| На главную | Содержание учебника | Предыдущая <<<<<глава | Следующая глава>>>>> | Контрольные вопросы |
Проводным вещанием называется система, состоящая из комплекса аппаратуры и сооружений, с помощью которых сигналы звукового вещания распределяются по проводным сетям и поступают к слушателям. (Следует отметить, что в литературе, документах и быту часто встречаются терминологические неточности – вместо общего понятия звуковое вещание используется термин «радиовещание», а вместо понятия проводное вещание–неправильные словообразования «радиотрансляция», радиофикация», тогда как «Радио»–это беспроводная связь). Этим проводное вещание отличается от радиовещания, при котором сигналы поступают на вход индивидуальных приемных устройств – радиоприемников, – в виде свободно распространяющихся электромагнитных волн. Основным структурным элементом системы проводного вещания является узел проводного вещания, или радиотрансляционный узел (РТУ). Узел проводного вещания содержит комплекс оборудования для приема, преобразования, усиления и передачи по проводам программ звукового вещания.
Оборудование узла состоит из станционного оборудования, линейных сооружений и абонентских устройств.
Станционное оборудование обеспечивает получение мощности, необходимой для нормальной работы всех абонентских устройств. Основными элементами станционного оборудования узлов однопрограммного вещания являются усилители звуковой частоты, а узлов трехпрограммного вещания (ТПВ) – еще и передатчики. Кроме того, к станционному оборудованию относится аппаратура регулирования передаваемых сигналов, контроля, управления, коммутации и электропитания.
Совокупность линейных сооружений образует сеть проводного вещания, или радиотрансляционную сеть (РТС). Она состоит из системы двухпроводных линий и вспомогательных устройств, с помощью которых энергия сигналов звукового вещания передается от усилителей и передатчиков к абонентским устройствам.
Абонентскими устройствами (АУ) являются абонентские громкоговорители для однопрограммных сетей и так называемые трехпрограммные громкоговорители для сетей ТПВ. Трехпрограммный громкоговоритель является комбинацией абонентского громкоговорителя с приемником высокочастотных сигналов второй и третьей программ.
Система проводного вещания обладает рядом преимуществ по сравнению с системой радиовещания.
Преимущества проводного вещания привели к тому, что вопреки прогнозам о неизбежном сокращении проводного вещания по мере развития радиовещания и телевидения оно продолжает успешно развиваться.
Число абонентских установок приближается к 125 млн., трехпрограммное проводное вещание внедрено более чем в 1400 населенных пунктов.
В зависимости от построения РТС могут быть однозвенными, двухзвенными и трехзвенными (рис. 9.1).
Однозвенные сети применяются в маломощных РТУ. Сигналы звукового вещания поступают с выхода усилителя станции УС на вход абонентских громкоговорителей по абонентским линиям АЛ. Номинальное напряжение в АЛ принято равным 30 В. К одной АЛ можно подключить несколько десятков абонентских устройств, поэтому однозвенные сети применяют в небольших населенных пунктах.
Для расширения территории, обслуживаемой РТС, применяют. двухзвенные сети. В таких сетях энергия сигналов вещания передается с помощью повышенного напряжения (обычно 240 В) по распределительным фидерным линиям (РФ). В местах расположения абонентов устанавливаются понижающие абонентские трансформаторы (АТ), с помощью которых осуществляется питание АУ через АЛ. Распределительные фидерные линии называют вторым, а АЛ – первым звеном распределения.
При большой нагрузке (более 10 тыс. абонентских устройств) двухзвенная сеть не может обеспечить распределение сигналов с достаточно малыми потерями. В этих случаях создают трехзвенные сети. Территория, обслуживаемая такой сетью, разбивается на зоны, в каждой из которых строят автономные двухзвенные сети. Питание этих сетей осуществляется по высоковольтным (обычно 960 В) магистральным фидерным линиям (МФ) через понижающие трансформаторные подстанции (ТП). Сеть МФ считают третьим звеном распределения.
Все городские узлы проводного вещания можно разделить на две группы: с. централизованным и децентрализованным питанием сетей (рис. 9.2).
При централизованном питании все мощные усилители сети установлены в одном месте – на станции. Здесь упрощается задача резервирования и обслуживания станционного оборудования, обеспечение его гарантийным энергоснабжением, но из-за сложности РТС такая система не способна обеспечить высокую надежность работы. При нагрузке более 50...100 тыс. абонентских устройств централизованные сети неприменимы.
При децентрализованной системе питания территория города разбивается на районы, в каждом из которых сооружается двухзвенная или трехзвенная сеть. В первом случае для их питания создается усилительная подстанция (УП), во втором случае – мощная опорная усилительная станция (ОУС). Питание сети от нескольких источников, расположенных в различных районах территории, повышает надежность системы. Но в этом случае возрастают стоимость станционного оборудования и сложность эксплуатации системы. Кроме того, необходимы соединительные линии (СЛ) для подачи программ вещания, телеуправления и контроля за работой станционных и линейных сооружений. Станция, выполняющая эти функции (распределение программ, телеуправление и телеконтроль), называется центральной станцией проводного вещания (ЦСПВ).
Для повышения надежности работы проводного вещания предусмотрено резервирование тех звеньев, отказ которых вызывает прекращение подачи программ большому количеству абонентов. В крупных городских узлах такими звеньями являются источники программ, усилительное оборудование ЦСПВ, соединительные линии, усилители ОУС, магистральные фидеры. На рис. 9.3 приведена структурная схема узла ПВ города. Из рисунка видно, что к каждой ТП подведен рабочий и резервный магистральный фидеры, причем резервный фидер (РМФ) подведен от другой ОУС. При выключении ОУС или МФ питание ТП переключается на соседние ОУС. Если вблизи нет ОУС, от которой можно провести РМФ, то для резервного питания ТП строят резервную усилительную подстанцию – так называемую блок–подстанцию (БП). Эта подстанция включается только при выключении МФ. Из рис. 9.3 следует, что в приведенной схеме РТУ имеется четыре ОУС и восемь ТП (указано на ЦСПВ).
