Расчет соединительной линии звукового вещания

Система предыскажений обеспечивает наибольшее подавление помех в тех случаях, когда энергия помехи сосредоточена в области высших или низших частот, т.е. в тех случаях, когда спектры сигнала и помехи заметно различаются. Если энергия помехи распределена по спектру равномерно, то отношение С/П улучшается не более чем на 4-5 дБ. Если спектры сигнала и помехи одинаковы, применять предыскажения бесполезно.

Линейно-разделительные и защитные устройства

Для того чтобы создать стабильную работу вещательных трактов, необходимы дополнительные элементы. К ним относятся линейно-разделительные устройства.

В ряде участков канала вещания встречается задача распределения энергии звуковой частоты нескольким потребителям, СЛ которых подключаются к выходу одного усилителя. Это могут быть СЛ, подключаемые к выходу линейного усилителя студийного тракта или АЦ КРА, центральной усилительной станции проводного вещания и т. д. Рассмотрим недостатки этой структурной схемы:

Короткое замыкание на одной из линий. Если оно произошло близко к распределительной шине Ш, то произойдет замыкание выхода ЛУ. В случае заземления одного провода линии СЛ1 и другого провода любой другой линии СЛn также происходит замыкание выхода линейного усилителя ЛУ.

Подключение линий потребителей к выходу усилителя.

Схема с разделительными усилителями.

Схема с защитными устройствами.

Заземление одного из проводов вызывает асимметрию всех линий по отношению к земле. Такие линии более чувствительны к помехам, чем симметричные цепи. Кроме того, они сами будут создавать помехи линиям связи, если они проходят в общем кабеле. Помехи, появляющиеся на одной из линий, проходят через шину Ш на остальные линии. Напряжение этих помех может быть весьма значительным. Полное или частичное устранение этих недостатков производится при помощи линейно-разделительных устройств.

На структурных схемах, приведенных на рисунках выше, каждая линия СЛ подключена к шине Ш через линейно-разделительный усилитель ЛРУ. Вследствие этого невозможен переход помех, а также влияние короткого замыкания в линии на разделительную шину Ш. Такой метод защиты выхода линейного усилителя от воздействия поврежденных линий применяют в случаях, когда число соединительных линий невелико. При большом числе СЛ чаще применяют устройства, которые обеспечивают не полное разделение, а ослабление до допустимой величины помех и влияния короткого замыкания в линиях на распределительную шину Ш. Для осуществления этого необходимо:

-- устранить гальваническую связь между линиями с помощью симметричных трансформаторов, включенных в начале каждой из них;

--последовательно в начале каждой линии включить ограничивающее сопротивление r с тем, чтобы короткое замыкание в линии не вызывало перегрузку выхода линейного усилителя и существенно не отражалось на уровне сигнала в остальных линиях;

--с помощью тех же элементов надо добиться такого ослабления напряжения помех, чтобы они не распространились на другие линии.

Рассмотренные ЛРУ защищают линии от перехода помех и последствий короткого замыкания, но не дают защиты от заземления двух разных проводов разных линий. Чтобы предотвратить в этом случае короткое замыкание шин, лини разобщают с помощью линейных трансформаторов ЛТ. Коэффициент трансформации ЛТ обычно равен единице, так что их включение не изменяет диаграммы уровней. Для повышения эффективности стремятся получить наименьшую индуктивность рассеяния и минимальную емкость между обмотками, сопротивление обмоток равно нескольким десяткам омов.

Если сопротивление обмоток трансформатора Трn достаточно велико для защиты шины Ш от короткого замыкания со стороны линии, то ограничивающее ток сопротивление r в схему не включается. Вносимое затухание такого устройства в направлении передачи сигнала значительно меньше, чем в обратную сторону от линии СЛ. Этим и достигается защита распределительной шины Ш от влияния помех и короткого замыкания поврежденной линии.

Уровень наводимых помех зависит от электрического состояния линии и от близости цепей, которые являются источником помех. Помехи, наводимые на данном участке, распространяются вдоль линии и затухают, как и любой сигнал. Поэтому величина помех, попадающих с линии на шину Ш, в значительной мере определяется помехами, наводимыми на ближайшем к началу линии участке.

Для уменьшения мощности сигнала, потребляемой линией, сопротивление r выбирается малым и должно быть меньше модуля полного входного сопротивления линии. Минимальная величина сопротивления r, при которой короткое замыкание на одной линии вблизи от защитного устройства вызовет лишь небольшое снижение уровня напряжения на выходе линейного усилителя, выбирается в пределах (0,1--0,15) Zвх. При этом значение модуля входного полного сопротивления линии Zвх выбирается на той частоте, где оно минимально. Для кабельных СЛ входное сопротивление с увеличением частоты падает до значения, близкого к их волновому сопротивлению, которое на верхних частотах мало.

Таким образом, при выбранных величинах r и Zвх защитное действие устройства можно увеличить лишь путем уменьшения Rвых. Чтобы обеспечить требуемое ослабление помех в случае подключения к его выходу двух линий путем расчетов, мы находим максимальное выходное сопротивление линейного усилителя.

Обоснование места включения корректирующего контура

В зависимости от места включения корректирующего контура различают два основных метода корректирования частотных искажений: систему с коррекцией в начале СЛ и систему с коррекцией на конце.

В первом случае КК устанавливается перед корректируемой линией, во втором случае- после нее. Обычно КК подключаются непосредственно к линии в стационарных устройствах коммутации и образуют с ней единое звено тракта передачи.

Если бы передача вещательных сигналов осуществлялась по линиям без помех, то оба метода были бы равноценными. Однако при передаче сигналов программ по существующим линиям городских телефонных сетей приходится учитывать требования к номинальным уровням сигнала и уровню помех, неизбежно имеющихся в линиях (минус 58-65 дБ).

