50Представляем приборы

предыдущая статья | оглавление | в архив | следующая статья



Методика настройки канальных и широкополосных усилителей


А. Бителева Теле-Спутник - 10(36) Октябрь 1998 г.


При построении и наладке приемных систем любой сложности часто возникают проблемы, решаемые методом проб и ошибок. От ошибок же может застраховать опыт, в том числе и чужой. Приведенный ниже материал является изложением рекомендаций по настройке усилителей на соседних каналах, выработанных инженерами испанской фирмы Televes на основе практического тестирования.



Несмотря на то, что тесты проводились с конкретными моделями усилителей, предлагаемая методика исследования и рекомендации приложимы для усилителей другого типа, а также для канальных процессоров, совмещающих функции конвертации и усиления.

1. Однополосная VSB (Vestigial SideBand) модуляция



При амплитудной модуляции частоты канала телевизионным сигналом образуются две боковые полосы, каждая из которых содержит информацию, необходимую для восстановления первоначального сигнала (рис. 1). Поэтому в современных головных станциях для сужения частотной полосы, занимаемой одним каналом, подавляется одна из полос. В таких станциях могут использоваться модуляторы соседних каналов. При этом подавленная полоса пересекается с полезным сигналом соседнего канала. В связи с этим разница между уровнем полезного сигнала и уровнем подавленной полосы соседнего канала должна быть достаточной, чтобы их интерференция не оказывала влияния на качество изображения. Практика показывает, что разница должна быть не меньше 42 дБ.

Необходимая величина гарантирована при соблюдении двух условий:

  1. Уровень выходных сигналов усилителей соседних каналов должен быть одинаков;
  2. Канальные усилители должны работать в линейной зоне своей вольтамперной характеристики.



Необходимость выполнения первого условия иллюстрируется рис. 2. Если уровень выходного сигнала усилителя канала А будет ниже, чем канала Б, например, на 12 дБ, то разница между полезным сигналом канала А и подавленной нижней полосой канала Б составит 40 дБ, что недопустимо мало.

Второе условие связано с тем, что за пределами линейной зоны работы усилителя в спектре сигнала возникают дополнительные гармоники, увеличивающие уровень помех как в своем, так и в соседних каналах.

Процесс усиления сигнала в канальном процессоре иллюстрируется рис. 3. Сверху схематически изображен спектр телевизионного сигнала после его переноса в полосу выходного канала, причем переносится не сам сигнал, а промодулированная им промежуточная частота 38.9 МГц, с подавленной верхней полосой выходного сигнала. Снизу изображена АЧХ усилителя, на который попадает проконвертированный сигнал. Усиливая полезный сигнал, усилитель относительно ослабляет все ненужные составляющие — верхняя полоса выходного сигнала конвертора ослабляется на 100 дБ, частота гетеродина конвертора — на 60 дБ, а верхняя полоса, полученная после модулятора ПЧ, — на 55 дБ, то есть на величину, гарантирующую отсутствие видимой интерференции с соседним каналом.



Многочисленные тесты показали, что режим полной линейности усилителя, как правило, соблюдается в том случае, если максимальный уровень его выходного сигнала на 4 дБ ниже указанного в каталоге.

Разумеется, опыт и умение наладчика подскажут ему, насколько нужно увеличить или уменьшить эту величину в зависимости от конкретной установки и типа используемых усилителей.

2. Как объединять усилители соседних каналов с помощью петлевого соединения



При петлевом соединении усилителей соседних каналов могут возникнуть проблемы, связанные с интермодуляционными искажениями, присутствующими в реальных усилителях. В результате их действия на концах спектра выходного сигнала появляются частотные хвосты, создающие помехи на соседних каналах.

При соединении усилителей каналов метрового диапазона межканальной интерференции удается избежать, используя конфигурацию, приведенную на рис. 4. В этом случае хорошая развязка входов сумматора, составляющая 20 дБ, обеспечивает электрическую изоляцию соседних каналов.



В рассматриваемом примере один выход каждой цепочки заканчивается нагрузкой 75 Ом. Выравнивание уровней каналов на выходе цепочки представляет для подобной конфигурации достаточно простую задачу. В таких коротких соединениях после выравнивания сигнала на одном конце разница уровней на другом конце оказывается пренебрежимо малой, и можно использовать оба выхода — достаточно только добавить еще один сумматор.

