книги / Методы борьбы с помехами в каналах проводной связи

зависимостью помех от нелинейных переходов при наклонной диа­ грамме уровней передачи на выходе усилителя.

При определении оптимальной величины предыскажения для усилителей на транзисторах следует учитывать, что в спектре час­ тот 12—30 кГц уровень собственных (тепловых) помех, приведен­ ных ко входу усилителя, выше, чем на верхних частотах, примерно на 3,5—4,35 дБ. Для усилителей на лампах уровень тепловых по­ мех во всем диапазоне частот примерно одинаков. Уровень собст­ венных помех от усилителей, имеющих коррекцию амплитудночастотных искажений линии в цепи отрицательной обратной связи, определяется также величиной и характером затухания корректи­ рующего контура-

Таким образом, уровень собственных помех на выходе усили­ теля для каждого канала ТЧ данной ВЧ системы передачи Ртп вых(f) = Ртп(f) + Sy9(7), где pTu(f) — уровень собственных тепло­ вых помех, отнесенный ко входу усилителя (для данной системы эта величина постоянная); Sy9(f) — усиление усилительного эле­ мента на частоте f.

Естественно, что качество передачи информации тем выше, чем больше защищенность сигнала от помехи, т. е. чем больше уровень передачи полезных сигналов. Однако увеличение уровня передачи полезных сигналов приводит, с одной стороны,, к увеличению соот­ ношения сигнал/тепловая помеха, а с другой стороны, увеличивает мощность продуктов нелинейности, что приводит к уменьшению общего соотношения сигнал/помеха. Поэтому при разработке ВЧ систем передачи выбирают оптимальный уровень полезного сигна­ ла, минимизирующий суммарную мощность собственных помех и помех за счет нелинейных переходов.

Напряжения на выходах усилителей и модуляторов не должны превышать некоторых определенных максимальных значений, ко­ торые зависят от величины приложенных питающих напряжений (например, анодного, коллекторного, напряжения несущих) и харак­ теристик нелинейных элементов (электронных ламп, транзисторов, выпрямителей).

Расчет оптимального уровня передачи усилительной станции обычно проводится при заданных основных параметра усилителя: Sya(f) — величине усиления усилительной станции; Pm(f) —уровне собственных помех усилителя в спектре канала ТЧ, приведенных ко входу усилителя; а2о и Язо — затуханиях нелинейности усилителя по второй и третьей гармоникам при нулевом уровне основного сигнала на его выходе. Воспользуемся рассмотренными ранее вы­ ражениями в несколько измененном виде, учитывающем влияние на затухание кабеля температуры грунта, затухание линейных трансформаторов, выравнивателей и удлинителей, а также нали­ чие в цепи обратной связи усилителя контура наклона.

Мощность собственных (тепловых) помех определяется по фор­

151

Мощность продуктов нелинейности второго порядка может быть определена как

J Q ЮI рэ+2^с 0,0 AS/+Aa^ ^пер^ОР

^ н 2 ( / ) — 4 ^ С О ф # 2 д |

Мощность продуктов нелинейности третьего порядка первого и вто­ рого родов:

Кпсоф — псофометрический коэффициент; 5уэшш(|/) — усиление стан­ ции, компенсирующее затухание участка кабеля при минимальной

ра, кГц; ASf — разность усилений усилителя на частотах f2 и /, которая определяется контуром начального наклона в цепи отри­ цательной обратной связи усилителя); Да/ — изменение затухания усилительного участка кабеля, дБ, на частоте f, кГц, при измене­ нии температуры грунта на 20° С; / — длина усилительного участ­ ка, км; авх— затухание станционных устройств, дБ; рэ— эквива­ лентный уровень передачи системы при работе с перекосом (опре­ деляемая величина), дБ; pnep(f) — уровень передачи на выходе уси­ лителя, дБ, на частоте f; Af — ширина полосы частот одного кана­

точке нулевого относительного уровня, дБ; уь уг, Уз2 — коэффициен­ ты, характеризующие распределение мощности продуктов нелиней­ ности по линейному спектру частот ВЧ системы передачи.