Распределительные фидеры и абонентские линии наиболее протяженная и дорогая часть линейных сооружений. В то же время повреждения этой части приводят к прекращению подачи программ ограниченному числу абонентов. Поэтому для данной части сети применяют меры локализации повреждений, то есть меры, сводящие к минимуму число необслуживаемых абонентов при повреждениях сети. Как указывалось выше, более чем в 1400 населенных пунктах страны внедрено трехпрограммное проводное вещание. Увеличение числа программ достигнуто за счет уплотнения линий ПВ двумя дополнительными высокочастотными каналами (рис. 9.4), несущие частоты которых выбраны исходя из следующих соображений:
Эти требования противоречивы. Для снижения затухания необходимо уменьшать несущие частоты, но при этом увеличиваются размеры колебательных контуров и появляется опасность создания помех системам передачи ПС. Более высокие несущие частоты попадут в диапазон частот радиовещательных приемников. Исходя из перечисленных соображений в качестве несущих частот второй и третьей программ выбраны 78 и 120 кГц. Большой разнос несущих облегчает разделение программ в абонентском устройстве. Для упрощения и удешевления абонентских устройств передаются обе боковые полосы частот.
На рис.9.5 приведена упрощенная схема узла ПВ. В состав узла входят станционные объекты трех видов: ЦСПВ, ОУС (БП) и ТП.
Оборудование ЦСПВ обеспечивает получение программ и контроль их уровня, предварительное усиление и распределение программ по ОУС (БП), дистанционное управление и контроль оборудования ОУС (БП) и ТП, автоматический контроль и телеизмерения параметров каналов ПВ. Программы поступают на ЦСПВ (рис. 9.6) по соединительным линиям.
Частотные искажения, возникающие в СЛ, уменьшаются с помощью корректирующих контуров (КК). Выбор программ производится на выходном коммутаторе (ВК.). Каждый канал содержит регулятор уровня (РУ), который позволяет поддерживать номинальный уровень на входе линейных трансляционных усилителей (ТУ). Для ЦСПВ выпускаются трансляционные усилители ТУ-0,05; ТУ-0,1 и ТУ-0,4 мощностью 0,05; 0,1 и 0,4 кВт соответственно. Каждый усилитель имеет два канала усиления: рабочий и резервный.
Частотные искажения в соединительных линиях между ЦСПВ и ОУС также корректируются с помощью контуров. Управление усилительными каналами ЦСПВ и ОУС осуществляется с помощью аппаратуры телеуправления и сигнализации, командный полукомплект которой (ТУС-К) расположен на ЦСПВ. Управление производится с пульта, например ПУУС (пульт управления усилительными станциями).
Кроме этого на ЦСПВ имеется аппаратура для управления и контроля трансформаторными подстанциями (УКТП). На ЦСПВ крупных городов управления и контроль ТП производят со специального пульта.
Основной функцией ОУС (БП) является усиление сигнала до необходимой величины, а также формирование высокочастотных сигналов второй и третьей программ. На ОУС расположены мощные усилители звуковой частоты, передатчики, оборудование для распределения вещательных программ по МФ, телеуправления, контроля и измерений.
Состав оборудования ОУС показан на рис. 9.7. Программы подаются на ОУС по соединительным линиям. Напряжение первой программы поступает на мощный усилитель проводного вещания (УПВ), напряжения второй и третьей программ – на передатчики (П) с несущими 78 и 120 кГц (передатчики не резервируются). С помощью индивидуальных повышающих трансформаторов в стативах выходной коммутации (СВК) первая программа напряжением 960 В подается в магистральные фидеры. Вторая и третья программы напряжение» 120 В с выходов передатчиков подаются на МФ с помощью устройства подключения передатчиков (УПП). Управление и контроль осуществляются исполнительным полукомплектом аппаратуры телеуправления и сигнализации (ТУС-И).
К одной ОУС подключается не более 12 рабочих и резервных МФ. Мощная ОУС обслуживает до 80 тысяч абонентов. Для городских сетей проводного» вещания выпускаются усилители 1 класса качества УПВ-1,25; УПВ-5; УПВ-15; ТУ-ЗО мощностью 1,25; 5; .15: 30 кВт соответственно, В настоящее время в ТПВ применяются передатчики ПТПВ-500 (мощностью 500 Вт). Значительная часть РТУ оборудована ранее выпускавшимися передатчиками УПТВ-200 (200 Вт).
Трансформаторная подстанция (рис. 9.8) предназначена для понижения напряжения, поступающего с МФ, до 120 или 240 В и подачи сигналов звукового вещания в РФ. Основным оборудованием подстанции являются статив трансформаторной подстанции СТП и статив распределительный (СТР). К каждому СТП подводятся два МФ (рабочий и резервный). Контакты К1 и К2 обеспечивают подключение одного из них. С выхода СТП напряжение сигналов звукового вещания поступает на вход СТР, к которому можно подключить до десяти РФ. В стативе имеются элементы защиты РФ.
Сельский узел ПВ обслуживает, как правило, один или несколько удаленных друг от друга населенных пунктов. Многие радиоузлы обслуживаются дежурным станционным персоналом, а их сети — персоналом линейной службы. При наличии обслуживающего персонала фонд заработной платы может достигать 50% общей суммы эксплуатационных расходов.
Удельная плотность радиотрансляционных точек (число точек на 1 км линии) в сельской местности мала, она колеблется от 8 до 25, в то время как в крупных городах удельная плотность точек достигает 400. Удельная плотность точек является наиболее важной характеристикой рентабельности системы ПВ, так как .доходы определяются в основном суммой абонентной платы, а расходы — объемом станционных и линейных сооружений, штатом обслуживающего персонала. Поэтому повышение рентабельности системы ПВ возможно за счет повышения плотности точек и сокращения объема основных фондов штатов обслуживающего персонала.