При увеличении числа канальных усилителей в цепочке уровни сигналов на обоих концах приходится подбирать путем компромисса.

При петлевом соединении каналов ДМВ диапазона следует оставлять промежуток в два канала. В этом случае соседние каналы распределяются по трем цепочкам усилителей, которые объединяются трехвходовым сумматором (рис. 5).



Схемы, включающие канальные усилители МВ и ДМВ диапазонов, рекомендуется строить по тому же принципу.

При отладке первостепенно важно контролировать соответствие выходного уровня каждого канального усилителя выходным уровням усилителей предыдущего и последующего каналов. Очень важно постараться максимально уравнять соседние каналы.

С другой стороны, при настройке канальных усилителей следует учитывать неравномерность затухания разных частотных составляющих сигнала при его распространении по распределительному кабелю. На рис. 6 показана зависимость выходного уровня сигнала усилителей от частоты канала, которую следует соблюдать для компенсации неравномерности затухания. При условии, что выходные уровни всех усилителей не превышают допустимый, требуемые различия в уровнях сигнала не будут приводить к их интерференции.

3. Как петлевое соединение канальных усилителей сказывается на выходном уровне головной станции



Оценить влияние петлевого соединения действительно достаточно трудно.

При настройке головной станции часто возникают вопросы следующего порядка:

  • каково максимальное различие в уровнях сигналов на выходе соединения, если они были уравнены на другом выходе?
  • насколько снизится уровень групповой сигнал ДМВ каналов при его проходе через петлевое соединение усилителей МВ диапазона?
  • сколько канальных усилителей может объединять одно петлевое соединение?
  • что произойдет, если добавить несколько усилителей к существующей схеме?



К сожалению определенного ответа на эти вопросы дать нельзя, так как все зависит от конкретной конфигурации схемы.

Для поиска ответов на перечисленные вопросы в лаборатории Televes были проведены практические исследования для различных конфигураций петлевых соединений канальных усилителей серии Т 93.

Серия опытов проводилась с петлевыми соединениями усилителей, сигналы которых выравнивались на одном конце, после чего определялась максимальная разница уровней сигнала на невыровненном конце (рис. 7). В другой серии, выровненный конец подключался к различным петлевым соединениям усилителей каналов другого диапазона, и определялся максимальный разброс выровненного сигнала после прохода сквозь это соединение.

Результаты этих опытов систематизированы в табл. 1.

Таблица 1
Число усилителей в первой цепочкеЧастотный диапазонМакс. разница сигналов на невыровненном конце (дБ)Число усилителей во второй цепочкеЧастотный диапазон Макс. ослабление сигналов первой цепочки (дБ)
4 МВ1.5 7 ДМВ1
7МВ 24ДМВ2
7МВ27ДМВ2.5
7ДМВ2 10МВ4
10МВ?7ДМВ4

 

Для исследования ослабляющего действия петлевых соединений канальных усилителей ДМВ диапазона собирались схемы, аналогичные изображенной на рис. 8, но с разной длиной петлевых цепочек. Сигналы выравнивались на выходе S2, и определялась максимальная разница уровней на выходе S1.

Результаты приведены в табл. 2.

 

Таблица 2
Число усилителей в петлевом соединении Макс. разница сигналов на выходе S1
32.5
53.5
74

 

Обобщая результаты испытаний, инженеры Televes дают три рекомендации для определения допустимого уровня выходных сигналов усилителей:

  • При соединении соседних каналов выходной уровень головной станции должен быть уменьшен на 4 дБ;
  • Значение, полученное с учетом п.1, должно быть уменьшено на величину максимальной разницы в уровне сигналов, которая зависит от конкретной конфигурации системы. Реальная разница может быть определена только приблизительно, поэтому при расчетах надо ориентироваться на худший случай.
  • При определении уровня выходного сигнала головной станции надо использовать минимальное значение из полученных при расчетах уровней выходных сигналов для разных составляющих станции.

Использование приведенных рекомендаций можно пояснить на примере расчета схемы, изображенной на рис. 9.

Система состоит из трех петлевых цепочек, включающих усилители МВ и ДМВ каналов.