Для примера приведем результаты расчета эквивалентного уровня передачи усилителя НУП системы К-60П, работающей по одночетверочному кабелю. При расчете использовались следующие

= 10,4 дБ на частоте 12 кГц и 1,13 дБ на частоте 252 кГц; затухание удлинителей аудл=1,74 дБ; рс= —11,7 дБ; /= 1 0 км; Д5сум=Д5-{- +Д алв=20,9 дБ; N = 29. При работе системы К-60П с перекосом, равным 10,4 дБ значения у составляют: */2=1,2; */3i=0,2; */зг=0,13 при /= 1 2 кГц и */25=0,25; */з1=0,58; */зг=0,013 при f=252 кГц.

Расчет проводился для двух каналов, занимающих спектр час­ тот около 12 и 252 кГц, причем для нижнего канала системы при двух значениях затухания нелинейности. В первом варианте рас­

152

12 кГц, т. е. в усилителе учтена частотная зависимость изменения затухания нелинейности, определяемая действием контура началь­ ного наклона цепи отрицательной обратной связи усилителя.

Результаты расчета эквивалентных уровней передачи рэ систе­ мы при работе с перекосом, начиная со значений рэ= —25,9; —24,3 и далее до —8,7 дБ, через 0,87—1,74 дБ представлены на рис. 8.2.

9

Рис. 8.2. Выбор оптимального уровня передачи

Из приведенных данных следует, что в первом варианте макси­ мальная мощность суммарных помех находится в нижнем канале системы. Это определяется как тепловой, так и нелинейной состав­ ляющими помех. При этом минимальная мощность помех (250 пВт) в нижнем канале обеспечивается при рэ= —14,8 дБ. В верхнем канале системы минимальная величина помех (100 пВт) обеспечи­ вается при рэ= —15,6 дБ. Если рэ~—15,2 дБ, то при колебании уровней передачи в пределах ±6,1 дБ в обоих каналах системы допустимая мощность помех на секции ОУП—ОУП не будет пре­ вышена.

Во втором варианте расчета помехи в нижнем канале снижа­ ются примерно до 140 пВт при рэ= —12,2 дБ. Однако эквивалент­ ные уровни передачи целесообразно принять также равными

—15,2 дБ, так как пределы допустимых колебаний уровнен будут теми же, что и в первом варианте. Приведенные данные показы­ вают, что в -системе при точно установленном уровне передачи на каждом НУП суммарная мощность помех .примерно в два раза меньше установленной нормы. Однако учитывая разброс усили­ тельных участков, -неточность установки уровней, регулярность на­ капливания амплитудно-частотных искажений, неточность работы устройств автоматической регулировки уровней, наличие таких за­ пасов считают целесообразным [55].

'S 3

Таким 'образом, при настройке ВЧ систем передачи должны ус­ танавливаться оптимальные режимы работы аппаратуры уплот­ нения. При оптимальном режиме работы аппаратуры измеритель­ ные уровни на выходах всех промежуточных усилителей должны иметь определенные значения, равные уровню, установленному на выходе усилителя передачи оконечной станции. Такое равенство выполнимо при условии, что усиление каждого усилителя полно­ стью компенсирует затухание предыдущего участка кабеля для всех частот передаваемой полосы. Для обеспечения этого равен­ ства (в пределах заранее установленных допусков) промежуточ­ ные усилители снабжены регуляторами усиления. В процессе под­ готовки аппаратуры -этими регуляторами изменяют усиление уси­ лителей так, чтобы частотная характеристика усиления данного усилителя по возможности совпадала с требуемой.

Для определения требуемых характеристик усиления рассчиты­ вают затухания усилительных участков. При этом в расчет долж­ ны приниматься возможно более точные значения километрического затухания и уточненные (по укладочным ведомостям) дли­ ны проложенных кабелей. Расчет проводят для частот, рекомен­ дуемых при проверке диаграммы уровней данной системы пере­ дачи. В их число входят боковые частоты каналов, прилегающих! к частотам контрольных токов, передаваемых по линии, а также частоты, на которых наблюдаются наибольшие расхождения уси­ ления усилителей и затухания кабелей. Последние определяются обычно опытным путем и для системы К-60, например, составляют 65 и 175 кГц.