Плотность точек может возрастать по двум причинам: вследствие повышения спроса населения на услуги ПВ и сокращения объема линейного хозяйства. Спрос населения на услуги ПВ в большой мере зависит от качества вещания и состава программ. Сокращение объема линейного хозяйства может происходить как в связи с укрупнением самих сельских населенных пунктов при ликвидации мелких, так и путем ликвидации чрезмерно длинных линий при строительстве дополнительных автоматизированных РТУ.
Важнейшим направлением развития сельских систем ПВ является автоматизация. Она призвана значительно сократить многочисленный штат станционного персонала, занятого малопроизводительным трудом: включением и выключением аппаратуры, проведением профилактического осмотра, текущего ремонта и т. д.
Реконструкция существующих сельских радиоузлов и строительство новых в каждом сельском районе начинается с определения способа обеспечения их техническими средствами и подачи программ и сигналов управления. Для приема вещательных программ на станциях РТУ используются следующие каналы (по степени технико-экономической целесообразности): радиоканалы метрового диапазона (МВ) ЧМ вещательных передатчиков; каналы, организованные по цепям сельской телефонной связи (СТС); радиоканалы ДВ и СВ диапазонов.
Если сравнить перечисленные каналы вещания по основным технико-экономическим характеристикам (качественные показатели, надежность, стоимость основных фондов и эксплуатационные расходы), то предпочтение следует отдать МВ ЧМ каналам. В зонах уверенного приема МВ ЧМ вещания в настоящее время находится около 70% сельских радиоузлов. В свою очередь, проводные каналы вещания, безусловно, лучше радиоканалов ДВ и СВ диапазонов.
В настоящее время все радиостанции, работающие в диапазоне метровых волн, укомплектованы двумя радиопередатчиками двух общесоюзных программ вещания (рис. 9.9). Для передачи программ местного вещания передатчик Пер2 дополняется подканалом на поднесущей частоте 62,5 кГц. С этой целью разработана система передачи для вещательных каналов УВК-Н, которая содержит генератор подканала (ГП), частотный модулятор (М) и усилитель звуковой частоты (УЗЧ). С выхода УВК-Н поступает ЧМ сигнал (30...95 кГц), который подается (вместе со звуковым сигналом основного канала передатчика Пер2) на ЧМ модулятор передатчика. Таким образом, передатчик Пер2 образует два канала, обеспечивающих одновременно и независимо друг от друга передачу двух вещательных сигналов. Основной канал передатчика используется для передачи общесоюзной программы, подканал – для передачи районных программ вещания. Для дистанционного управления сельскими узлами ПВ сигналы телеуправления, вырабатываемые датчиком (ДТУ), передаются в закодированной форме по основному каналу Пер1 или по подканалу Пер2.
Для контроля за работой автоматизированных узлов ПВ и резервного управления применяют аппаратуру АКРУ. На станции ПВ районного центра устанавливают центральный комплект аппаратуры АКРУ-Ц, на автоматизированных узлах – оконечный АКРУ-О. Аппаратура АКРУ-Ц и АКРУ-О взаимодействует по каналам СТС, при этом каждая станция ПВ района становится абонентом СТС. С помощью одного комплекта АКРУ-Ц можно контролировать работу и осуществлять резервное управление десятью автоматизированными узлами.
Применение аппаратуры систем передачи (АСП) на линиях сельской телефонной связи (СТС) позволяет организовать сельскую систему проводного вещания (рис. 9.10). Каналы вещания в этой системе организуют с применением комплекса аппаратуры внутрирайонного вещания (АВСП) и используют ее для передачи программ вещания, сигналов телеуправления и телеконтроля на автоматизированные узлы ПВ. Каналы вещания создают на основе искусственных цепей при работе по симметричным кабелям в звуковом спектре частот и за счет использования свободной части линейного спектра при работе с аппаратурой систем передачи, например КНК-12. Аппаратура АВСП является универсальной, ее комплектность зависит от типа применяемой аппаратуры систем передачи, числа направлений и т. д.
Передаваемые в каналы вещания сигналы с АВСП центральной станции поступают через разделительные линейные фильтры на аппаратуру АВСП оконечной станции (ОС-ПВ) или на АВСП приеморазветвительной станции (ПРС-ПВ). Станция ПРС-ПВ позволяет организовать каналы вещания по нескольким направлениям. Кроме того, существует возможность преобразования спектра сигнала. Пусть в направлении пункта Б для организации канала вещания искусственная цепь использована; на ПРС-ПВ спектр принимаемого сигнала преобразуется, и в направлении Б, например, сигнал может передаваться в свободной части линейного спектра системы передачи. Место расположения ПРС-ПВ должно совпадать с местом установки аппаратуры систем передачи и определяться нормами допустимого затухания.
При числе направлений передачи меньше шести вместо ПРС-ПВ оборудуется промежуточная станция (ПС-ПВ), комплектуемая соответствующими блоками аппаратуры АВСП. Если длина усилительных участков превышает номинальную и нет необходимости разветвления программ, устанавливается наружный усилительный пункт НУП ПВ, состоящий из отдельных узлов аппаратуры АВСП.
Контроль и резервное управление автоматизированными узлами ПВ при такой системе проводного вещания производятся аппаратурой АРУ по телефонным каналам СТС. Способ организации телефонной связи между абонентами административного района при включении АВСП не изменяется.
Достоинством системы сельского ПВ с использованием для управления и подачи программ вещания каналов СТС является возможность простыми способами подать программы районного вещания на большое число автоматизированных узлов.
Усилители проводного вещания (УПВ). Особенности УПВ обусловлены требованиями экономичности усилителей и специфическим характером их нагрузки. Требование экономичности режима вызвано тем, что УПВ имеют большие мощности и экономия электроэнергии дает в данном случае, в отличие от микрофонных и линейных усилителей, существенный экономический эффект.
Экономичный режим обеспечивается работой оконечной ступени в режиме АВ2 или В, что возможно только при использовании двухтактной схемы усилителя. Применение двухтактной схемы позволяет уменьшить искажения, упростить конструкцию выходного трансформатора, а в целом способствует удешевлению изготовления усилителя.