Максимальный уровень сигнала на выходе S0 будет равен максимальному уровню на выходе любой их трех петлевых цепочек (они однотипны), уменьшенному на потери сумматора, которые приблизительно составляют 8 дБ. Для определения максимального уровня сигнала, на выходе любой из цепочек следует руководствоваться следующими соображениями:

  • Использованные в схеме канальные усилители серии Т93 имеют максимальный выходной уровень 125 дБмкВ.
  • Так как в схеме присутствуют соседние каналы, то величина выходного сигнала должна быть уменьшена на 4 дБ.
  • Каждое из трех петлевых соединений содержит как МВ, так и ДМВ каналы. МВ каналы дополнительно ослабляются, проходя через ДМВ цепочку.

В связи с этим, следует сперва определить максимальный уровень в точке А, рассматривая 3 ДМВ усилителя как отдельный блок. Затем, отдельно взяв МВ усилители, определить максимальный уровень в точке В. Следует также учесть, что сигнал МВ каналов дополнительно ослабляется при проходе через ДМВ цепочку.

Расчет выходного уровня ДМВ сигнала:

  • номинальный уровень выходного сигнала усилителей Т93 — 25 дБ;
  • снижение уровня в связи с наличием соседних каналов — 4 дБ;
  • потери в петлевом соединении (см. табл.1) — не больше 2 дБ.

Результат: 125 дБмкВ — 4 дБ — 2 дБ =119 дБмкВ.

Расчет выходного уровня МВ сигнала:

  • номинальный уровень выходного сигнала усилителей Т93 — 25 дБ;
  • снижение уровня в связи с наличием соседних каналов — 4дБ;
  • потери в МВ петлевом соединении (см. табл. 1) — не больше 1.5 дБ;
  • потери при проходе через ДМВ цепочку (см. табл. 1) — не больше 1 дБ.

Результат: 125 дБмкВ — 4 дБ — 1.5 дБ — 1 дБ = 118.5 дБмкВ. Его можно округлить до 118 дБмкВ.

Из двух полученных результатов для дальнейшего расчета следует использовать меньший, то есть 118 дБмкВ. Для определения уровня сигнала на выходе S0 cледует из этой величины вычесть потери в сумматоре:

118 дбмкВ — 8 дБ = 110 дБмкВ.

4. Усиление соседних каналов с помощью широкополосного усилителя

Выходной уровень широкополосного усилителя определяется по формуле:

Vвых. = Vвых.макс. — 7.5 log (n-1),

где:

Vвых. — ожидаемый уровень выходного сигнала усилителя;

Vвых.макс. — номинальный уровень выходного сигнала усилителя;

n — число усиливаемых каналов.

На практике Vвых. зависит от двух факторов:

  1. Так же как при использовании канальных усилителей объединение соседних каналов требует снижения номинального уровня на 4 дБ.
  2. При фабричном определении номинального выходного уровня на вход подаются идеальные сигналы. На практике, они идеалу не соответствуют, особенно если они поступают с выхода модулятора. В связи с этим выходной уровень должен быть дополнительно снижен по крайней мере на 5 дБ.

Ниже, в качестве примера, приведен расчет реально достижимой величины выходного сигнала широкополосного усилителя с номинальным выходным уровнем 126 дБмкВ для случая усиления 60 каналов.

Vвых. =126дБмкВ — 7 log (60-1) — 4дБ — 5дБ = 103 дБмкВ

Заключительные рекомендации

  1. В усилителях, как канальных, так и широкополосных, рекомендуется устанавливать минимально возможный уровень выходного сигнала.
  2. Следует помнить о существенном влиянии 2-3 дБ при приближении к величине Vвых.макс. на уровень кроссмодуляции.
  3. Не следует забывать о точности измерительного оборудования. Так, если погрешность измерения составляет ±2 дБ, то 2 дБ должны быть отняты от расчетного результата реально достижимого уровня выходного сигнала.


 
Теле-Спутник Октябрь 1998
наверх
 



Уважаемые посетители!
В связи с полной реконструкцией Архива, возможны ситуации, когда текст будет выводиться не полностью или неправильно (отсутсвие статей в некоторых номерах это не ошибка). Если заметите какие-то ошибки, то, пожалуйста, сообщите нам о них. Для связи можете воспользоваться специальной формой:

Номер журнала: *
Страница: *
Дополнительные сведения: *
Желательно четко опишите замеченную проблему - это поможет быстрее ее решить.
Мы не отвечаем на вопросы! Их следует задавать на нашем форуме!
Антиспам: * Нажмите мышкой на синий квадрат:


Поля, помеченные звездочкой (*)
обязательны для заполнения





Новый сайт