4.2.7 Техническая реализация корректоров. Фазовые искажения и методы их коррекции. Гармонические корректоры.

Более подробно данный материал рассмотрен в [1, стр. 49…51; 5, стр.356…376; 7, стр.70…86].

Корректоры представляют собой четырехполюсники с определенными частотными характеристиками. Выбор схем и расчет параметров этих четырехполюсников связаны с проблемой аппроксимации.

В настоящее время при создании корректоров используют относительно небольшое количество типовых схем, однако использование ИМС позволяет значительно расширить возможности.

В дальнейшем постоянными АК (ФК) будем считать такие, у которых конструкция не предусматривает изменение ЧХ в процессе эксплуатации или ЧХ может меняться скачкообразно за счет изменения числа звеньев или сменой отдельных элементов. Если же частотная характеристика может плавно изменяться, то такие корректоры считаются переменными.

Постоянные корректоры

В настоящее время при создании постоянных АК наибольшее распространение получили Т-образные перекрытые (мостовые) четырехполюсники (рис. 4.96,а). Сопротивления частотно-зависимых двухполюсников Z₁ и Z₂ выбирают из условия Z₁Z₂  = R₀², тогда характеристическое сопротивление четырехполюсника является частотно-независимым и равным R₀, что облегчает задачу каскадирования.

Как правило, выбирают наиболее простые и легкие в настройке виды двухполюсников Z₁ и Z₂. В качестве примера на рис.4.96,б,в,г приведены схемы Т-каскадов первого, второго и третьего порядка соответственно, называемых так по числу реактивных элементов двухполюсника. Если поменять местами Z₁ и Z₂ , то  частотная характеристика звена  изменится на противоположную (т.е. вместо минимума будет максимум и наоборот).

Рис.4.96 Т-образные перекрытые четырехполюсники

 

На практике, преобразуя соединение резисторов R₀, R₁ из треугольника в звезду, из схемы исключают резистор R₁.

При расчете корректора необходимо определить общее число каскадов и число звеньев первого, второго и третьего порядка, а также параметры этих звеньев. Для этого используют метод шаблонов в сочетании с ЭВМ и справочные данные.

 

Рис.4.97 Типовая схема постоянного АК

На рис.4.97 приведена типовая схема постоянного АК, используемого в качестве линейного корректора 60-ти канальной АСП, работающей по симметричному кабелю . Схема включает (слева направо) звенья III, II и I-го порядка. Здесь же показаны ЧХ затухания отдельных звеньев и ЛК в целом. Конструкция корректора предусматривает возможность отключения  второго и третьего звеньев и замену элементов первого. Это позволяет получить семейство из 6-ти ЧХ затухания, соседние характеристики этого семейства соответствуют длинам усилительных участков, отличающихся друг от друга на 1 км, что обеспечивает достаточно точную коррекцию основных постоянных АЧИ на участках разной длины.

Постоянные фазовые корректоры реализуются аналогично АК и включают несколько фазовых звеньев, чаще всего второго порядка [5, 7]. Т-образные перекрытые звенья при этом включаются каскадно. Типовая схема фазовых четырехполюсников показана на рис.4.98,а,б.

 

Рис.4.98 Типовые фазовые звенья

Частотные характеристики фазового сдвига φ(f) и неравномерности времени замедления  Δt_з фазового звена второго порядка при различных значениях параметров элементов показаны на рис.4.98,в,г.

При реализации ФК число и параметры отдельных звеньев подбираются предварительно методом шаблонов, а затем уточняются с помощью ЭВМ.

Переменные корректоры.

Переменные корректоры предназначены для компенсации отклонений затухания участков линии связи, которые обусловлены изменением температуры, питающих напряжений, метеоусловий и другими причинами.

Наиболее просто переменный корректор реализуется на основе дискретного числа постоянных АК, имеющих различные коэффициенты передачи.

Широкий набор вариантов АЧХ можно получить с помощью схемы, приведенной на рис.4.99.

      

Рис.4.99 Переменный АК

Коэффициент передачи данной схемы определяется выражением

                              , ,

где  - коэффициент подключения i-го АК к сумматору, причем величина a_i регулируется потенциометром R_i. При построении ПАК стараются исключить элементы с механически перемещающимися деталями.

Широкое распространение в АСП последних лет выпуска получили локальные корректоры резонансного типа. Они используются для коррекции случайных искажений. Схема ЛкК представляет собой Т-образный четырехполюсник, в поперечное плечо которого включен потенциометр R₂ (рис.4.100,а)[1].  

Рис.4.100 Локальные корректоры

Эту же схему можно представить в виде моста Уитсона (рис.4.100,б). Если соблюдается условие равновесия моста R'₂R_н = R''₂R₁, то ток через LC- контур не течет и затухание схемы от частоты не зависит: А_лк = А₀.

Если перемещать движок потенциометра вверх, то часть сопротивления R'₂ шунтируется на резонансной частоте  малым сопротивлением контура. В верхнем положении движка сопротивление шунтировано полностью и затухание корректора минимально: А_к = А_min. В нижнем положении движка шунтируется нагрузка R_н  и затухание корректора максимально: А_к = А_min (рис.4.100,в)

Если сопротивление R₂ представить в виде двух параллельных сопротивлений, то с помощью еще одного LC- контура можно получить кривую затухания на другой резонансной частоте линейного спектра (рис.4.101).