Повысить экономичность усилителя позволяет используемое в оконечных каскадах УПВ автоматическое регулирование смещения (АРС). При этом в паузах передачи, длительность которых, например, для речевых сигналов составляет около 50% времени передачи, с увеличением отрицательного смещения уменьшается ток покоя. Применение такого способа регулирования наряду с получением экономии по току покоя 20% приводит к уменьшению нелинейных искажений и улучшает тепловой режим работы ламп.
Одной из важных особенностей УПВ является непостоянство их нагрузки как во времени (в течение суток), так и в диапазоне частот. Изменение нагрузки во времени объясняется непостоянством количества абонентов, подключенных к сети ПВ в течение суток. Изменение нагрузки в диапазоне частот вызвано комплексным характером входных сопротивлений абонентских громкоговорителей и линий ПВ.
Разгрузка усилителя (при минимуме подключенных абонентов) приводит к переходу оконечной ступени в перенапряженный режим, что сопровождается возрастанием выходного напряжения и нелинейных искажений. Постоянство выходного напряжения при изменяющейся нагрузке может быть обеспечено при малом выходном сопротивлении УПВ. Для уменьшения выходного сопротивления в УПВ применяется глубокая отрицательная обратная связь по напряжению.
В процессе работы УПВ должен быть защищен от перевозбуждения (по входу) и перегрузки (по выходу). Необходимость защиты усилителей от перевозбуждения объясняется большим динамическим диапазоном вещательного сигнала, превышающим динамический диапазон усилителей, либо часто встречающимся повышением уровня программы в соединительной линии по различным причинам. Перегрузка может возникнуть, например, при аварии на распределительных линиях (короткое замыкание).
Защита от перевозбуждения и перегрузки осуществляется с помощью инерционных ограничителей, устанавливаемых на входе усилителей. При перевозбуждении или перегрузке коэффициент передачи такого ограничителя уменьшается и уровень входного сигнала усилителя снижается до безопасной величины.
Перечисленные особенности нашли свое отражение в структурной схеме наиболее распространенного усилителя УПВ-5 (рис. 9.11). Для уменьшения выходного сопротивления усилителя введена отрицательная обратная связь bОС, напряжение которой снимается с выхода оконечного усилителя (ОУ) и подается на вход предоконечного усилителя (ПОУ). Защита УПВ от перенапряжений и перегрузок осуществляется потенциометрическим ограничителем (ПО), который управляется двумя цепями, состоящими из выпрямителей В1 и В2 и инерционной RС-цепи. Для ограничения амплитуды напряжения на входе усилителя цепь управления подключена к выходу предварительного усилителя (ПУ). Для защиты усилителя от перегрузок введена вторая цепь управления. Источники противосмещения Е1 и Е2 отрегулированы так, чтобы выпрямители В1 и В2 открывались только при превышении допустимых значений соответственно амплитудами напряжения на входе и тока на выходе УПВ.
Для повышения КПД в усилителе ТУПВ 0,5х2 предусмотрено два выходных каскада. Пока напряжение сигнала меньше половины номинального, действует усилитель малой мощности, при повышении напряжения включается усилитель большей мощности. В усилителе ДПУ-200 напряжение питания меняется скачками в зависимости от значения напряжения сигнала. Это также уменьшает потребление энергии. В выпускаемых устройствах серии "Днепр" с номиналами мощности от 0,5 до 5 кВт, используют ключевой режим. Ламповый усилитель УПВ-5 в режиме номинальной мощности при подаче на вход тонального сигнала потребляет мощность 16,5 кВт, а при вещательном сигнале – 7 кВт. Ключевой усилитель той же мощности потребляет от сети не более 1,1 кВт. Ключевой режим облегчает охлаждение усилителей, уменьшает массу и размеры усилителя.
В усилителях ПВ "Днепр-К" используются блоки мощности УМК-0,5, действующие в линейно-импульсном режиме, что уменьшает нелинейные искажения. В устройстве "Днепр-К-0,5" таких блоков два, "Днепр-К-1,0" – три, "Днепр-К-1,5" – четыре, "Днер-К-2,5" – шесть, "Днепр-К-50" – 12. Число блоков в усилителях серии "Днепр-К" превышает необходимое, исходя из номинальной мощности.
Блоки действуют в облегченном режиме, что повышает их эксплуатационную надежность. При отказе одного из блоков остающиеся переходят в номинальный режим. При этом все параметры качества сохраняются неизменными. При аварии более чем одного блока автоматическое устройство анализирует обстановку и включает резисторы в цепь нагрузки, чтобы уменьшить отбираемую мощность. Другое автоматическое устройство предназначено для отключения от усилителя неисправного фидера при резком уменьшении его входного сопротивления, обрыве, заземлении одного из проводов, касании проводов линии электропередачи.
Разработан усилитель " Енисей-К-5,0" мощностью 5 кВт. В нем используется широтно-импульсная модуляция. В выходном каскаде применены мощные полевые транзисторы. На базе этой разработки предполагается выпускать и 10-киловаттные усилители.
Для стабилизации выходного напряжения при изменении сопротивления нагрузки во всех усилителях ПВ применяют отрицательную обратную связь до напряжению глубиной до 18...26 дБ.
Передатчики системы ТПВ. Использование городских сетей ПВ для передачи ВЧ сигналов связано с рядом трудностей. Они вызваны тем, что амплитудно-модулированные сигналы передаются по линиям, первоначально предназначенным для передачи только токов звуковой частоты.
Сеть ПВ содержит ряд элементов и устройств, обладающих распределенной и сосредоточенной нелинейностью. Распределенная нелинейность связана с изменением магнитной проницаемости материалов проводов при их намагничивании протекающим током. При изменении магнитной проницаемости изменяется величина индуктивности и, следовательно, параметры линии. Сосредоточенная нелинейность обусловлена в первую очередь наличием в тракте ПВ трансформаторов. Кроме того, в тракте имеется много контактов и соединений, качество которых в результате коррозии ухудшается, и их сопротивление зависит от величины протекающего тока.
