Расчет соединительной линии звукового вещания

Чем больше будет взято точек на оси частот, для которых затухание КК должно совпасть с затуханием, полученным из идеализированной кривой , тем сложнее схема КК.

КК должен иметь минимальное количество настраиваемых (подбираемых) элементов. На высшей частоте затухание КК должно приближаться к нулю. Включение КК не должно изменять частотной характеристики затухания сопряженного с ним звена, в данном случае, СЛ, иначе частотное корректирование превратиться в сложный и трудоемкий процесс эмпирического подбора элементов КК. При включении КК в конце СЛ следует применять КК с постоянным входным сопротивлением, а при включении в начале СЛ - с минимальным выходным сопротивлением. Уменьшение выходного сопротивления КК желательно и при включении КК в конце СЛ, так как при этом уменьшаются напряжения внешних помех наводимые на входную цепь усилителя, следующего после КК. Постоянство входного сопротивления полезно и в тех случаях, когда КК включен перед СЛ, так как это стабилизирует режим ЛУ.

Следовательно, КК должен иметь постоянное входное сопротивление, минимальное выходное сопротивление, минимальное затухание на высшей рабочей частоте и наименьшее количество настраиваемых элементов.

Основные схемы КК:

Простейший двухполюсник, включаемый в цепь последовательно с нагрузкой или параллельно нагрузке, не дает хорошего корректирования, так как входное сопротивление такого КК зависит от частоты и изменяет ход частотной характеристики СЛ.

Полный параллельный контур обладает постоянным входным сопротивлением и большим выходным сопротивлением, изменяющимся с частотой. Полный последовательный контур имеет постоянное входное сопротивление и небольшое выходное сопротивление, также изменяющееся с частотой. По этой причине полный последовательный контур наиболее пригоден для корректирования СЛ. Т-образный мостовой контур обеспечивает постоянство входного сопротивления, но его выходное сопротивление больше, чем у полного последовательного. Поэтому он менее подходит для корректирования СД, хотя в типовой аппаратуре встречается довольно часто.

Степень сложности двухполюсников , и зависит от требуемой точности корректирования. Если двухполюсники и с содержат по два элемента, причем , образован параллельным соединением активного сопротивления и емкости, -последовательным соединением активного сопротивления и индуктивности, то расчетная характеристика затухания совпадет с идеализированной в двух точках - на (практически, в области низших частот) и на . Если , - трехэлементные, то совпадение получается в трех точках. При повышении требований к точности корректирования АЧХ одного КК оказывается недостаточно. Тогда используют два и более КК, причем дополнительные КК служат для корректирования неравномерности АЧХ, остающейся после введения первого КК.

Усложнение КК по экономическим причинам нежелательно. Поэтому обычно ограничиваются условием совпадения идеализированной и расчетной кривой затухания КК в трех точках, в качестве которых берут , и одну промежуточную. Расчетные формулы существенно упрощаются, если в качестве промежуточной точки принять частоту , на которой затухание КК равно половине максимального .

Схемы двухполюсников и синтезируют на основе следующих соображений.

В области низших частот сопротивления и должны быть чисто активными. На высшей расчетной частоте , должно обращаться в нуль, а приближаться к бесконечности. Этого можно достичь, выполнив в виде последовательного, a в виде параллельного колебательного контура. Резонансные частоты контуров должны быть равны и совпадать с высшей частотой рабочего диапазона . Затухание КК в области низших частот определяется соотношением и :

Крутизна частотной характеристики затухания КК растет с увеличением отношения , соответственно при этом увеличивается частота половинного затухания . Потери в колебательных контурах уменьшает точность корректирования на высших частотах. Поэтому катушки индуктивности и должны иметь возможно меньшее активное сопротивление. Конденсаторы и должны иметь малые диэлектрические потери.

К методам корректирования амплитудно-частотных искажений по техническим приемам и способам расчета относятся:

Корректирование с помощью шунта (согласующего сопротивления)

АЧХ электрически короткой воздушной корректируют путём включения в конце линии активного сопротивления .

Включение увеличивает затухание линии, в результате чего режим линии на высших частотах приближается к режиму бегущей волны. Однако наличие снижает коэффициент передачи на других частотах. Чтобы шунт действовал только в области высших частот, последовательно с вводят ёмкость , играющую роль своеобразного ключа, размыкающего цепь коррекции для токов средних и низших частот. Коэффициент передачи имеет наименьшую величину на низшей частоте , а наибольшую - на . После включения коэффициент передачи на высшей частоте уменьшается до некоторого значения .

