книги из ГПНТБ / Панкратов, В. П. Фазовые искажения и их компенсация в каналах тч при передаче дискретных сигналов

является такая .регулиранка '.усилителей оконечной ;и про­ межуточной 'аппаратуры, которая обеспечивает выпол­ нение норм на электрические характеристики групповых трактов и каналов. Полученные при настроечных изме­ рениях данные (значения измерительных уровней, поло­ жение регуляторов, места перепаек регулирующих эле­ ментов тракта и т. д.) записываются в специальных пас­ портах и являются в дальнейшем эталонными величина­ ми, по которым определяют техническое состояние ма­ гистрали и каналов. Периодичность профилактических измерений электрических характеристик каналов, груп­ повых трактов и линий связи зависит от вероятности ухода их характеристик за пределы норм, сложности измерений и возможности поддержания .номинальных значений отдельных параметров и электрических харак­ теристик.

При измерении электрических характеристик кана­ лов тч применяются различные методы и разнообразная измерительная аппаратура. Рассмотрим методы измере­ ния основных электрических характеристик каналов тч: амплитудно-частотной, фазо-частотной и частотной зави­ симости группового времени.

Измерение остаточного затухания (усилений) канала тч, амплитудно-частотной и амплитудной характеристик, а также устойчивости канала основано на методах изме­ рения рабочего затухания (усиления) четырехполюсни­ ков. Из получивших широкое распространение методов измерения рабочего затухания (усиления) — метода из­ вестного генератора, метода 2 и метода Z со схемой сравнения — для измерения указанных характеристик применяется метод известного генератора. Это объясня­ ется тем, что входное сопротивление канала тч строго нормировано стандартной величиной /?=бОО Ом, что по­ зволяет использовать такое же сопротивление для внут­ реннего сопротивления генератора. Важным преимуще­ ством данного метода является простота схемы и удоб­ ство измерения. Схема измерения приведена на рис. 1.5.

Измерительный генератор, имеющий внутреннее со­ противление 7?г = 600 Ом, подключается в зависимости от

Измеряемый канал п

Рис. 1.5

20

окончания ’Измеряемого канала к двухили четырехпро­ водному входу; к выходу канала подключается указа­ тель уровня с сопротивлением 600 Ом. Уровень сигнала на входе контролируется указателем уровня измеритель­ ного генератора или отдельным указателем уровня, под­ ключаемым параллельно высокоомным входом.

Остаточное затухание ‘(усиление) канала определя­ ется разностью уровней сигналов на входе и выходе, из­ меряемых указателями уровня УУi и УУ2:'

В соответствии с измеряемой характеристикой изме­ няют варьируемый параметр (частоту или уровень сиг­ нала на входе) и получают отдельные значения частот­ ной и амплитудной характеристик канала тч. Пределы изменения варьируемого параметра определяются нор­ мами на рассматриваемые характеристики.

При измерении электрических характеристик, связан­ ных с измерением рабочего затухания (усиления), ис­ пользуются различные измерительные генераторы и ука­ затели уровня. Однако наиболее широкое применение в ЛАЦ оконечных и промежуточных станций получили приборы, входящие в измерительные комплекты ИП-150

или ИП-300.-

Уровни помех в каналах тч могут быть измерены из­ мерителем уровня ИУ-600, однако для этого целесооб­ разнее использовать псофометр УНП-60. Он позволяет измерять псофометрическое напряжение шума и может быть использован как ламповый вольтметр, измеряющий действующее значение напряжения.

Помимо измерения электрических характеристик по отдельным точкам, в последнее время получают распро­ странение приборы, использующие панорамный способ измерения. К ним относятся различные характериогра­ фы, позволяющие наблюдать частотные характеристики на экране осциллографа или фиксирующие их на спе­ циальной ленте самопишущим индикатором. Так, на­ пример, в ЛАЦ междугородных станций находит приме­ нение измеритель частотных характеристик ИЧХ-300. Этот прибор работает в диапазоне частот от 10 до 300 кГц и предназначен для регулировки и испытаний высокочастотных трактов группового Оборудования и широкополосных каналов аппаратуры уплотнения К-24-2

и К-60.