Как указывалось выше, звуковые сигналы первого канала передаются высоким уровнем. Максимальный ток этого канала достигает в фидерных линиях 5 А. В то же время амплитуда номинального тока несущих высокочастотных каналов равна всего 0,1 А для РФ и 0,3 А для МФ. Поэтому возникает нежелательная (паразитная) модуляция токов высокой частоты током звуковой частоты. Иначе говоря, создается модулятор, в котором нелинейным элементом являются линии ПВ, модулирующим сигналом — сигналы первой программы, а несущей частотой – ВЧ сигналы второй и третьей программ. Возникает так называемая переходная помеха, уровень которой может достигать -30 дБ относительно уровня полезного сигнала при использовании стальных проводов и -40 дБ при использовании биметаллических проводов. Это намного превышает уровень помех, допускаемый существующими нормами. Особенно заметна переходная помеха в паузе вещательных программ второго и третьего каналов, когда она не маскируется сигналами программ.
В качестве метода снижения переходных помех в передатчике ТПВ используется регулирование уровня несущей частоты. В паузе сигнала по второй и третьей программам уровень несущей передатчика уменьшается в 10 раз, что приводит к пропорциональному уменьшению переходной помехи. При номинальном уровне сигнала передается номинальный уровень несущей, но в этом случае переходная помеха будет маскироваться сигналом программы.
Напряжение несущей (рис.9.12) с выхода синтезатора частоты СЧ (78 или 120 кГц) поступает на регулируемый УВЧ. Коэффициент усиления, а следовательно, уровень несущей на его выходе регулируется управляющим звеном (УЗ) и зависит от уровня сигнала программы на входе передатчика. В модуляторе (М) несущее колебание модулируется вещательным сигналом. Сформированный АМ сигнал усиливается усилителем модулированных колебаний (УМК).
Малое выходное сопротивление передатчика обеспечивается введением в УМК глубокой отрицательной обратной связи по напряжению. Это позволяет уменьшить влияние изменения нагрузки передатчика на режим его работы. Кроме того, уменьшается взаимное влияние передатчиков.
Приведенную структурную схему имел первый в стране передатчик типа УПТВ-200, который естественно давно снят с производства. Здесь же мы сочли возможным привести ее, так как устранение недостатков, которые выявились в процессе этого передатчика, легли в основу более современного передатчика ПТПВ 500/250..
К недостаткам описанной функциональной схемы следует отнести:
– возникновение перемодуляции в процессе нарастания уровня вещательного сигнала, так как соответствующее нарастание уровня несущей частоты относительно фронта вещательного сигнала происходит более медленно. Сделать время нарастания (и время спада) уровня несущей очень малым нельзя: это приведет к заметным на слух переходным процессам в приемнике;
– возникновение динамических искажений при модуляции с уменьшенным уровнем несущей;
– довольно значительную величину пульсаций огибающей (в управляющей цепи). Уменьшить пульсации увеличением времени разряда конденсатора управляющей цепи не удается, так как при этом огибающая не будет соответствовать реальному сигналу.
Эти недостатки устранены в передатчике ПТПВ 500/250 (рис. 9.13). Звуковой сигнал задерживается линией задержки (ЛЗ) на 5 мс. За это время напряжение несущей частоты возрастает до необходимой величины, что устраняет перемодуляцию. Модуляция осуществляется при номинальном уровне несущей частоты в балансном модуляторе (БМ). Как известно, на выходе БМ несущая отсутствует. Регулируемая несущая вводится после балансного модулятора.
С целью получения минимального коэффициента пульсации напряжения огибающей вещательного сигнала параллельно с основным выпрямителем управляющего звена (УЗ) работают еще два выпрямителя, сигналы на которые подаются с задержкой соответственно на 2,5 и 5,0 мс. Для устранения возможности возникновения перенапряжений имеется усилитель-ограничитель максимальных уровней (УО).
Аппаратура сельских узлов ПВ. Аппаратура автоматизированного узла проводного вещания ТУПВ-0,25Х2 (рис. 9.14) предназначена для сельских радиоузлов, расположенных в зоне приема МБ ЧМ станций.
Центральная и районные программы принимаются на МБ ЧМ (УКВ) приемника, которые выделяют две основные программы. С помощью декодера (Д) выделяются сигналы управления и дополнительных программ. Сигналы основных каналов и подканалов поступают на коммутатор источников программ (КИП), а сигналы управления – на автоматический переключатель каналов (АПК). Одновременно на КИП заводятся резервные программы: с радиоприемника, например, «Ишим» и от местной студии (микрофонного пункта). С помощью АПК производится дистанционная коммутация центральных, районных и резервных программ.
С КИП сигнал программы поступает на входы УЗЧ, усиливается и поступает на выходную распределительную панель (ВРП), где распределяется по фидерам. На ВРП расположены блоки локализации поврежденных фидеров, блок измерений линий и система переключения фидеров с усилителя на усилитель. Далее через блок линейной защиты (БЛЗ) фидеры выводятся со станции. На каждом проводе фидеров БЛЗ смонтированы плавкие предохранители с сигнализацией.
Для автоматизации радиоузлов, оборудованных усилителями УПВ-1,25, разработана аппаратура дистанционного управления' ДУЭТ-2. Устройство также может быть использовано для подачи программы и сигналов телеуправления на передатчики многопрограммного ПВ, а при наличии блока локальной автоматики А-600–на усилители ТУ-600. В состав устройства (рис. 9.15) входят приемник УКВ, приемник сигналов управления (ПСУ) и блок питания. Приемник ПСУ, как и АПК в ТУПВ-0,25х2, предназначен для расшифровки и исполнения сигналов телеуправления.
В городах и сельской местности в основном применяются воздушные линии. В сельской местности, особенно в безлесных районах, используются подземные кабельные линии. В некоторых случаях в городах строят воздушные кабельные линии, подвешенные на тросе. Для соединения воздушных линий, с оборудованием ОУС, УС и ТП, на переходах через железнодорожные пути, широкие улицы, реки, пруды применяются кабельные вставки. Провода воздушных линий в небольших городах и сельских населенных пунктах подвешиваются на опорах осветительной электросети и линий связи или на собственных опорах. В крупных городах провода МФ и РФ подвешиваются к стойкам, установленным на крышах зданий, а роль АЛ играет домовая проводка, скрытно располагаемая в виде стояков по лестничным клеткам. К домовой проводке присоединяют абонентскую квартирную проводку. Домовую сеть подключают к РФ через понижающие абонентские трансформаторы AT, укрепляемые обычно на стойках.
