Расчет соединительной линии звукового вещания

Высокое напряжение на проводах ЛС при  грозовых разрядах появляется или  вследствие  индукции  от  разряда  облака  на  землю,  или  в  результате непосредственного  разряда  в  линию  связи (прямой  удар).  Чаще  молнией поражаются  наиболее  высокие  наземные  предметы.  Однако  молния  может ударить  и  в  ровную  поверхность  земли,  устремляясь  в  область  большей  электропроводности  почвы (рис.  11.5).  Если  грунт,  в  котором  заложен подземный  кабель,  имеет  большое  удельное  сопротивление,  то  разряды молнии,  реагируя  на  наличие  в  почве  хорошо  проводящих  металлических оболочек  кабеля,  ударяют  в поверхность  земли над  этим  кабелем. Чаще  всего повреждения подземных  кабелей наблюдаются в грунтах  с большим удельным сопротивлением (каменистых, гранитных, песчаных, мерзлых  и т. п.).

Провода  воздушной  ЛС  при  прямом  ударе  молнии  под  действием больших  токов  могут  расплавиться  на  одном  или  нескольких  пролетах,  а  деревянные  опоры  под  действием  быстро  повышающегося  давления испаряющейся  влаги  расщепляются,  линейные изоляторы  от  сильного нагрева пробиваются  или  разрушаются.  Иногда  от  одного  удара  молнии  разрушается несколько опор. Ток молнии распространяется по земле во все стороны, и если поблизости  находится  кабель,  то  большая  часть  тока  может  пройти  в  его металлическую  оболочку.  Между  местом  удара  молнии  и  кабелем  могут возникнуть  большие  напряжения  и  образоваться  электрическая  дуга, достигающая 30 м, а иногда и больше.

Повреждения  кабеля  от  токов  молнии  весьма  разнообразны.  Так,  от сильного нагрева расплавляется свинцовая оболочка, сгорает джутовая оплетка, обгорает изоляция, расплавляются жилы кабеля и т. д. Под действием внешних сил, образующихся от давления паров влаги  грунта и  газов, возникающих при сгорании джутовой оплетки, образуются вмятины на оболочке, прогибы кабеля, разрывы  ленточной  брони  и  т.  п.  Вследствие  больших  индуктированных напряжений,  возникающих  между  жилами  и  оболочкой  кабеля,  пробивается изоляция жил.

Повреждения  в  подземном  кабеле  могут  возникнуть  от  токов  молнии, попавших в кабель через корни близко растущих деревьев. Воздушные кабели подвержены  действию  токов  молнии,  попавших  в  кабельные  опоры  или воздушные провода.

При  прохождении  кабеля  вблизи  лесных  массивов  вероятность повреждения  существенно  меняется,  так  как  деревья  по  краю  леса  будут принимать  на  себя  удары  молний  с  некоторой  полосы,  прилегающей  к  лесу. Поэтому  число  повреждений  кабелей  с  металлической  оболочкой, проложенных непосредственно по краю леса, в несколько раз превышает число повреждений  кабелей,  проложенных  на  открытой  местности.  В  то  же  время кабель,  находящийся  на  некотором  оптимальном  расстоянии  от  леса,  будет защищен им, поэтому число повреждений в данном случае не превысит 5% по сравнению  с  кабелем,  проложенным  по  открытой  местности (при  прочих равных условиях).

На  участках  кабельной  линии,  где  расчетное вероятное  число  повреждений  от  ударов  молнии  больше  допустимого, рекомендуется  применение  грозостойких  кабелей,  т.  е.  кабелей  с повышенной проводимостью  оболочки (алюминий)  и  повышенной  электрической  прочностью  изоляции,  включение  в  муфтах  малогабаритных  разрядников  и прокладка грозозащитных тросов.

Помимо  грозового  электричества  на  работу  цепей  связи  могут  оказывать неблагоприятные  воздействия  магнитные  бури.  Последние  имеют  место  в результате  резкого  изменения  в  отдельные  периоды  времени  напряженности магнитного поля земли и появления значительных разностей потенциалов между  удаленными друг от друга точками  земной поверхности. Возникающие при  этом земляные  токи  оказывают  сильное  мешающее  действие  на  работу однопроводных  цепей  связи (дистанционное  питание  по  системе  «провод—земля»,  цепи  сигнализации  и  т.  п.).  При  длительном  прохождении  по  цепи земные  токи  могут  привести  к  повреждениям  в  аппаратуре,  установленной  на НУП. 