21

И з м е р е н и е ф а з о-ч а с т о т н о й х а р а к т е р и ­ стики. Процесс измерения ФЧХ канала заключается в сравнении фаз двух синусоидальных колебаний: одного, передаваемого по измеряемому каналу, и другого, пере­ даваемого по вспомогательному или сравниваемому ка­ налу. Схема измерения фазо-частотной характеристики канала или четырехполюсника представлена на рис. 1.6.

Рис. 1.6

Одним из важных вопросов измерения сдвига фаз яв­ ляется выбор оконечного прибора— индикатора фазы. Наиболее простым индикатором фазы является элект­ ронный осциллограф, включаемый по схеме рис. 1.7. От­

счет фазы осуществляется по фигурам Лиссажу. Рас­ пространенными фигурами, используемыми .при этом, яв­ ляются круг и прямая линия, соответствующие сдвигу фазы на углы, кратные 90 и 180°. При определении сдви­ гов фазы, не кратных 90 или 180°, необходимо измерить линейные размеры фигур и рассчитать величину угла. Так, если на пластины осциллографа поданы гармониче­ ские колебания y —Y sin cat и х=Х sin(W + a), то сдвиг фаз а можно определить из соотношения

где 2а, 2Ь, 2х, ВС, AD — линейные размеры составляю­ щих фигур Лиссажу (рис. 1.8).

Погрешность определения угла в данном случае мо­ жет быть вызвана за счет неточности измерения толщи­ ны линии. Пусть неточность измерения линий составляет

22

половину их толщины, тогда при учете погрешностей из­ мерений линий с двух сторон и толщине линии 1 мм об­ щая погрешность измерения линейных размеров соста­

вит 1 мм. Отсюда погрешность измерения и расчета угла сдвига фаз будет составлять

При использовании осциллографов ЭО-7, ЭО-4, С 1-16, позволяющих получить ЛЬ=|100 мм, погрешность изме­ рения сдвига фазы будет составлять ± 1°.

Рассмотренный метод измерения ФЧХ канала часто называют методом диапазонного генератора, так как в процессе измерения приходится, плавно изменяя частоту генерируемых колебаний, выбирать нужные фигуры Лиссажу. Учитывая большие изменения фазы от часто­ ты, при измерении ФЧХ каналов можно ограничиться только фиксированием частот, соответствующих углам, кратным 180°, т. е. отмечать фигуры, превращающиеся в прямую линию. При этом необходимо точно контролиро­ вать частоту генерируемых колебаний, для чего обычно используются цифровые или электронно-счетные часто­ томеры.

Выбирая осциллограф для измерения ФЧХ канала тч методом диапазонного генератора, следует обра­ щать внимание на то, чтобы фазо-частотные характери­ стики вертикальной и горизонтальной разверток были одинаковыми, так как их расхождение может внести до­ полнительную погрешность. Совпадение фазо-частотных

23

характеристик можно легко проверить, собрав схему, аналогичную рис. 1.7, где вместо измеряемого канала включается магазин затухания. Изменяя частоту коле­ баний генератора в исследуемом диапазоне частот, кон­ тролируют, чтобы прямая линия на экране осциллогра­ фа не раздваивалась и не меняла наклон.

Двухлучевые осциллографы и однолучевые осцилло­ графы со специальными электронными коммутаторами позволяют отсчитывать сдвиг фазы по форме исследуе­ мых колебаний (рис. 1.9). Разность фаз синусоидальных колебаний определяется по формуле

метода отсчета сдвига фаз, он практически неприемлем при измерении фазо-частотных характеристик каналов тч по следующим причинам: J) погрешность измерения составляет ± (5—10)°, что недостаточно; 2) при исполь­

зовании двухлучевого осциллографа требуется много до­ полнительного времени на раздельную регулировку уси­ ления лучей, особенно при изменении частоты сигналов; применение однолучевого осциллографа с электронным коммутатором, как правило, сопряжено с трудностями обеспечения четкой (симметричной) работы электрон­ ного ключа и устранения влияний одного сигнала на Другой.