Материал и диаметр проводов выбирают, исходя из допустимого затухания и механической прочности. Применение находят стальная проволока (иногда оцинкованная) диаметром 3, 4 и 5 мм, Биметаллическая сталемедная и сталеалюминевая проволока тех же диаметров, многопроволочные сталеалюминевые провода (внутри повив стальных, а снаружи алюминиевых проводов) сечением по алюминию 10 или 16 мм2.
По согласованию с дирекциями электросетей допускается совместно подвешивать на общих опорах провода линий электропередач с напряжением не более 380 В (ЛЭП-0,4) и изолированные провода линий ПВ с номинальным напряжением не более 360 В, причем расстояние от нижнего провода ЛЭП до верхнего провода линии ПВ должно быть не менее 1,5 м. На линиях СТС разрешают подвешивать провода фидерных линий с напряжением не более 360 В, если линии СТС не имеют перехода на линии междугородной телефонной связи (МТС).
Для линий ПВ применяют однопарные кабели с пластмассовой изоляцией, медными или стальными жилами диаметром 0,8; 0,9; 1,2 мм (медь), 1,2; 1,8 мм (сталь). Для вводов в квартиры используются однопарные телефонные кабели с медными жилами диаметром 0,5 мм и стальными оцинкованными жилами диаметром 0,6 мм. Для организации внутри домов трехканальных НЧ сетей используются трехпарные кабели с жилами диаметром 0,5 мм (медь) и 0,6 мм (сталь).
С целью стандартизации оборудования ПВ приняты следующие номиналы напряжений сигналов 3В: на АЛ и домовой проводке – 30 В (в большей части районов Москвы 15 В), на воздушных и кабельных РФ –120 и 240 В, на сетях с длинными РФ – 120, 240, 360, 180, 680 и 960 В, на МФ – 480, 680, 960 В. Для высокочастотных каналов ТПВ используют напряжения: в начале МФ – 120 В, в начале РФ – 30 В, в АЛ – 0.25...3 В.
Частотные и нелинейные искажения и помехи в линиях проводного вещания. Линии ПВ в общем случае являются цепями с распределенными параметрами. Их свойства в значительной мере зависят от соотношения длины линии и длины волны. Волновые процессы приводят к заметным частотным искажениям. Меньшие, хотя тоже ощущаемые частотные искажения возникают даже в случае, когда длина линии значительно меньше длины волны. В этом случае искажения определяются не волновыми процессами, а зависимостью первичных параметров линии и сопротивления нагрузки от частоты.
Для коротких МФ и РФ, особенно мало загруженных, коэффициент передачи увеличивается в области частот 4...10 кГц. Это объясняется последовательным резонансом цепи, образованной индуктивностью проводов и распределенной емкостью между проводами. Если частотные искажения такого рода превышают допустимые, их уменьшают корректирующим шунтом, находящимся в конце линии. На воздушных линиях рекомендуется включать шунт, состоящий из последовательно соединенных конденсатора емкостью 0,1...0,2 мкФ и резистора с сопротивлением 300...1000 Ом. Параметры элементов уточняются при проведении измерений. На воздушных РФ, выполненных проводами из биметалла при длине более 4 км или стали при длине более 2 км, шунт состоит из последовательно включенных конденсатора емкостью 0,1...0,2 мкФ и резистора сопротивлением 1000...1500 Ом. Параметры шунта для линий, выполненных кабелем МРМПЭ, при длине более 1 км составляют 0,07...0,1 мкФ и 250...300 Ом.
В воздушных РФ длиной более 6 км возникает спад коэффициента передачи на верхних звуковых частотах. Чтобы уменьшить влияние распределенной емкости, на расстоянии 6 км от начала РФ включают понижающий трансформатор с п = 0,5. Пересчитанная в первичную обмотку емкость согласно правилу пересчета Z' = Z/n2 оказывается в 4 раза меньше и слабее шунтирует цепь. Номинальные напряжения первого и второго участков РФ будут соответственно 240 и 120 В, что следует учитывать при выборе AT для этих участков.
Радикальным средством уменьшения спада АЧХ на верхних частотах в кабельных линиях является их пупинизация.
Затухание и частотные искажения в линиях ПВ возрастают при наличии неоднородностей – кабельных вставок и отводов. Эти неоднородности особенно сказываются на передаче ВЧ сигналов. Для согласования цепей с разными волновыми сопротивлениями применяются цепочки с параллельной индуктивностью, компенсирующей емкость кабельной вставки, и высокочастотные автотрансформаторы, включаемые на обоих концах кабельной вставки.
Фазовые искажения в линиях, по которым передаются токи звуковых частот, невелики и не сказываются на восприятии монофонических сигналов. Особым образом частотные и фазовые искажения проявляются при передаче AM сигналов. В частотных полосах высокочастотных каналов ТПВ в результате изменений модуля и фазы коэффициента передачи нарушается симметрия частотных составляющих нижней и верхней боковых полос. При детектировании такого сигнала амплитудным детектором возникают нелинейные искажения, которые увеличиваются с расширением спектра сигнала и увеличением коэффициента модуляции. Эти искажения особенно велики в линиях с проводами из ферромагнитного материала, несколько меньше в биметаллических проводах и практически отсутствуют в кабельных линиях с медными или алюминиевыми жилами.