В системах, оборудованных устройствами автоматической ре­ гулировки уровней, компенсирующими температурные изменения затухания кабеля, затухания участков целесообразно рассчиты­ вать для средней температуры почвы, а усиление усилителей из­ мерять при среднем значении термосопротивления. В этом «случае при крайних значениях температуры почвы расхождение между фактическим «и требуемым усилениями определяется только неточ­ ностью регуляторов автоматической регулировки уровней при из­ менениях температуры от среднего до крайнего значений. Эти не­ точности незначительны и предварительному учету не поддаются. Некоторое ухудшение качества каналов, обусловленное этим рас­ хождением, учитывается при расчете ожидаемых значений напря­ жения помех в каналах.

В системах передачи, где часть промежуточных усилителей не имеет устройств автоматической регулировки уровней «и .вслед­ ствие этого при изменениях температуры почвы возможны зна­ чительные изменения измерительных уровней на «выходах отдель­ ных усилителей, затухание участков следует рассчитывать при обоих крайних значениях температуры почвы и при температуре во время настройки. Во всех случаях затухание участка опреде­

154

ные по углам квадрата, 'скручиваются с шагом 150—300 мм. Па­ ры в этой скрутке образуются из противоположных жил. Общая скрутка (объединение элементов в кабель) производится повивами, т. е. концентрическими 'Слоями, причем каждый повив имеет отличный от других шаг скручивания, а смежные повивы — раз­ ные направления скручивания. Для повышения защиты от взаим­ ных влияний между цепями отдельные элементы кабеля (четвер­ ки, пары) могут иметь экранирующую оболочку из металлизиро­ ванной бумаги или металлических лент. Для защиты цепей кабе­ ля от внешних влияний (электрифицированных железных дорог, линий электропередач, -радиостанций и т. д.), а также для повы­ шения переходного затухания между цепями смежных кабелей последние экранируются металлическими лентами, размещенны­ ми под защитной оболочкой или проволоками (медными, алюми­ ниевыми) , наложенными поверх оболочки.

Основным мероприятием, проводимым для повышения защи­ щенности между цепями в процессе строительства и эксплуатации кабельных линий связи, является симметрирование. Как известно, между парами кабеля существуют электромагнитные связи, вызы­ вающие токи взаимного влияния. В процессе симметрирования достигается компенсация токов влияния одного направления тока­ ми влияния другого направления. В зависимости от того, каким образом создаются токи обратного направления, различают сим­ метрирование методом скрещивания и методом включения допол­ нительных элементов противосвязи.

Метод скрещивания заключается в компенсации электромаг­ нитных связей одного участка связями другого участка кабеля путем прямого соединения жил этих участков или соединения со скрещиванием. Компенсация связей основана на том, что при пря­ мом соединении жил электромагнитные связи -обоих участков складываются, а при скрещивании — вычитаются. Эффективность симметрирования методом скрещивания тем выше, чем ближе по абсолютной величине связи и асимметрии цепей соединяемых участков кабеля.

Существует несколько разновидностей метода скрещивания. Наибольшее распространение получил способ попарного скрещи­ вания, заключающийся в 'следующем. Сначала все строительные длины соединяют попарно, затем смежные парные отрезки соеди­ няют между собой, после чего соединяют друг с другом смежные отрезки учетверенной длины. При однократном (одноточечном) скрещивании связи уменьшаются в среднем на 40%, при. двух­ кратном (трехточечном) — на 65%, а при трехкратном (семито­ чечном) — на 75% по сравнению с соединением цепей без скрещи­ вания. Для .повышения эффективности скрещивания соединяемые четверки подбирают по величинам связей. При этом четверки со­ единяемых отрезков кабеля группируют в порядке возрастания связей, а затем соединяют между собой четверки одинаковых групп.