При измерении ФЧХ по схеме, изображенной на рис. 1.6, используются также различного типа фазометры, в частности, электронный фазометр Ф2-1. Погрешность измерения этим фазометром в диапазоне частот 20 Гц-f-

24

-1-20 кГц не превышает ±1°+1% от предела шкалы, чтоявляется вполне приемлемым,

Наиболее точно сдвиг фазы можно измерить с по­ мощью компенсационных методов. Они основаны на включении последовательно с вспомогательным каналом фазовращателя, который позволяет отсчитывать измене­ ния фазы при изменении частоты по положению курбеля фазовращателя при нулевых показаниях индикатора сдвига фаз. Однако такой метод не используется для измерения ФЧХ каналов вследствие трудностей созда­ ния фазовращателей, обеспечивающих нормированный сдвиг фаз во всем измеряемом диапазоне частот.

Точность измерений сдвига фазы очень сильно сни­ жается гармоническими составляющими подводимых коколебаний, поэтому при фазовых измерениях необходи­ мо использовать генераторы с малым коэффициентом нелинейности. Часто для устранения гармоник подавае­ мого от генератора сигнала приходится предварительно пропускать его через фильтр нижних частот.

Помимо фазо-частотной характеристики, важное зна­ чение для оценки фазовых искажений канала имеет не­ равномерность фазо-частотной характеристики, которая вычисляется по ф-ле (1.1). Существуют и прямые мето­ ды ее измерения. Суть этих методов заключается в срав­ нении фазы колебания на выходе канала с фазой коле­ бания на выходе линии задержки, имеющей независимое от частоты групповое время, spaiBiHoe т0. Такие линии за­ держки из электрических элементов построить практи­ чески невозможно, поскольку любая линия задержки из фазовых контуров LC будет иметь волнообразную, а не строго линейную фазо-частотную характеристику.

В качестве линии задержки можно применить систе­ му из магнитного барабана, рекордера и двух адаптеров, смещенных друг относительно друга. Конструктивно крепление адаптеров должно быть сделано так, чтобы можно было регулировать расстояние между ними, что, в свою очередь, дает возможность изменять время за­ держки, создаваемое системой, и выбирать его в -соответ­ ствии с измеряемым каналом.

Практическая реализация метода измерения неравно­ мерности с магнитным барабаном сопряжена с рядом трудностей, главными из которых являются изготовле­ ние записывающей и воспроизводящей систем, обеспече­ ние требуемой стабильности вращения магнитного бара­ бана.

25

Магнитная запись не является единственной реализа­ цией метода измерения неравномерности фазо-частотной характеристики. В качестве линии задержки можно ис­ пользовать также акустическую трубу с динамиком и двумя микрофонами, сдвинутыми друг относительно дру­ га на определенное расстояние.

Рассмотренное методы измерения ФЧХ канала и ее неравномерности применимы лишь в случае, если вход и выходканала находятся в одном пункте, т. е. если из­ меряются характеристики каналов, у которых на проти­ воположном конце выполнены четырехпроводные тран­ зитные соединения, либо каналов специальных магистра­ лей, предназначенных для проведения исследователь­ ских работ. Однако и для этих магистралей возникает проблема синхронизации частот генераторов несущих ко­

транзиты на противоположном конце одной системы уп­ лотнения, расхождение .несущих частот не будет сказы­ ваться на измерении сдвигов фазы, поскольку сигнал проходит канал дважды и сдвиг несущих частот одного направления компенсируется таким же сдвигом частот обратного знака другого направления передачи.

Необходимость иметь вход и выход канала в одном пункте при измерении сдвига фазы сигналов, а также от­ сутствие синхронизации частот несущих колебаний яв­ ляются причинами того, что в реальных каналах связи фазо-частотная характеристика не измеряется. Поэтому оценка и нормирование фазовых искажений в каналах тч производятся по частотной зависимости группового времени.

И з м е р е н и е ч а с т о т н о й х а р а к т е р и с т и к и г р у п п о в о г о в р е м е н и . Из определения группового времени как первой производной фазо-частотной харак­ теристики по круговой частоте следует, что групповое время характеризуется наклоном ФЧХ. Поэтому, заме­ няя бесконечно малые приращения конечными прираще­ ниями, из (1.4) получаем1

Не останавливаясь пока на расчете частотной зави­ симости группового времени по известной фазо-частот­ ной характеристике согласно ф-ле (1.12), рассмотрим

26

методы и схемы измерения группового времени. Процесс его измерения заключается в измерении разности сдвига утла фазо-частотной характеристики при определенном изменении частоты сигнала. Обычно в измерительных приборах используется метод Найквиста, согласно кото­ рому групповое время на какой-то частоте принимается равным времени распространения огйбающей сигнала, полученного прн амплитудной .модуляции несущего ко­ лебания этой частоты колебанием более низкой частоты. Действительно, пусть на вход канала подано амплитудномодулированное колебание

ивх — Um(l + т sin Q t) sin со t = Umsin со t -\-

+ -2^-cos(co— Й) / — HLEzl cos (со + Q) /.