Элементы шунта выбирают на следующей основе. Полное сопротивление шунта

на должно быть близко к , а в области средних и низших частот в несколько раз превосходить .Такие соотношения получаются в том случае, если выбрать постоянную времени шунта равной приблизительно одной трети периода , соответствующего высшей частоте расчётной полосы пропускания:

При большой длине линии полезно согласовать линию на высших частотах. Для этого в конце линии включают сопротивление, равное эквивалентному сопротивлению на высших частотах с учётом распределённых нагрузок: . Из-за больших величин сопротивлений нагрузок эквивалентное сопротивление на близко к волновому сопротивлению линии без нагрузки . Применение этого метода в длинных линиях может привести к спаду частотной характеристики К на высших частотах. Чтобы уменьшить опасность спада АЧХ, полезно взять величину согласующего сопротивления больше , т.е. допустить некоторое рассогласование.

Корректирование с помощью разделительного трансформатора

Если длина воздушной линии велика и включение шунта приводит к спаду АЧХ в области высших частот, выходящему за допустимые пределы целесообразно применить дополнительную коррекцию с помощью трансформатора Тр, разделяющего линию на 2 участка: первый - длиной и второй - электрически длинный.

Разделительный трансформатор служит для того, чтобы ослабить шунтирующее действие собственной проводимости второго участка. Он должен быть понижающим, чтобы уменьшить величину пересчитанного в первичную обмотку значения проводимости. Если коэффициент трансформации выбрать таким образом, чтобы получит значительное ослабление влияния проводимости на высших частотах, то режим участка на высших частотах будет приближен к режиму холостого хода. В результате на участке получится подъём частотной характеристик. К на высших частотах, который до некоторой степени скомпенсирует спад частотной характеристики К на высших частотах на участке . Уменьшение рабочего напряжения на участке , возникающее из-за включения понижающего трансформатора, компенсируют повышением напряжения на участке . Величину коэффициента трансформации ограничивают величиной 0.5 (1:2). Уменьшение коэффициента трансформации от 0.5 до 0.25 даёт прибавку К менее чем на 25% (около 2 дБ). Дальнейшее снижение коэффициента трансформации выигрыша практически не даёт. К тому же при меньших значениях коэффициента трансформации пришлось бы чрезмерно повысить рабочее напряжение на участке .

На втором участке на высших частотах благодаря наличию шунта сохраняется режим бегущей волны. Поэтому можно не опасаться появления узлов и пучностей напряжения на этом участке.

Пупинизация

Хевисайд показал, что минимальное значение коэффициента затухания получилось бы в том случае, если бы удалось выполнить условие

или

Неравномерность частотной характеристики затухания в этом случае также была бы наименьшей. В реальных линиях L/R<C/G. Существует несколько путей приближения к условию.

Уменьшение R или С - экономически не выгодно. Первый связан с возрастанием расхода металла при увеличении диаметра проводов или при применении более дорого металла - меди вместо стали; второй - с применением более сложных конструкций линий. Для уменьшения ёмкости необходимо увеличивать расстояние между проводами. На воздушных линиях это связано с применением траверс вместо штырей, на кабельных - с увеличением толщины изоляции, следовательно, с увеличением диаметра кабеля.

Можно приблизиться к условию, искусственно увеличив индуктивность линии. Физически обоснованием этого является следующее. Коэффициент затухания можно представить в виде двух составляющих - и , первая из которых обусловлена потерями в проводах, а вторая - в диэлектрике (изоляции):

Формула в полосе звуковых частот является недостаточно точной, но она наглядно показывает зависимость затухания от L. С ростом L первое слагаемое уменьшается, а второе увеличивается. Существует некоторое оптимальное значение при котором проходит через минимум.

Существует несколько способов искусственного увеличения индуктивности линии: пупинизация, т.е. включение в линию через равные промежутки S сосредоточенных индуктивностей , крарупизация - обматывание жил кабеля ферромагнитной проволокой или лентой. В технике проводного вещания получил распространение метод пупинизация.

По электрическим свойствам пупинизированная линия аналогична ФНЧ. В полосе частот ниже так называемой предельной частоты пупинизации (в полосе пропускания) затухание линии мало, а выше этой частоты велико.

где - индуктивность, приходящаяся на участок линии, равный шагу пупинизации S, а CS - ёмкость между проводами на участке длиной S.

Коэффициент затухания пупинизированной линии в два с лишним раза меньше коэффициента затухания аналогичной по конструкции непупинизированной линии. Лишь на частотах, близких к предельной, он резко возрастает и становиться даже больше, чем у непупинизированной линии. Модуль характеристического сопротивления пупинизированной линии пости в три раза больше модуля волнового сопротивления аналогичной по конструкции непупинизированной линии и в рабочем диапазоне частот изменяется значительно меньше, чем . Возрастание приводит к увеличению и при неизменном входном напряжении к уменьшению потребления мощности.

Чтобы уменьшить амплитудно-частотные искажения при передаче по пупинизированной линии, обычно используют диапазон частот от 0 до

Способы уменьшения влияния внешних помех

Норма на относительный уровень помех в СЛ весьма жестка. Для различных видов она составляет от -63 до -85 дБ. Для того чтобы выполнить ее, приходится прибегать к различным конструктивным и схемным мерам: уравновешивать (симметрировать) и экранировать вещательную цепь, применять частотные предыскажения, включать промежуточные усилители.