156

Одноточечное скрещивание с подбором четверок так же эф­ фективно, как трехточечное скрещивание без подбора. Подбор четверок делает скрещивание тем эффективнее, чем больше чис­ ло цепей, допускающих взаимное соединение. В результате под­ бора наиболее резко снижаются связи большей величины, что по­ зволяет ограничить подбор только несколькими четверками с наи­ большими величинами связей. Весьма эффективным является спо­ соб одновременного скрещивания в нескольких точках, при кото­ ром сначала изменяют связи во всех соединяемых кусках кабеля, а затем выбирают сразу для всех мест соединения такие схемы скрещивания, которые обеспечивают наименьшие значения связей на соединенном участке. Одновременное скрещивание в трех точ­ ках в среднем в два раза эффективнее трехточечного попарного скрещивания без подбора четверок и так же эффективно, как скрещивание с подбором четверок по величинам связей.

Широкое распространение получил также способ скрещивания при последовательном присоединении (наращивании) участков. Отдельные отрезки кабеля наращиваются с конца участка таким образом, чтобы результирующая связь на соединенном участке стала как можно меньше. Наращивать можно, присоединяя каж­ дый раз один отрезок кабеля или одновременно присоединяя дватри отрезка с подбором схем скрещивания сразу в нескольких местах соединения. Последний способ более эффективен, так как в этом «случае среднее значение связей на смонтированном участ­ ке практически не зависит от его длины.

Симметрирование при помощи дополнительных элементов противосвязи заключается в выравнивании частичных емкостей вклю­ чением между жилами кабеля постоянных конденсаторов. Емкост­ ная асимметрия относительно земли устраняется конденсатором включением между жилами и землей. Аналогично могут быть уменьшены связи между цепями из разных четверок. Однако этот способ применяется только в кабелях малой емкости (до четырех четверок включительно). В кабелях большей емкости для умень­ шения связей между цепями из разных четверок применяют смешивание четверок, в результате которого каждая пара взаимовлияющих цепей весьма редко оказывается в смежных четвер­ ках (например, при 15 четверках в повиве — через семь строи­ тельных длин).

С течением времени защищенность цепей в кабелях претерпе­ вает изменения. Это вызывается колебаниями температуры, меха­ ническими воздействиями (смещение грунта, сотрясения) и ста­ рением материалов, из которых изготовлен кабель. Изменения защищенности цепей на усилительных участках могут быть также вызваны нестабильностью параметров элементов концентрирован­ ного симметрирования. Однако исследования применяемых для концентрирования элементов показали, что изменения их величин

.настолько незначительны, что с ними практически можно не счи­ таться.

157

В отношении стабильности величин защищенности цепей в про­ ложенных кабелях известно, например, что за двухлетний период с момента прокладки изменение связей в кабелях с кордельностирофлексной изоляцией составило в 'среднем 1,5 пФ, а в кабе­ лях о корделыго-бумажной изоляцией — 2,5 пФ. Расчеты показы­ вают, что для того, чтобы в процессе длительной эксплуатации

димо .в процессе монтажа кабеля проводить симметрирование та­ ким образом, чтобы защищенность несколько превышала норму (76—81 дБ). Более значительные изменения защищенности могут возникнуть в результате проведения всякого рода ремонтных ра­ бот. Поэтому в вводно-кабельном оборудовании ВЧ систем пере­ дачи предусмотрена возможность установки симметрирующего ус­ тройства, при помощи которого можно повысить защищенность цепей непосредственно на станции, не .прерывая действия свя­ зей [23].

При использовании современного генераторного оборудования, питающего несущими токами различные ВЧ системы передачи и преобразователи частоты различных групп каналов каждой из этих систем, -немаловажное значение имеют также линейные пере­ ходные влияния между каналами, возникающие в аппаратуре оконечных станций (переходы через общие источники питания и станционный монтаж).