Учитывая только изменения фазы колебаний, для напря­ жения на выходе канала можно написать

«вык = Umsin (ю t — b) + - ^ cos [(м —- Q) / — Ь'\ —

где Ь, Ь', Ь" — фазовый сдвиг соответственно для состав­ ляющих с частотами /, f—F, f + F.

При условии Й<Ссо, т. е. при небольшой разности между боковыми частотами, можно считать фазовый сдвиг линейным и полагать (Ь'+Ь") /2 = Ь; (Ь'—b")/2 = ba- Тогда

“вых — Umsin (и t — b)-\-m Umsin (со t — b) sin (Qt —■b<2 ) =

Из последнего выражения видно, что огибающая моду­ лированного колебания на выходе канала имеет сдвиг фазы на угол Ья = (b"—b')j2. Детектируя расойапривае-

27

<мый 'сигнал, получают колебание с круговой частотой Q,. сравнение фазы которого с фазой модулирующего коле­ бания в передающей части позволяет определить относи­ тельный сдвиг фаз b при изменении частоты основного

колебания. Отсюда групповое время

Ъ" — Ъ'

(со - ( - Q ) — (со — Q )

Таким образом, измерение сдвига фазы огибающей амплитудномодулированного колебания, прошедшего через канал, относительно фазы модулирующего колеба­ ния позволяет, проградуировав шкалу фазометра в еди­ ницах группового времени, непосредственно отсчитывать групповое время для частоты несущего колебания.

Погрешность измерения группового времени будет определяться рядом факторов и, прежде всего, тем, что фазо-частотная характеристика измеряемого тракта при­ нимается линейной в полосе частот шириной 2F, тогда как в действительности она может иметь криволинейную зависимость. Поэтому для повышения точности измере­ ний стремятся уменьшить частоту модулирующих коле­ баний, чтобы в измеряемой полосе частот характеристи­ ка имела меньшую криволинейность.

К факторам, определяющим точность измерения груп­ пового времени, следует также отнести стабильность ча­ стоты модулирующего колебания и его нелинейность, точность измерения сдвига фазы и др.

Наиболее распространенной схемой измерения час­ тотной характеристики группового времени канала (че­ тырехполюсника), вход и выход которого находятся в од­ ном пункте, является схема, представленная на рис. 1.10. Для измерения частотной зависимости группового вре­ мени каналов, вход и выход которых находятся в разных

28

пунктах, необходимо использовать вспомогательный ка­ нал для передачи сигналов в один из пунктов измерения. Схема измерений представлена на рис. 1.11. Как видно,

ДМ и

Разодыи регулятор |—Индика­ торфазы

Рис. 1.11

\

измерительный прибор должен состоять из двух упако­ вок. Одна упаковка представляет собой комплект пере­ датчика и приемника с индикатором сдвига фаз и фа­ зовым регулятором. Другая упаковка включает лишь преобразователи (демодулятор и модулятор) и генера­ тор несущих частот, обеспечивающий передачу модули­ рующих колебаний низкой частоты Q в виде преобразо­ ванных колебаний на средней частоте канала. Иногда вторая упаковка является лишь съемной платой общего комплекта приборов, входящих в измеритель группового времени замедления.

Из рис. 1.10 и 1Л1 ясно, что сдвиг фазы огибающей передаваемых колебаний измеряется компенсационным методом. Применение фазорегулятора для отсчета сдви­ га фазы в этих схемах является вполне целесооб­ разным: фазорегулятор работает только на одной часто­ те модулирующего колебания Й при измерении во всем диапазоне частот. Такой фазорегулятор построить гораз­ до проще, чем фазорегулятор, который обеспечивает нормированный сдвиг фаз во всем диапазоне измеряе­ мых частот. В некоторых комплектах измерителей груп­ пового времени компенсационный метод не используется, а измеряемая величина, отсчитывается по показаниям стрелочного прибора — фазометра, шкала которого про­ градуирована в единицах группового времени (мс).

29