя этому "проекту века" не суждено было осуществиться (через год вступила в строй телеграфная линия, проложенная по дну Атлантического океана), его масштабы и сегодня поражают наше воображение.

Представьте хотя бы на минуту, что вам предложили реализовать проект Морзе в наши дни, но на основе современных средств — радиорелейной линии связи. Это означало бы, что на длине трассы должно быть построено около 500 промежуточных ретрансляционных станций, с приемопередающим оборудованием, башнями, антеннами. Даже по современным понятиям это очень дорогой проект. Поэтому усилия ученых многих стран направлены на то, чтобы увеличить расстояние между радиорелейными станциями.

Как-то одному из авторов этой книги довелось участвовать в испытаниях ультракоротковолновой радиоаппаратуры, передающей в цифровой форме физиологические параметры: частоту пульса, дыхание, кровяное давление и пр. Испытания проводились в горах Ала-Тау — аппаратура предназначалась для исследования адаптации человека к высокогорным условиям.

Автор хорошо помнит, как на высоте остро ощущался недостаток воздуха: затруднялось дыхание, ухудшалось самочувствие. До середины XVII в. воздух считался невидимым и невесомым. Только в 1642 г. итальянский ученый Э. Торричелли впервые доказал, что воздух имеет вес и давление. В 1646 г. француз Перье обнаружил, что на вершине горы давление меньше, чем у ее подножия. Сейчас даже школьники знают, что воздух — это смесь газов. Воздушная оболочка Земли — атмосфера — защищает растительный и животный мир от пагубного воздействия ультрафиолетовых солнечных и космических лучей. Без нее наша планета была бы такой же безжизненной, как Луна.

Хотя атмосфера простирается вверх на многие сотни километров (до 2 000 км), основная масса воздуха сосредоточена в нижнем, довольно тонком слое — до 10–12 км. Выше уже наблюдается значительное разрежение воздуха. Этот слой называют тропосферой. Именно в нем бушуют ветры (иногда сверхураганные — со скоростью 300 км/ч), возникают облака, выпадают дожди, снег и град. В результате слои воздуха все время перемешиваются, образуются завихрения (турбулентности). Все это свидетельствует о том, что тропосфера неоднородна по своей структуре.

Нельзя ли использовать эти свойства тропосферы для дальней радиосвязи? Ведь, как известно, диэлектрическая проницаемость воздуха у неоднородных слоев различна. Значит, эти слои будут в разной мере поглощать и отражать радиоволны.

Если сконцентрировать радиолуч и направить его под небольшим углом в тропосферу, то он почти полностью потеряется в пространстве за ее пределами. Но на пути луча обязательно встречаются воздушные неоднородности, которые частично отражают и рассеивают радиоволны. Часть из них возвращается на землю и попадает в приемную антенну. Радиомост начинает действовать!

Выстраивая цепочку таких приемопередающих станций, получают тропосферную радиорелейную линию связи. Ее основное преимущество перед радиорелейной линией "прямой видимости" состоит в том, что расстояние между промежуточными ретрансляционными станциями удастся увеличить до 300–500 км. Почти в 10 раз!

Казалось бы, изобретение тропосферной УКВ-радиосвязи должно стать началом "конца" радиолиний, антеннам которых необходимо "видеть" друг друга. Но не спешите восклицать "эврика!". Как сказал однажды знаменитый гражданин города Рима, оратор и писатель Марк Туллий Цицерон (106-43 гг. до н. э.): "Ничто не бывает одновременно и изобретенным, и совершенным". Так и здесь. Из-за того, что в тропосфере теряется значительная часть энергии радиоволны, передатчик должен иметь весьма приличную мощность (в сотни раз большую, чем в обычных РРЛ), а приемная антенна должна быть достаточно больших размеров (применяют параболические зеркала диаметром до 30 м, установленные на высоте 10–20 м). Кроме того, отразившись от тропосферы, радиолуч расщепляется на множество лучей, взаимодействие которых в приемной антенне приводит к сильным замираниям радиоволн. Как следствие, ухудшается качество передачи информации. Часть ее во время глубоких замираний может пропасть вообще.

Конечно, с замиранием борются всеми доступными способами: "ловят" сигнал не одной, а двумя разнесенными в пространстве антеннами (какой луч лучше, тот и выбирают); "дублируют" передачу информации на нескольких радиоволнах разной длины. Однако широкого распространения тропосферные РРЛ все же не получили. Их строят обычно в труднодоступных районах, где нельзя проложить кабель и не удается ставить часто (через 50 км) станции обычных РРЛ (например, в полярных широтах).

Посмотрите ночью на звездное небо. Вы обязательно заметите, как на несколько секунд "вспыхивает" слабосветящаяся тонкая ниточка. Но это не "звезда со звездою говорит". Это след метеора. Бывают ночи, когда можно увидеть особенно много метеоров. Они появляются один за другим и кажутся разлетающимися во все стороны из одной точки на небе. Этот рой метеорных частиц образует метеорный поток. Иногда их бывает так много, что наблюдается настоящий "звездный дождь".