Нелинейные искажения огибающей AM сигналов в значительной степени обусловлены стоячими волнами. Узлы напряжения боковых частот смещены относительно узлов напряжения несущей частоты (рис. 9.15, а). В результате соотношение напряжений несущей и боковых частот оказываются нарушенными. Особенно большие нелинейные искажения возникают тех точках линии, в которых находятся узлы напряжения «несущей частоты (рис. 9.15,б). Они расположены через γ/2. Измеренные значения коэффициента гармоник на выходе детектора приемника ТПВ, включенного в эти точки, превышают 9 %. Для уменьшения нелинейных искажений, необходимо приблизить электрический режим линии ПВ к режиму бегущей волны. Это достигается путем включения в конце линии шунта, сопротивление которого Rш близко к модулю эквивалентного волнового сопротивления линии Z’в. Конденсатор Сш емкостью 0,02 мкФ необходим для того, чтобы резистор не потреблял значительной мощности звуковых частот. Пусть, например, в конце РФ напряжение звуковой частоты составит 200 В, а сопротивление Rш = 600 Ом. Тогда Р = 2002/600 ≈ 70 Вт.
Различие коэффициентов передачи и фазовые сдвиги между высокочастотными каналами ТПВ ухудшают локализацию КИЗ в системах СПВ. Различия коэффициентов передачи легко скомпенсировать установочными регуляторами уровня РУ приёмников ТПВ, уменьшить же фазовые сдвиги между сигналами передаваемыми по разным каналам, простыми способами невозможно. Это еще один довод в пользу систем СПВ, занимающих один частотный канал.
Линии ПВ практически не подвержены действию внешних помех. Однако нелинейность стальных проводов (в некоторой степени и биметаллических) приводит к появлению мультипликативной помехи от канала звуковых частот. Природа этой помехи такова. В ферромагнитных материалах магнитная индукция В = μ Н нелинейно зависит от Н, следовательно, и от величины тока. Положим для упрощения, что намагничивание идет по начальной кривой (рис. 9.16,а). Относительная магнитная проницаемость μ при увеличении Н сперва нарастает, затем на некотором участке остается постоянной и по мере приближения к насыщению снова убывает, причем μ не зависит от знака Н и потому совершает два периода изменения за период изменения Н.
Ток, текущий по проводам линии, является суммой токов во всех трех каналах I1, I2, I3 (рис. 9.16,б), но так как I1 >> I2 + I3. то можно считать, что изменения μ определяются изменениями I1. Первичные километрические параметры R и L сложным образом зависят от μ. Поэтому сопротивление проводов Z= R + iwL является функцией второй гармоники I1. Итак, токи I2 и I3 испытывают параметрическую модуляцию. В результате возникает переходная помеха. На линии со стальными проводами уровень переходной помехи достигает –30 дБ, а с биметаллическими проводами – 40.. .50 дБ. На линиях с медными или алюминиевыми проводами переходная помеха не возникает. Средством борьбы с переходной помехой является снижение уровня несущей ВЧ каналов при малых уровнях и в паузах сигналов, передаваемых по этим каналам, поскольку напряжение переходной помехи пропорционально напряжению несущей.
Линии ТПВ сами могут явиться источником помех радиоприему. Частоты 78 и 120 кГц лежат вне радиовещательных диапазонов, но вторая и третья гармоники этих частот – 156, 234, 240 кГц лежат в пределах диапазона КМВ. Чтобы исключить эти помехи, прибегают к подавлению гармоник на выходе передатчиков ТПВ и симметрированию воздушных линий. При симметрии линий излучение невелико (400 мкВ/м вблизи МФ, 100 мкВ/м вблизи РФ). Но при резкой асимметрии, вызванной заземлением одного из проводов, напряженность поля, как показали измерения, возрастает в 10 раз.
Излучение кабельных линий, используемых в диапазоне КМВ 150... 340 кГц, практически исключено, но возможно воздействие на домовые сети систем МПВ-Т излучения мощных РВ станций. Оно проявляется в виде интерференционных свистов между несущими этих станций и несущими системы МПВ-Т. Чтобы устранить данную помеху, в Москве пришлось несколько сместить несущую одного из каналов системы МПВ-Т.
Оконечными звеньями трактов ПВ являются абонентские устройства (АУ). Абонентские устройства бывают одно- и многопрограммными. Первые представляют собой сочетание головки громкоговорителя, понижающего трансформатора и регулятора громкости, помещенных в общий футляр, вторые подобны простому радиоприемнику прямого усиления с фиксированной настройкой на несколько частотных полос.
Схема однопрограммного АУ изображена на рис. 9.17,а, его эквивалентная схема – на рис. 9.23,б. Электродинамическая головка громкоговорителя имеет сопротивление несколько единиц омов (чаще всего 4 Ом) при номинальной мощности 0,15...0,2 Вт. При этом к звуковой катушке подводится напряжение порядка 1 В. При мощности в доли ватта и напряжении в АЛ 15 или 30 В коэффициент трансформации будет равным сотым долям.
Например, приняв входное сопротивление АУ равным 4000 Ом, получим:
n = 
= 
= 
= 0,03.
Если резистор регулятора громкости (РГ) включен в цепь последовательно (реостатом), его сопротивление выбирают обычно на порядок больше Zвх, т.е. примерно 50 кОм.
При многоканальной передаче сигналов ПВ токами звуковых частот в АУ добавляют переключатель каналов П (рис. 9.16,б).
Абонентские устройства многопрограммных высокочастотных систем ПВ содержат ПФ по числу образованных каналов, УВЧ, детектор, УЗЧ и громкоговоритель Гр.
Система ТПВ является комбинацией низкочастотной и высокочастотной систем ПВ, причем сигналы звуковых частот подаются сравнительно высоким уровнем, а сигналы ВЧ – более низким уровнем. Поэтому структурная схема АУ имеет вид, представленный на рис. 9.18. В нее входят переключаемые ПФ-78 и ПФ-120, УВЧ, детектор Д, УЗЧ, блок питания (выпрямитель) БП. Получить желаемую кривую избирательности на столь низких частотах трудно. Пришлось применить сложные трехконтурные системы. Делитель напряжения (Дел) служит для того, чтобы подать на вход УЗЧ напряжение сигнала первого канала, соизмеримое с напряжением, получаемым после детектора для сигналов второго и третьего каналов. При отсутствии напряжения в электросети громкоговоритель с помощью переключателя П2 подсоединяется непосредственно ко входу АУ.
