Розподіл завад лінійного тракту

Для заданого допустимого рівня завади в каналі ТЧ 1,1 мВ та необхідного відношення сигнал-завада установлена норма захищеності ліній зв'язку від лінійних переходів - не менше за 54,7 дБ для будь-яких ліній, у тому числі і коаксіальних, хоч лінійні переходи там малі. З цієї норми і чутливості мікро­фона розраховуються рівні сигналів і допустиме ослаблення. Так, ослаблення каналу телефонного зв'язку не повинне перевищувати 28,0 дБ для внутрішньо-зонового і місцевого зв'язків, ЗО дБ - для міжміського зв'язку.

8.2. ЛІНІЙНІ СПОТВОРЕННЯ І МЕТОДИ ЇХ КОРЕКТУВАННЯ

Умови неспотвореного передавання. В лінійних колах можуть спосте­рігатися зміни форми сигналу. При цьому говорять, що коло вносить лінійні спотворення. Розглянемо причини виникнення спотворень та їх види. Сиг­нал будемо вважати неспотвореним, якщо його форма на вході і виході чотириполюсника однакова. Згідно з цим визначенням, при проходженні сигналу через чотириполюсник допускається його затримка за часом на величину і пропорційні зміни за миттєвими значеннями в раз. У загаль­ному випадку математичний опис неспотвореного вихідного сигналу

.

Виникає запитання - які характеристики повинен мати чотириполюсник, щоб він не вносив спотворень? Нехай - спектральна густина вхідного сигналу. Тоді, згідно з властивостями спектральної густини імпульсних сигналів (див. табл. 2.2, рядки 2 і 4), спектральна густина вихідного неспотвореного сигналу

.

Комплексна передавальна функція дорівнює відношенню спектральних густин вихідного та вхідного сигналів. У даному випадку

. (9.4)

Модуль комплексної передавальної функції є амплітудно-частотною хара­ктеристикою (АЧХ), а аргумент, який взято з протилежним знаком, - фазочас­тотною характеристикою (ФЧХ) кола. З виразу (9.4) випливають умови неспотвореного передавання. Чотириполюсник не вносить лінійних спотворень, якщо його АЧХ не залежить від частоти, а ФЧХ змінюється при зростанні частоти лінійно. Характеристики неспотворюючого чотириполюсника наведено на рис. 9.5, де кола, кола. Якщо ж АЧХ кола залежить від частоти, то говорять, що коло вносить амплітудно-частотні спотворення. Якщо ФЧХ не є лінійною функцією частоти, то говорять, що коло вносить фазочастотні спотворення. Наявність фазочастотних спотворень можна визначити і за характеристикою групового часу. У формулі (8.30) величину , що не зале­жить від частоти, занесемо під знак похідної і одержимо добуток , який є ФЧХ кола. Груповий час можна визначити за формулою

.

Для неспотворюючого чотириполюсника , а . Таким чи­ном, чотириполюсник не вносить фазочастотних спотворень, якщо його груповий час не залежить від частоти. Зазначимо також, що поряд з АЧХ, що визначається формулою (9.4), використовується також логарифмічна АЧХ, тобто ослаблення, яке дорівнює

.

Чотириполюсник, що не вносить спотворень, має незалежне від час­тоти ослаблення.

Одержані умови неспотвореного передавання мають чітке фізичне трак­тування. Як відомо, будь-який сигнал можна представити у вигляді суми гармонічних коливань. При виконанні умов неспотвореного передавання амплітуди гармонічних коливань на виході чотириполюсника змінюються в одне і те ж число разів і затримуються на один і той же час, тому їх сума на виході чотириполюсника дає сигнал тієї ж форми, що і на вході.

Вплив неідеальності АЧХ і ФЧХ на якість переданих сигналів значною мірою залежить від виду сигналів і нормується для кожного з них. Так, при телевізійній передачі в першу чергу необхідно забезпечити постійним групо­вий час у смузі частот сигналу, при телефонному зв'язку - відсутність амплі­тудних спотворень, тобто постійну АЧХ.

Принцип коректування лінійних спотворень. У попередньому розділі доведено, що характеристична постійна передачі лінії зв'язана з її первинни­ми параметрами співвідношенням

.

Нехай ослаблення деякого кола залежить від частоти так, як це зо­бражено на рис.9.7, а. Підключимо каскадно чотириполюсник для корек­ції амплітудно-частотних спотворень, який називають амплітудним коректором (АК) (див. рис. 9.6). При цьому необхідне виконання такої умови: вхідний опір амплітудного коректора повинен дорівнювати опору навантаження . За цієї умови вихідні напруга і струм у спотворюючому чотириполюснику не змінюються і ослаблення коректуючого та спотворюю­чого чотириполюсників додаються. Тепер залишилось так підібрати характе­ристику ослаблення АК Л_АК, аби в сумі з нею одержати постійне ослаблення всього кола. Це і зроблено на рис. 9.7, а, де ослаблення всього кола .