При включении корректирующего контура в начале линии максимальный входной уровень сигнала по действующим нормам не должен превышать плюс 17 дБ на частоте 1000Гц и плавно повышаться в области верхних частот полосы пропускания. Так как одновременно с этим процессом переходное затухание между цепями СЛ в кабеле уменьшается с ростом частоты, то повышение уровня сигнала может приводить к повышению уровня переходных помех в других цепях кабеля. Отмеченное явление не вызывает опасений, когда остальные пары кабеля используются для телефонной связи, так как полоса пропускания такого канала ограничена частотой 3400 Гц. Кроме того, спектральная плотность мощности вещательного сигнала быстро убывает в области верхних частот.

Однако если по цепям кабеля передаются сигналы различных программ с более низким уровнем, то могут появиться заметные переходные помехи от цепей с более высоким уровнем передачи. Чтобы избежать этого не следует применять смешанную систему коррекции, а максимальный уровень сигнала на верхней граничной частоте следует ограничить величиной 30-32 дБ. Следовательно, максимальное затухание в этом случае ограничено величиной 17 дБ лишь для частоты 1000 Гц, а для частот, лежащих выше этого предела, допускается увеличение затухания в линии до 30-32 дБ.

При коррекции на конце номинальный уровень сигнала в начале СЛ не зависит от частоты. Следовательно, максимальное затухание, которое можно допустить в линии при этом способе коррекции, равно 17 дБ. Из сравнения двух методов видно, что коррекция в начале СЛ позволяет использовать линии в 2 раза большей длины, чем коррекция на конце линии. Это достигается значительным увеличением требуемой мощности источника сигнала.

Получили:

1)Помехозащищенность в конце линии для низких и значительной области средних частот одинакова для обоих случаев и равно 65 дБ.

2)Мощность усилителя в схеме б должна быть на 18 дБ (приблизительно в 60 раз) больше мощности в схеме а.

3)Если основные компоненты шумового спектра лежат в области низких и средних частот, преимущество имеет схема а.

4)Чем меньше длина линии или ее затухание, тем выгоднее использовать схему а.

На практике возможны случаи, когда из-за большой протяженности линии ее затухание настолько велико, что не удается обеспечить требуемой защищенности от интегральной помехи и ОСШ. В этом случае линию разделяют на участки (в), между которыми включают КК и промежуточный усилитель(ПУ).Затухание участка выбирается таким, чтобы обеспечить защищенность и ОСШ, соответствующее данному классу качества.

Особенностью системы коррекции с ПУ является то, что помехи в обоих участках суммируются. Отсюда видно, что для получения требуемой защищенности в такой линии необходимо обеспечить уровень помехи в каждом из участков на 3 дБ ниже нормы.

Расчёт затухания СЛ и КК

Затухание СЛ рассчитывается по формуле:

где - коэффициент распространения, 1/км;

- длина линии, км;

- волновое сопротивление нагрузки, Ом;

- сопротивление нагрузки.

Коэффициент распространения и волновое сопротивление связаны с первичными параметрами линии - сопротивлением проводов на километр длины Z (Ом/км) и проводимостью изоляции между проводами Y (См/км) - соотношениями:

Рассчитаем для примера затухание СЛ на одной частоте, а остальные расчёты сведём в таблицу. Первичные параметры кабеля приведены в таблице 1. Примем сопротивление нагрузки равным 600 Ом, допустимую величину неравномерности частотной характеристики затухания 1 дБ.

На частоте 50 Гц:

Ом/км,

См/км.

Отсюда вычисляем Z и Y:

Ом/км,

См/км.

Далее вычисляем и :

 Ом,

1/км,

Затухание соединительной линии:

дБ.

Аналогично определяем затухание для других частот, промежуточные расчёты и результаты сведём в таблицу 3.

Таблица 3.

Расчёт затухания СЛ

По этим данным строим частотную характеристику затухания СЛ (рис.17).

Далее графически определяем ординаты идеализированной частотной характеристики затухания КК. Принимаем , равным 20 дБ. Тогда величины затухания КК определяются как разность между этой величиной и соответствующими величинами затухания СЛ. В частности, максимальное затухание КК 20-7.778=12.222 дБ. По максимальной величине затухания контура находим параметр k:

отсюда

а из графика - параметр f1. Он равен 4000 Гц.

Расчёт затухания корректирующего контура произведём аналогично расчёту затухания СЛ. Затухание КК определяем по формуле:

Результаты расчёта сводим в таблицу 4.

Таблица 4.

Расчёт затухания КК.

По данным приведённым в таблице построим частотное затухание КК.

Расчет элементов корректирующего контура

Для расчета элементов КК нужно получить идеализированную характеристику затухания КК, при которой амплитудно-частотные искажения были бы полностью скомпенсированы.

Величины элементов, входящих в КК, удовлетворяют условиям:

В схеме сопротивления и объединяют в одно - . Его величину рассчитывают по формуле:

Ом

Величины элементов КК рассчитываются по формулам:

Ом

мГн

мГн

нФ

нФ

где , а

и ,

Сопротивление .

Далее выбираем значения элементов корректирующего контура из стандартного ряда Е24:

Ом;

Ом;

мГн

мГн;

нФ;

нФ.

Неравномерность суммарной частотной характеристики затухания получилась равной 1 дБ, что удовлетворяет допустимой. Поэтому результат расчёта следует принять удовлетворительным.

Мощность, потребляемая СЛ от ЛУ, равна:

ВА

Диаграммы уровней для частот 50, 1000 и 10000 Гц изображены на рис.18. Уровень в конце СЛ доводится до номинального уровня 0 дБ установочным регулятором, имеющимся на входе аппаратуры.

Страницы: 1, 2, 3