5. Устройства автоматической регулировки усиления.

Устройства автоматической регулировки усиления (АРУ) предназначены для поддержания постоянным остаточное затухание каналов и обеспечения неизменной в заданных пределах диаграммы уровней линейного тракта системы передачи.

Остаточное затухание канала и уровни в точках приема и передачи аппаратуры могут изменяться вследствие увеличения или уменьшения затухания участков кабеля, которое происходит из-за изменения температуры грунта на глубине прокладки кабеля. На рисунке 3.3 приведены зависмости затухания участка от частоты при средней t_ср, максимальной Т и минимальной t температурах грунта.

Рисунок 3.3 - Графики зависмости затухания участка от частоты

В усилительных пунктах, размещаемых на магистрали, реализуются так называемые установочные усиления S_уст, которые компенсируют затухания участка при средней температуре грунта t_ср. Диаграмма уровней на двух усилительных участках У_СУ_Ч для температуры t_ср приведена на рисунке 3.4 (сплошная линия). В этом случае уровни передачи на выходе усилительных пунктов будут равны номинальному значению.

Рисунок 3.4 - Диаграмма уровней на двух усилительных участках

С увеличением температуры грунта до максимального значения Т затухание усилительных участков возрастает и уровень сигнала, приходящего на вход усилителя, уменьшится. При неизменном усилении S_ycт уровень передачи на выходе первой ПС будет ниже номинального. Уровень приема на входе второй ПС будет меньше, чем на входе первой. Это приведет к увеличению некомпенсированного значения затухания, а значит, и к возрастанию остаточного затухания канала. Кроме того, снижение уровня приема будет приводить к уменьшению разности между уровнем сигнала и уровнем помех, определяющей качество организуемых каналов. Уменьшение величины приведет к увеличению уровня помех в каналах.

Со снижением температуры грунта до минимального значения t затухание кабельных участков уменьшается. При том же значении усиления усилителей S_ycт уровни передачи на выходе первой и второй ПС будут превышать номинальное значение. Усиление в канале увеличится, что вызовет уменьшение остаточного затухания и может привести к генерации канала. Кроме того, увеличение уровней передачи может вызвать перегрузку групповых усилителей и привести к росту помех нелинейного происхождения в каналах. Таким образом, усиление усилителей необходимо регулировать в соответствии с изменением затухания участков, соответственно увеличивая его с ростом затухания и уменьшая при его снижении. Это будет способствовать поддержанию остаточного затухания организуемых каналов постоянным.

С увеличением температуры грунта происходит не только возрастание затухания участка, но и изменяются наклон и кривизна его характеристики (см. рисунок 3.3). Таким образом, устройство АРУ должно иметь регуляторы, компенсирующие плоскую, наклонную и криволинейную составляющие изменения затухания. Так как наибольшее значение изменения затухания будет на верхней частоте , то и плоскую регулировку устройства АРУ целесообразно выполнять на верхней частоте линейного спектра. Для выполнения наклонной регулировки необходимо сравнивать затухание участка на верхней и нижней частотах. Криволинейная регулировка осуществляется на средней частоте линейного спектра.

Для работы устройств АРУ в линейный тракт с оконечной станции передаются токи контрольных частот от специального генератора ГКЧ. Значения уровней и частот контрольных токов должны быть стабильными во времени, во избежание ложной регулировки устройств АРУ. Например, в системе передачи К-60П для плоской регулировки выбирается частота 248 кГц, для наклонной — 16 кГц, а для криволинейной — 112 кГц. Уровни передаваемых токов контрольных частот устанавливаются на 15—20 дБ ниже номинального уровня передачи измерительного сигнала. Это обусловлено необходимостью исключить перегрузку групповых усилителей постоянно передаваемыми токами КЧ.

Рассмотрим принцип работы АРУ с плоской регулировкой (рисунок 3.5).

Рисунок 3.5 – Структурная схема АРУ с плоской регулировкой

Вследствие изменения затухания участка изменяется и уровень мощности контрольного тока частотой 248 кГц , поступающего с выхода линейного усилителя ЛУс на приемник контрольного канала ПКК. После прохождения через узкополосный фильтр и усиления в усилителе контрольный ток выпрямляется и поступает на схему сравнения СС. В ней выпрямленный ток сигнала КЧ сравнивается со значением опорного (эталонного) тока. В случае их несоответствия изменяется параметр регулирующего элемента РЭ, который вызывает изменение затухания регулятора Per на одинаковое значение во всем диапазоне частот. Указанный регулятор включается в петлю отрицательной обратной связи усилителя ЛУс и изменяет ее глубину. Происходит изменение усиления ЛУс также на одинаковое значение во всей полосе передаваемых частот. Таким образом, выполняется плоская регулировка усиления вследствие работы АРУ.

Структурная схема усилителя с трехчастотной АРУ приведена на рисунке 3.6, диаграмма уровней для кабельной линии передачи с усилителями, оборудованными трехчастотной АРУ— на рисунке 3.7.

Рисунок 3.6 - Структурная схема усилителя с трехчастотной АРУ

Рисунок 3.7 - Диаграмма уровней для кабельной линии передачи с усилителями, оборудованными трехчастотной АРУ

Усиление усилителей при минимальной и максимальной температурах грунта компенсирует затухание участков УсУч. Разность между уровнем приема и уровнем помех, определяющая качество организуемых каналов связи и влияющая на значение напряжения помех, не будет уменьшаться. Превышения номинального значения уровня передачи на выходе ПС не будет . Таким образом, трехчастотная АРУ будет поддерживать остаточное затухание канала постоянным и диаграмму уровней на магистрали связи неизменной. Однако установка трехчастотной АРУ на каждой помехоустойчивой станции экономически невыгодна из- за ее большой стоимости. Она размещается в обслуживаемом усилительном пункте (ОУП) через 500—600 км или при организации выделения каналов. Двухчастотные АРУ (без криволинейных регуляторов) устанавливаются на ОУП через 250—300 км.

В необслуживаемом усилительном пункте (НУП) размещаются усилители с температурным АРУ (Т-АРУ). На расстоянии 10—12 м от НУП на глубине прокладки кабеля закапывается термодатчик, представляющий собой терморезистор TP . В зависимости от температуры грунта происходит изменение сопротивления терморезистора, что приводит к изменению затухания регулирующего элемента в цепи ООС и усиления ЛУс. Температурные АРУ гораздо дешевле частотных. Однако они обладают большей погрешностью. Таким образом, Т-АРУ выполняют грубую регулировку, облегчая условия работы АРУ по токам КЧ. В системе передачи К-60Т НУП оборудуется устройством АРУ по току контрольной частоты 248 кГц, осуществляющим плоско-наклонную регулировку. Это позволило при незначительном увеличении стоимости НУП существенно повысить точность регулировки диаграммы уровней на магистралях большой протяженности и обеспечить стабильность остаточного затухания организуемых каналов связи.