Мощность шума на выходе

Р_{ш. вых.}=Р_теп.NK.

Переходя от логарифмической характеристики n K N, найдем N=10^0,1n=10^0,77=5,5.

Р_{ш. вых.}=1,28 10^-17 5,5 50=3,5 10^-3 пВт.

3. Проверим соответствие величины полученной мощности собственных помех предельно допустимым. В условиях города наиболее типичной ситуацией является такая, когда абоненты связываются через две или три АТС (рисунок 2.4).

Абонент 1

L

Абонент 1

АТС 1

АТС 2

Рисунок 2.4

Для участка Абонент 1 – АТС мощность шумов составляет 3,310^-3 nВт. На участке АТС 1- АТС 2 коэффициент усиления усилителя АТС 2 в зависимости от расстояния L может равняться от 15 до 35 дБ. Повторяя вычисления n 2 этой задачи получим:

Р_{ш. вых 2.}=1,2310^-175,53160=0,22 пВт.

Норма для участка составляет 400-800 nВт, из них на долю собственных шумов приходится ¼ часть, т.е. 100-200 nВт.

Эта величина существенно больше, чем

Р_{ш. вых 1} + Р_{ш. вых 2.}=0,22 nВт+ 3,5 10^-3 nВт.

Практическое занятие № 3 Тема: Коррекция искажений в линейных трактах аналоговых систем передачи

Общие сведения:

Многоканальные аналоговые системы передачи (АСП) строятся преимущественно по технологии частотного разделения каналов (ЧРК).

Системы с ЧРК нуждаются в коррекции, так как в линейном тракте присутствуют частотные искажения, которые возникают из-за нелинейности АЧХ и ФЧХ тракта. В АСП наиболее сильное влияние на прохождение сигнала оказывают искажения АЧХ (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 - АЧХ идеального (а) и реального (б) тракта АСП

На этом рисунке К_Р - коэффициент передачи по мощности.

Для компенсации искажений АЧХ (их также называют линейными искажениями) применяют корректоры трех видов:

1. Плоский регулятор;

2. Наклонный регулятор;

3. Криволинейный регулятор.

Характеристики этих регуляторов приведены на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 - Затухания вносимые в тракт АСП плоским (1),

наклонным (2) и криволинейным (3) корректорами

Основные способы включены амплитудных корректоров АЧХ (рисунок 3.3) на входе усилителя (а) и в цепи отрицательной обратной связи (б) и их комбинация.

Рисунок 3.3 - Способы включения корректоров

В первой схеме ухудшается защищенность системы по отношению к помехам. Во второй наличие частотно-зависимой обратной связи может привести к самовозбуждению, поэтому перепад затухания (усиления) в корректоре не должен превышать 15-20 дБ.

Одной из важнейших характеристик АСП является их защищенность от шумов:

,

где Р_СИГ, Р_ПОМ – средняя мощность сигнала и помехи, а р_С и р_П – их уровни.

Включение корректоров влияет на защищенность АСП, поэтому целью данного практического занятия является исследование АЗС с различными способами включения корректоров.

Задачи:

Задача1. Сравнить по защищенности усилительные участки АСП на базе коаксиальной кабельной цепи с корректором на входе и с корректором в цепи обратной связи, если заданы следующие параметры:

Длина участка L = 8 км,

Частотный диапазон: f₁= 0,8 МГц, f₂= 1,6 МГц,

Коэффициент шума усилителя N = 10,

Коэффициент затухания линии на частоте 1 МГц  = 4 дБ,

Затухание корректора на частоте f₂ A_K (f₂) = -2 дБ,

Уровень сигнала на входе линии р_вх=0 дБмО.

Примечание: при выполнении задания считать:

• затухание в линии рассчитывается по формуле:

А_л = _ L(км);

- уровень сигнала на входе и выходе участка АСП должны быть одинаковы.

Решение:

1.Схема с корректором на входе:

1.1. Рассчитываем остаточное затухание на выходе линии на крайних частотах диапазона:

Коэффициент затухания

(f₁) = ₁ = 3,58 дБ/км,

(f₂) = ₂ = 5,06 дБ/км,

А_л (f₁)= (f₁)·L = 28,6дБ,

А_л (f₂)= (f₂)·L = 40,5дБ.

Таким образом, если учесть, что в точке относительного нулевого уровня р=0 дБмо, уровни сигнала на входе корректора будут:

р_{к вх} (f₁) = р_вх – А_л (f₁) = 0 – 28,6 дБ = -28,6 дБмо,

р_{к вх} (f₂) = -40,5 дБмо.

1.2. Уровень сигнала на выходе корректора:

р_{к вых} (f₂) = р_{к вх} (f₂)+ А_к (f₂) =-42,5 дБмо.