Из всех требований, предъявляемых к генераторному оборудо­ ванию, первостепенное значение имеют такие, которые определя­ ют качество передачи сигналов. В первую очередь, это 'относится к постоянству частот и уровней несущих и контрольных токов, а также к надежности работы оборудования в целом.

Не менее важным является (подавление помех, неизбежно воз­ никающих в процессе получения несущих, на выходе генераторно­ го оборудования. Эти помехи, проникая вместе с несущими к пре­ образователям частоты, вызывают искажения сигналов и взаим­ ные переходные влияния между каналами. Одной из основных причин возникновения помех за счет генераторного оборудования является паразитная модуляция, вызываемая пульсацией в цепях •питания. В спектре продуктов пульсации преобладают первые гармоники выпрямленного напряжения, частоты которых кратны 50 Гц. В •случае непосредственного проникновения этих помех на вход генератора гармоник паразитные продукты располагаются вблизи частот четных гармоник и подавляются вместе с ними фильтрами несущих. Кроме того, такие помехи могут быть эффек­ тивно подавлены на входе генератора. Поэтому для генераторов гармоник главную опасность представляет не непосредственное проникновение низкочастотных помех на вход генератора, а пред­ варительная паразитная модуляция основных колебаний этими помехами.

Предварительная паразитная модуляция возникает в узлах, предшествующих по схеме генераторам гармоник,— в задающем

168

генераторе, делителях частоты и усилителях основных колебаний, работающих в нелинейных режимах. Питание этих узлов пульси­ рующим напряжением приводит к паразитной модуляции основ­ ных колебаний низкочастотными помехами. Для снижения уров­ ня помех от паразитной модуляции первостепенное значение име­ ет выбор функциональной -схемы, который обеспечивал бы полу­ чение несущих при минимально необходимом числе преобразова­ ний и, .в частности, при минимальных коэффициентах умножения частоты. В схемах получения -несущих широко используется кас­ кадное включение генераторов гармоник (умножителей частоты). Известны схемы с каскадным включением генераторов гармоник, максимальный коэффициент умножения частоты которых превы­ шает 1000. Продукты паразитной модуляции -на выходе генера­ торного оборудования должны быть подавлены на 52,2—60,9 дБ. Добиться высокой защищенности от паразитной модуляции за­ труднительно даже в пределах одной станции, а тем более в мно­ гоканальных -ВЧ -системах передачи. Поэтому системы с каскад­ ным включением генераторов гармоник практически применяются только для связи на короткие расстояния.

В унифицированном генераторном оборудовании индивидуаль­ ные несущие и несущие вторичных групп получаются при помощи однокаскадных умножителей частоты, максимальные коэффици­ енты которых соответственно равны 26 и 19. Несущие первичных групп получаются от умножителя с максимальным коэффициен­ том, равным 61, причем в качестве основного колебания исполь­ зуется третья гармоника с выхода делителя частоты. Общий ко­ эффициент умножения равен при этом 153.

Наряду с уменьшением величины коэффициентов умножения для эффективного подавления паразитной модуляции необходимо обеспечивать тщательную фильтрацию помех -в цепях питания элементов оборудования, предшествующих по схеме генераторам гармоник, а также по возможности использовать в этих элементах линейные или близкие к ним режимы работы и отрицательную обратную связь.

•В унифицированном генераторном оборудовании подавление паразитной модуляции достигается в основном за счет тщательной фильтрации помех питания. Все элементы схемы, предшествующие генераторам гармоник, питаются через электронные стабилизато­ ры на транзисторах (151].

Еще одной причиной возникновения помех за счет оконечного оборудования является паразитная модуляция несущих колеба­ ний помехами, кратными основной частоте задающих генераторов (в данном случае кратными 4 кГц). Это обстоятельство приводит к взаимному влиянию между каналами. Такого рода помехи оп­ ределяются -следующими причинами: проникновением соседних гармоник в цепи несущих колебаний, проникновением соседних гармоник в цепи основных колебаний и проникновением в цепи несущих паразитных продуктов преобразователей частоты. Рас-

159