Наряду с индивидуальными применяют групповые (коллективные) приемные устройства ТПВ. Групповое устройство содержит два приемника и усилители с выходной мощностью несколько десятков ватт. Сигналы программ распределяются по трехпарной сети, а абонентские устройства содержат переключатель каналов (рис. 9.18). Групповые устройства устанавливают в больницах, гостиницах, общежитиях. Каждый приемник группового устройства (рис. 9.19) содержит ПФ, УВЧ, детектор (в последних моделях синхронный СД, что облегчило требования к избирательности ПФ), ФВЧ, предварительный ПУ и оконечный ОУ усилители. Для поддержания постоянства уровня при изменении нагрузки и затухания линии служит автоматический регулятор уровня АРУ.
В управляющую цепь АРУ входят сумматор сигналов со входа и выхода ОУ, выпрямитель В и интегрирующая цепь И. Время установления АРУ выбрано равным 20 мс, время восстановления – несколько минут. При изменении входного уровня на 10...14 дБ уровень на выходе ОУ изменяется не более чем на 3...4 дБ.
Жизнь современного общества невозможна без массового оповещения о надвигающихся стихийных бедствиях, катастрофах, крупных транспортных и промышленных авариях, непредсказуемых действиях маньяков, наконец, о надвигающейся военной угрозе. Исторически для оповещения населения во время войн и стихийных бедствий использовались различные средства: огонь или дым костров, колокольный звон , гудки паровоза (заводские гудки) и др.
Необходимость в массовом оповещении населения страны, региона, города, района города или какого-либо микрорайона обуславливается событиями и, соответственно, задачами оповещения. Сформулируем требования к системам массового оповещения:
Системы оповещения – самые массовые системы, поэтому особое внимание приходится обращать на их стоимость, простоту и затраты на обслуживание.
Постоянная готовность узлов и сетей ПВ к передаче позволила организовать на их базе различные системы оповещения населения. Могут возникать аварийные ситуации: ураганы, наводнения, аварии на промышленных предприятиях и гидротехнических сооружениях, прорывы нефте- и газопроводов. В зависимости от обстоятельств информацию о них передают либо по всей сети, либо по ее отдельным участкам, в районах, которым угрожает опасность.
По сетям ПВ передается и другая информация общего или служебного назначения. Циркулярное оповещение определенных групп абонентов производят в форме речевого сообщения или тональных сигналов определенного звучания. Передача служебной речевой информации осуществляется методом амплитудной модуляции несущей частоты, например 20 кГц. Высшая модулирующая частота составляет 3 кГц, что обеспечивает качество, примерно соответствующее телефонному каналу. Прохождение сигналов в полосе 20±3 кГц определяется тем, что АЧХ усилителей и линий ПВ простирается далеко за пределы частоты 10 кГц, нормированной для канала звуковой частоты.
Примерная структурная схема передающей части системы изображена на рис. 9.21. В нее входят пульты арендаторов ПА, установленные у арендаторов системы, аппаратура подключения АП, находящаяся на ЦСПВ и передатчики Пер, расположенные на ОУС. Пульт арендатора служит для подключения аппаратуры оповещения, подачи сигнала вызова, передачи речевого сообщения и выключения аппаратуры оповещения. Сигнал вызова образован последовательностью тональных посылок.
Приемник речевых сигналов системы оповещения (рис. 9.22) собран на основе типового приемника ТПВ и питается от его выпрямителя. Вход приемника сигналов оповещения подключен параллельно входу приемника ТПВ. В приемнике сигналов оповещения имеются: ПФ, УВЧ, детектор речевого сигнала ДРС, амплитудный детектор для выделения вызывного сигнала ДВС, резонансный усилитель вызывного сигнала УВС, контур К, настроенный на несущую частоту системы, два выпрямителя B1 и В2 и обмотки двух исполнительных реле P1 и Р2. При одновременном срабатывании двух реле их контакты переключают вход УЗЧ приемника ТПВ на выход ДРС. Исполнительное устройство выполнено таким образом, что при прекращении поступления выпрямленного напряжения несущей частоты 20 кГц более чем на 0,3 с контакты реле отпускают, и устройство возвращается в исходное состояние, т.е. приемник ТПВ переключается на прием сигналов программ 3В.
Иные системы циркулярного вызова, не предназначенные для передачи речевой информации, действуют в диапазонах частот 13...14 и 15...16 кГц. В каждой из этих полос организуются до 14 служебных каналов. По каждому передаются три различных по звучанию информационных сигнала, которые представляют собой комбинацию постоянного и прерывистого тонов неизменной высоты и тон периодически меняющейся частоты ("воющий" тон). Обеспечивается одновременная передача сигналов вызова по двум разным частотным каналам, относящимся к различным частотным диапазонам. Передача сигналов по каналам, относящимся к одному частотному диапазону, производится поочередно.
К системам передачи дополнительной информации относится и система, предназначенная для включения уличных громкоговорителей и носящая название АВУД (аппаратура включения уличных динамиков). Сигналы включения и выключения передаются импульсами разной "скважности" – 0,2 и 0,8. Частота заполнения импульсов 5 кГц. В исполнительных устройствах, находящихся у громкоговорителей, имеются две интегрирующих цепи, по-разному реагирующих на изменение "скважности" управляющих сигналов. После поступления сигнала управления срабатывает реле и удерживается в заданном положении собственным магнитным полем до поступления сигнала противоположного значения. Управление происходит по той же цепи, по которой осуществляется подача сигнала 3В или сигнала оповещения о тревоге.
Аппаратура включения уличных громкоговорителей (АВУГ) разработана взамен АВУД и является более совершенной. В ней для уменьшения вероятности ложных срабатываний кроме ПФ, выделяющего частоту 5 кГц, предусмотрено устройство запрета срабатывания при наличии составляющих сигналов 3В вне полосы пропускания ПФ. Кроме того, добавлен фильтр для подавления сигналов 2-го и 3-го каналов системы МПВ.