Для соблюдения условий коррекции уровни сигнала на всех частотах должны быть одинаковыми. Поэтому:

р_{к вых} (f₁) = р_{к вых} (f₂) = - 42,5 дБмо.

1.3. Рассчитываем мощность шумов на входе корректора, считая линию пассивным элементом. В этом случае шумы будут только тепловыми:

Р_{ш кор} = кТ f = 1,38 ·10^-23 · 300 град К · 0,8 · 10⁶ Гц = 3,31· 10^-15 Вт.

Уровень шумов:

р_{ш кор} = 10 lg р_{ш кор} = - 144,7 дБ = - 114,7 дБмО.

1.4. Уровень шумов на выходе корректора будет увеличен за счет дробовых шумов усилителя. Эти шумы рассчитываются через коэффициент шума N:

р_{ш кор вых} = р _{ш кор вх} +10lg N= -114,7+10 = -107.7дбмО.

Защищенность сигнала:

на входе корректора

А_{зс к вх} = р_{к вх} (f₁) – р_{ш кор вх} = - 28,6 – (-114,7) = 86,1 дБ;

А_{зс к вх} (f₂) = - 40,5 – (-114,7) = 74,2 дБ;

на выходе корректора

А_{зс к вых} (f₁) = А_{зс к вых} (f₂) = р_{к вых}(f) – р_{ш к вых} (f)= -42,5 – (- 104,7)=62,2 дБ

д) Рассчитаем коэффициент усиления усилителя, учитывая, что сигнал на выходе линии должен быть равен сигналу на входе:

K(f₁,f₂) = р_вх – р_{к вых} = 0 – (- 42,5 дБмо) = 42,5 дБ,

усилитель будет частотнонезависимым.

1.6. Защищенность сигнала на выходе усилителя. Учтем, что шумы, приведенные ко входу усилителя, также усиливаются по мощности:

р_{ш вых} = р _{ш вых кор} + К = - 104,7 дБмо + 42,5 дБ = - 62,2 дБмо;

А_{зс вых} = 0 – (-62,2 дБмо) = 62,2 дБ.

Используя полученные результаты, построим диаграмму уровней (рисунок 3.4).

Линия Корректор Усилитель

L

АК

>

р, дБмо

р_вх

0

l

р_{к ВХ}(f₁)

-28,6

-40,5

-114,7

р_{к вых}

р_{к вх}(f₂)

А_{зс кор вх} (f₁)

А_{зс кор вх} (f₂)

А_{зс кор вsх}

р_{ш кор вых}

Р_{ш кор вх}

n

Рисунок 3.4 - Диаграмма уровней участка АСП с корректором на входе

Из диаграммы видно, что защищенность сигнала на входе корректора различна в частотном диапазоне. После корректора она выравнивается, но за счет ухудшения помехоустойчивости на нижних частотах. Усилитель понижает помехоустойчивость АСП на уровень коэффициента шума n.

1. Схема с корректором в цепи обратной связи.

а) Затухание, уровни на входе корректора и шумы рассчитываются аналогично п.п. 1.1. , 1.2. и 1.3.

б) Поскольку в усилителе, в цепи обратной связи () зависит от частоты

К() = ,

то и коэффициент передачи усилителя будет частотнозависимым. За счет этого и осуществляется коррекция. Найдем усиление, необходимое для реализации коррекции и восстановления уровня входного сигнала:

К(f₁) = р_вх – р_{к вх} (f₁) = 0 – (-28,6) = 28,6 дБ;

К(f₂) = 0 – (-40,5) = 40,5 дБ.

в) Проверим корректор на устойчивость:

К = К(f₂) – K(f₁) = 11,9 дБ < 15 дБ.

АСП с корректором устойчива.

г) Защищенность сигнала на входе корректора (усилителя). Здесь помимо того, что затухание в линии зависит от частоты, надо учесть сразу коэффициент шума:

А_{зс кор вх} (f₁) = 86,1 – 10 = 76,1дБ;

А_{зс кор вх} (f₂) = 74,2 – 10 = 64,2 дБ.

д) При расчете защищенности сигнала на выходе усилителя в отличие от предыдущего случая надо учесть, что шумы усиливаются на разных частотах по-разному. Поэтому и защищенность на разных частотах будет различна.

А_{зс вых} (f₂) = 0 – (р_{ш вх} + n +K(f₁))=0- (- 114,7 +10 +40,5 ) = 64,2 дБ,

А_{зс вых} (f₁) = 0- (- 114,7 +10 +28,6) = 76,1 дБ.

е) Построим диаграмму уровней (рисунок 3.5):

Рисунок 3.5 - Диаграмма уровней для АСП с корректором

в цепи обратной связи

Основное отличие этой схемы от предыдущей состоит в том, что защищенность системы передачи зависит от частоты. На высоких частотах она меньше. Поэтому низкочастотные каналы защищены хуже.