Для корекції фазочастотних спотворень додатково включають фазовий коректор (ФК) (див. рис. 9.6). Вимоги до фазового коректора такі.

1. Вхідний опір ФК повинен дорівнювати опору навантаження. При ви­конанні даної вимоги ослаблення та фазові постійні чотириполюсників додаються, тобто

.

Оскільки , то

,

тобто підсумовується груповий час усіх чотириполюсників, що входять у каскадне їх включення.

2. Ослаблення фазового коректора має бути постійним. Інакше ніколи не закінчиться процес корекції, оскільки корекція фазових спотворень призвела б до появи знову амплітудно-частотних спотворень і т.д.

3. Груповий час ФК має бути таким, щоб у сумі з груповим часом СЧ і АК одержати груповий час, що не залежить від частоти (рис. 9.7,6):

.

8.3. СХЕМИ КОРЕКТОРІВ

Схеми амплітудних коректорів. Звичайно амплітудний коректор - це Г-перекритий чотириполюсник, загальний вигляд якого разом із навантажен­ням наведений на рис. 9.8. Для того щоб його вхідний опір дорівню­вав , необхідно виконати умову . Тоді схема являє собою настро­єний міст. Дійсно, двополюсники та утворюють два протилежних плеча мосту, а два резистори , що включені між вузлами 1-2 і 3-4, - два інших плеча. Можна показати, що ослаблення Г-перекритого амплітудного корек­тора розраховується за формулою

. (9.5)

Зробимо аналіз конкретних схем амплітудних коректорів. На рис. 9.9 на­ведено схеми двополюсників і . Якщо в цих двополюсниках елементи підібрати так, що ; , то виконується необхідна умова . Нехай як двополюсники і вибрано схеми рис. 9.9, а. Відповідна схема амплітудного коректора зображена на рис. 9.10, а.

Знайдемо ослаблення цього амплітудного коректора на крайніх частотах. При опір ємності прямує до нескінченності, а опір індуктивності - до нуля, тобто ємність еквівалентна холостому ходу, а індуктивність - короткому зами­канню. Еквівалентну схему амплітудного коректора на нульовій частоті наведено на рис. 9.10, 6. Вона являє собою подовжувач з деяким ослабленням . При опір ємності наближається до нуля, а опір індук­тивності - до нескінченності, тобто в схемі створюється замикання між вузлами 1 і 3 та розрив - між 3 і 4. Очевидно, що ослаблення такої схеми дорівнює нулю. Таким чином, ослаблення цього кола зменшується зі зростанням частоти від до нуля (рис. 9.10, в), тому така схема може використову­ватись для корекції АЧХ ліній зв'язку.

Аналогічно можна одержати характеристику ослаблення, якщо як двопо­люсники і використовувати схеми рис. 9.9, б. Схема амплітудного коректора в цьому випадку і його характеристика ослаблення наведені на рис. 9.11. Дослідження характеристики АК, який складено з двополюсників (рис. 9.9, в), відрізняються від характеристик попереднього коректора лише тим, що необ­хідно додатково знайти його еквівалентну схему на резонансній частоті. Схема такого коректора і його характеристика ослаблення наведені на рис. 9.12.

Розрахунки елементів коректора провадяться методом інтерполяції з ви­користанням формули (9.5). Якщо для корекції АЧХ не досить однієї схеми, то застосовується каскадне сполучення схем.

Схеми фазових коректорів. Фазові коректори будуються за мостовими схемами, загальний вигляд яких наведено на рис. 9.13. Як і у випадку амплі­тудного коректора, добуток опорів двополюсників і повинен дорівню­вати постійній величині. Додатково необхідно, щоб ці двополюсники були реактивними. У цьому випадку ослаблення схеми , а фазова постійна і груповий час розраховуються за формулами:

; (9.6)

. (9.7)

На практиці використовуються схеми фазових коректорів першого чи другого порядків, які показано на рис. 9.14, а, б відповідно, їх називають фазовими ланками. У схемі ланки першого порядку . Якщо підстави­ти це значення у формули (9.6) і (9.7), то дістанемо характеристики фазової ланки першого порядку

Побудовані за цими формулами частотні характеристики для різних зна­чень подано на рис. 9.15, а та б.

Для ланки другого порядку , де . Якщо підставити значення у вирази (9.4) і (9.5) та виконати необхідні перетво­рення, то дістанемо формули для розрахунків характеристик фазової ланки другого порядку:

; , де ; .

Типові характеристики фазових ланок другого порядку подані на рис. 9.16 для різних значень параметра . Вони дуже різноманітні. Практично корекція фазових спотворень виконується каскадним сполученням ланок першого та другого порядків.