6 ОБОСНАВАНИЕ МЕСТА ВКЛЮЧЕНИЯ КОРРЕКТИРУЮЩЕГО КОНТУРА

 

 

В зависимости  от места включения  корректирующего контура различают  два основных метода корректирования  частотных искажений: систему с  коррекцией в начале СЛ и систему  с коррекцией на конце.

 

 

Рисунок 11 – Варианты включения  КК в СЛ

 

В первом случае КК устанавливается перед  корректируемой линией , во втором случае - после нее. Обычно КК подключаются непосредственно к линии в  стационарных устройствах коммутации и образуют с ней единое звено  тракта передачи.

Если  бы передача вещательных сигналов осуществлялась по линиям без помех, то оба метода были бы равноценными. Однако при передаче сигналов программ по существующим линиям городских телефонных сетей приходится учитывать требования к номинальным  уровням сигнала и уровню помех, неизбежно имеющихся в линиях (минус 58-65 дБ).

При включении корректирующего контура  в начале линии максимальный входной  уровень сигнала по действующим  нормам не должен превышать плюс 17 дБ на частоте 1000 Гц и плавно повышаться в области верхних частот полосы пропускания. Так как одновременно с этим процессом переходное затухание  между цепями СЛ в кабеле уменьшается  с ростом частоты, то повышение уровня сигнала может приводить к  повышению уровня переходных помех  в других цепях кабеля. Отмеченное явление не вызывает опасений, когда  остальные пары кабеля используются для телефонной связи, так как  полоса пропускания такого канала ограничена частотой 3400 Гц. Кроме того, спектральная плотность мощности вещательного сигнала быстро убывает в области верхних частот.

Однако  если по цепям кабеля передаются сигналы  различных программ с более низким уровнем, то могут появиться заметные переходные помехи от цепей с более  высоким уровнем передачи. Чтобы  избежать этого не следует применять  смешанную систему коррекции, а  максимальный уровень сигнала на верхней граничной частоте следует  ограничить величиной 30-32 дБ. Следовательно, максимальное затухание в этом случае ограничено величиной 17 дБ лишь для  частоты 1000 Гц, а для частот, лежащих  выше этого предела, допускается  увеличение затухания в линии  до 30-32 дБ.

При коррекции на конце номинальный  уровень сигнала в начале СЛ не зависит от частоты. Следовательно, максимальное затухание, которое можно  допустить в линии при этом способе коррекции, равно 17 дБ. Из сравнения  двух методов видно, что коррекция  в начале СЛ позволяет использовать линии в 2 раза большей длины, чем  коррекция на конце линии. Это  достигается значительным увеличением  требуемой мощности источника сигнала.

Получили:

1)Помехозащищенность  в конце линии для низких  и значительной области средних частот одинакова для обоих случаев и равно 65 дБ.

2)Мощность  усилителя в схеме б должна  быть на 18 дБ (приблизительно в  60 раз) больше мощности в схеме  а.

3)Если  основные компоненты шумового  спектра лежат в области низких  и средних частот, преимущество  имеет схема а.

4)Чем  меньше длина линии или ее  затухание, тем выгоднее использовать  схему а.

На  практике возможны случаи, когда из-за большой протяженности линии  ее затухание настолько велико, что  не удается обеспечить требуемой  защищенности от интегральной помехи и ОСШ. В этом случае линию разделяют на участки (рисунок 11в), между которыми включают КК и промежуточный усилитель(ПУ).Затухание участка выбирается таким, чтобы обеспечить защищенность и ОСШ, соответствующее данному классу качества.

Особенностью системы  коррекции с ПУ является то, что  помехи в обоих участках суммируются. Отсюда видно, что для получения  требуемой защищенности в такой  линии необходимо обеспечить уровень  помехи в каждом из участков на 3 дБ ниже нормы.

 

7 Расчет характеристики затухания соединительной линии

 

 

Затухание СЛ рассчитывается в соответствии с формулой:

 

 

 

где - коэффициент распространения, 1/км;

- длина линии, км;

- волновое сопротивление  линии, Ом;

- сопротивление нагрузки.

 

 выбираем равной 600 Ом. Величина длины линии задана  в исходных данных и равна  10 км.