Помехи из других цепей переносятся в СЛ ввиду электромагнитной (индуктивной) и электростатической (емкостной) связи.. При значительном расстоянии между цепями (воздушная линия) преобладает электромагнитная связь, при небольшом (кабельная линия)--электростатическая. Рассмотрим случай электростатической связи. Для упрощения задачи примем, что на двухпроводную цепь 1-2 влияет однопроводная цепь 3-0.

Величины потенциалов помехи U'п и, U"п на проводах 1 и 2 зависят от соотношения емкостей и , и (или от соотношения емкостных сопротивлений). Для уменьшения этих потенциалов необходимо, чтобы коэффициенты передачи емкостных делителей и были меньше. Однако возможности этого способа снижения помех ограничены, так как для уменьшения связи необходимо уменьшать емкости и и увеличивать и . Первое приводит к увеличению сечения кабеля, второе к возрастанию затухания на высших частотах. И то, и другое невыгодно экономически.

Существует другой путь -- уравнять потенциалы помехи U'п и U"п. Для этого необходимо, чтобы коэффициенты передачи делителей и были равны. В частном случае это достигается при и. Поскольку фазы обоих потенциалов помехи одинаковы, то разность потенциалов помехи между проводами равна нулю и ток помехи в цепи не циркулирует. Этот способ подавления помех называют симметрированием цепи. Кабельные цепи симметрируют, скручивая обе жилы цепи в пару. Шаг скрутки, т. е. расстояние, через которое жилы, совершив полный цикл, займут первоначальное положение, имеет величину порядка 10--30 см. Обе жилы цепи занимают последовательно различные положения относительно других жил кабеля. Поэтому их емкости по отношению к остальным жилам по длине кабеля усредняются и оказываются равными.

Воздушную цепь симметрируют, скрещивая провода, т. е. меняя через равные промежутки их положение по отношению к соседним цепям.

При высокочастотной помехе вдоль линии укладывается значительная часть длины волны помехи или даже несколько длин волн. В проводах линии возникают продольные ЭДС помехи, и задача сводится к тому, чтобы уменьшить и уравнять их. Фазы продольных ЭДС помехи в обоих проводах одинаковы.

При равенстве амплитуд ЭДС токи, вызванные ими, направлены навстречу и взаимно компенсируются. В зависимости от соотношения расстояния, через которое провода цепи меняются местами, и длины волны помехи асимметрия может и уменьшаться и увеличиваться. Так, если это расстояние равно /4, скрещивание приведет к увеличению помехи если оно равно /8, то уровень помехи не изменится. Положительный эффект от скрещивания получается лишь в том случае, если оно сделано чаще, чем через /8.

В особо ответственных случаях, например, для связи РД с передающим РЦ, в качестве СЛ используют экранированные пары. Так как расстояние между проводами цепей в кабеле невелико, преобладает электростатическое влияние. Его практически полностью устраняют, обвивая экранируемую пару лентой алюминиевой, оловянной, медной фольги или металлизированной бумаги. Электромагнитное влияние остается. Для его уменьшения жилы каждой пары свивают с различным шагом. Рассмотренные меры устраняют влияние вещательных цепей друг на друга и смежных телефонных цепей на вещательные цепи.

Для уменьшения влияния помех используют частотные предыскажения. Пусть имеется СЛ, на которую действует помеха. Будем считать, что амплитудно-частотные искажения СЛ полностью скомпенсированы. Предположим также, что энергия помех П сосредоточена преимущественно в области высших звуковых частот (см. график зависимости Sп от f).

Распределение энергии по спектру звукового вещательного сигнала неодинаково: уровни сигнала на низших и высших частотах ниже, чем на средних. Поэтому в рассматриваемом случае отношение С/П будет наименьшим на высших частотах. Улучшить отношение С/П можно было бы, увеличив уровень сигнала, подаваемого на вход СЛ. Но это невозможно, так как максимальный уровень на средних частотах на входе СЛ нормирован. Он равен +17 дБ. Поэтому поднимают уровень сигнала лишь в области высших частот, что разрешается нормами. В спектре вещательного сигнала уровни на высших частотах на 10-20 дБ ниже, чем на средних. На эту же величину, т. е. до уровня на средних частотах. Для этого на входе СЛ включают предыскажающий контур ПК.. Затухание снижается по мере роста частоты. В результате действия ПК спектр сигнала исказится и отношение С/П в точке 3 возрастет. В конце СЛ включают восстанавливающий контур ВК, затухание которого возрастает с частотой. Он необходим для того, чтобы восстановить первоначальную форму спектра сигнала , т.е. устранить искусственно введенные амплитудно-частотные искажения. Соотношение между уровнями сигнала и помехи ВК. не изменяет, так как он в равной степени ослабляет и сигнал, и помеху. Однако благодаря форме частотной характеристики затухания ВК уменьшает в паузах передачи помеху лежащую в области высших звуковых частот.

Страницы: 1, 2, 3