 

Рис.4.101 Локальный корректор

                     

Достоинствами корректора являются простота схемы, возможность плавной регулировки затухания, независимость изменения затухания на разных частотах в процессе регулировок.

В качестве примера совместного использования постоянных и переменных корректоров на рис. 4.102 приведена схема ЛУС ОУП АСП К-60П, содержащая два усилительных  каскада УК [1]. На входе УК₁ включен постоянный корректор (ПК), в цепи ООС УК₂ – корректор, часто именуемый контуром начального наклона (КНН), в цепи ООС УК₁ – плоский регулятор, а регулятор наклонный включен между УК₁ и УК₂. Постоянный корректор и КНН корректируют АЧИ прилегающего к ОУП усилительного участка при средней температуре грунта. При изменении температуры работают РП и РН. При этом форма кривой усиления ЛУС ОУП изменяется между граничными кривыми, а уровень сигнала на выходе ЛУС остается практически постоянным. Затухание РП и РН зависит от переменных сопротивлений R₁ и R₂ соответственно. Данными резисторами можно управлять вручную или автоматически, с помощью системы АРУ.

 

Рис.4.102 ЛУС ОУП К-60П

 

Форма характеристик случайных линейных искажений в групповых трактах АСП оказывается весьма сложной и зависящей от большого числа факторов. Кроме того, эта форма может медленно изменяться во времени. Поэтому компенсация случайных ЛИ малым количеством переменных корректоров, рассмотренных выше, невозможна, даже если их характеристики будут достаточно сложными.

В таких случаях используют гармонические корректоры (ГК), ЧХ которых аппроксимируются гармоническими рядами, причем коэффициенты этих рядов изменяются независимо друг от друга с помощью регуляторов. Теоретической основой построения ГК является положение о том, что искаженный сигнал можно представить в виде суммы исходного неискаженного и его копий, опережающих и (или) задержанных относительно исходного. Гармонические корректоры являются одним из наиболее распространенных (но не единственным) вариантом универсальных переменных корректоров.

На рис.4.103 приведена схема одного из корректоров такого типа, включающая линию задержки (ЛЗ), сумматор (Σ), 2n+1 плоских регуляторов с коэффициентами передачи по напряжению Q_i и P_i и переключателей К_i и П_i, позволяющих изменять фазы суммируемых сигналов на противоположные. Время задержки каждого из 2n звеньев ЛЗ равно τ, в сумматоре обеспечивается развязка между отводами ЛЗ. Схема, по-существу,  представляет собой трансверсальный фильтр.

Напряжение U₂ на выходе устройства может быть выражено суммой напряжений сигналов, прошедших через регуляторы Q₁ – Q_n и опережающих сигнал  на выходе регулятора Р₀, и напряжений отстающих по времени сигналов, прошедших регуляторы Р₁ – Р_n, т.е.  

                                .                   (4.27)

Поскольку , коэффициент передачи корректора по напряжению можно представить в виде:

.  (4.28)

 

Рис.4.103 Гармонический корректор

 

Выражение (4.28) соответствует гармоническому режиму работы корректора. В этом режиме спектральные составляющие сигнала, проходя через корректор, изменяют свою амплитуду в К(ω) раз, в фазу – на угол φ(ω):

          ,             (4.29)

причем 

                           ,                      (4.30)

                           .                             (4.31)

Из (4.29)-(4.31) видно, что в гармоническом режиме возможна независимая компенсация корректором АЧИ и ФЧИ.

Если регуляторы корректора установлены так, что выполняется равенство     Qi = Pi, то, очевидно, K(ω) = A(ω) и φ(ω) = 0. Этот режим работы корректора называется косинусным и используется для компенсации АЧИ при неизменности ФЧХ тракта с точностью до постоянного сомножителя nτ.

В анализируемой схеме возможен и синусный режим, для которого необходимо обеспечить Pi = - Qi и P₀ = 0. В этом случае К(ω) = B(ω) и φ(ω) = π/2. В синусном режиме гармонический корректор является корректором ФЧИ. Очевидно, что возможности этого режима несколько ограничены по сравнению с косинусным, т.к. в АЧХ корректора отсутствует постоянная составляющая, а фазовый сдвиг на π/2 не влияет на характеристику неравномерности группового времени передачи.

Сложность ГК, обусловленная большим количеством регуляторов затухания с инверторами полярностей, компенсируется такими важными достоинствами, как возможность плавной регулировки АЧХ и ФЧХ в заданных пределах, а также обеспечение высокой точности настройки без предварительных расчетов и измерений характеристик корректируемых трактов.

Настройку гармонического корректора проводят с помощью испытательных сигналов, проходящих через последовательно соединенные корректируемый тракт и ГК. Например, при коррекции только АЧХ в заданной полосе частот, на вход тракта подают испытательный сигнал качающейся частоты. Искаженный сигнал после корректора наблюдают с помощью измерителя АЧХ.