Исходя из исходных данных, величина коэффициента распространения и волнового сопротивления линии будет определяться в соответствии со следующими формулами:

 

 

 

где - коэффициент затухания, Нп/км;

- коэффициент фазы, рад/км.

 

 

 

где  - модуль комплексного волнового сопротивления, Ом;

- аргумент комплексного волнового сопротивления, град.

 

Рассчитаем для примера  затухание СЛ на одной частоте, а  остальные расчёты сведём в таблицу. Требуемые для расчета параметры кабеля приведены в таблице 1. Пример расчета проведем на частоте 50 Гц.

Вычислим волновое сопротивление  в комплексном виде:

 

 

 

 Таким образом, .

 

Вычислим коэффициент  распространения в комплексном  виде:

 

 

 

Вычислим значение .

 

 

 

Вычислим значение гиперболиеского  синуса и косинуса.

 

 

 

 

 

Вычислим значение выражения  под знаком логарифма в формуле  для вычисления затухания.

 

 

Вычислим модуль полученного  в пункте 5 выражения:

 

 

 

Вычислим значение затухания  в соединительной линии на частоте 50 Гц:

 

 

 

Аналогично определяем затухание  для других частот, промежуточные  расчёты и результаты сведём в  таблицу 3.

 

Таблица 3 –  Расчёт затухания СЛ

f, Гц	50	100	300	1000	3000	10000
, Ом	1840-j1860	1325-j1310	754-j738	424-j396	262-j217	175-j97
, 1/км	0,019+j0,019	0,027+j0.029	0,046+j0,05	0,082+j0,087	0,113+j0,151	0,202+j0,36
	1+0.036i	0.993+0.078i	0.972+0.228i	0.874+0.699i	0.123+1.755i	-3.44-1.639i
	0.188+0.192i	0.262+0.296i	0.418+0.531i	0.59+1.036i	0.107+2.019i	-3.321-1.697i
	2.171+0.044i	2.219+0.161i	2.151+0.382i	1.975+1.042i	0.9+2.598i	-4.682-1.597i
	2.172	2.225	2.184	2.233	2.749	4.947
, дБ	6.737	6.946	6.786	6.977	8.785	13.887

 

Построим характеристику затухания СЛ (представлена на рисунке 12).

 

 

Рисунок 12– Характеристика затухания соединительной линии

 

 

8 Расчет характеристики затухания колебательного контура

 

 

Графически определяем ординаты идеализированной частотной характеристики затухания КК. Принимаем , равным 14 дБ. Тогда величины затухания КК определяются как разность между этой величиной и соответствующими величинами затухания СЛ. Вычислим значения затухания идеализированной характеристики колебательного контура и внесем в таблицу 4. 

Значение , которое потребуется для нахождения частоты f₁ будет равно 14-6.737=7.263 дБ. Тогда (дб).

Идеализированная характеристика затухания колебательного контура  представлена на рисунке 13.

 

Рисунок 13 - Идеализированная характеристика затухания колебательного контура

 

Таким образом, из рисунка  видно что f₁=5162 Гц.

Расчёт затухания корректирующего  контура произведём аналогично расчёту  затухания СЛ. Принципиальная схема колебательного контура представлена на рисунке 15. Т.к. двухполюсники колебательного контура содержат по три элемента, то характеристика затухания КК определяем по формуле:

 

 

 

 

По максимальной величине затухания контура находим параметр k:

 

 отсюда 

 

Парметр вычислим согласно формуле:

 

 

 

На основании рассчитанных коэффициентов определим значения затухания колебательного контура  и занесем их в таблицу 4.

 

Таблица 4 – Расчёт затухания КК

f, Гц	50	100	300	1000	3000	10000
	7.263	7.054	7.214	7.023	5.215	0.113
	7.263	7.261	7.248	7.1	5.878	0
, дБ	6.737	6.946	6.786	6.977	8.785	13.887
	14	14.207	14.034	14.077	14.663	13.886
, дб	0	0,207	0,034	0,077	0,663	-0,114

 

Допустимые отклонения АЧХ  для первого класса точности приведены  в таблице 2. Получееные результаты на контрольных частотах соответствуют  приведенным нормам. Поэтому результат расчета можно считать удовлетворительным.

Изобразим характеристику затухания  соединительной линии а_л, колебательного контура а_к, идеализированную характеристику затуханиия КК а_{к_и}, суммарную характеристику а_Σ и а_{Σ_и} (представлены на рисунке 14).