> Техника, страница 96 > Телефонирование токами высокой частоты
Телефонирование токами высокой частоты
Телефонирование токами высокой частоты. Поскольку основы Т. т. в ч. изложены в ст. многократное телеграфирование и телефонирование (смотрите), ниже излагаются усовершенствования в системах многократного телефонирования за период 1929—1934 гг.
Классификация систем с точки зрения а м“п литуды несущего тока. В связи с все большим и большим уплотнением линий связи вопрос о взаимных помехах высокочастотных„установок (ТЭ, т. XIII, ст. 378), работающих на параллельных цепях одной и той же магистрали, приобретает все более важное значение. Так как километрич. затухание телефонной линии на высоких частотах (ТЭ, т. XIII, ст. 372, фигура 18) значительно выше затухания для низких частот, то общее затухание межтрансляционного участка, если хотят высокочастотную аппаратуру располагать в тех же пунктах, что и низкочастотную, приходится доводить для рассматриваемых частот до 4—5 неперов. В связи с этим в случае расположения в одном и том же пункте передающего (на одной из параллельных цепей) и приемного (на другой параллельной цепи) устройств, работающих в одном и том же рабочем канале (на одних и тех же частотах), затухание для переходных разговоров между упомянутыми параллельными цепями должен быть порядка 10— 11 неперов. На воздушных цепях для высоких частот при обычных методах скрещивания такую величину переходного затухания получить весьма затруднительно, если не невозможно. Поэтому существует правило, по которому для передачи в определенных направлениях применяют определенные рабочие каналы (частоты). Так, общепринято в направлении с севера на юг и с запада на восток вести передачи нижней группой частот (ТЭ, т. XIII, ст. 371, фигура 16 и 17), а с юга на север и с востока на запад—верхней группой. В этом случае взаимное мешающее воздействие двух установок, работающих на параллельных цепях, будет определяться очевидно встречным переходным затуханием, достаточную величину которого получить гораздо проще. Исходя из норм Международного консультативного комитета (МКК), что действующее встречное переходное затухание, измеренное между двумя рабочими местами телефонисток, должен быть во всяком случае больше 6,2 непера для двух высокочастотных цепей, осуществленных по двум параллельным линиям, и больше 7,5 непера для двух высокочастотных цепей, наложенных на одну линию, можно получить следующие ф-лы для ориентировочного подсчета, необходимого во всем диапазоне применяемых частот переходного затухания между двумя линиями—для встречного переходного затухания:
bg ;> b + 6 неперов,
где b — затухание линии на соответствующей частоте, и для переходного затухания:
ЬП>Ь- Ье,
где Ье — затухание эхо, зависящее от однородности линий и подбора входных сопротивлений аппаратуры или, короче, от согласованности отдельных частей телефонной цепи. Как видно из приведенных формул, даже при соответствующем расположении аппаратуры величины b* и Ьпполучаются все же достаточно большими^. Чтобы иметь возможность снизить их, применяют либо сдвиг рабочих каналов по частоте, либо инверсию частот (фирма Сименс и Гальске), либо то и другое вместе (американский концерн Белл и К®). Сдвиг рабочих каналов заключается в том, что для установок, работающих на параллельных цепях, применяются разные, не совпадающие полностью по частоте рабочие каналы (ТЭ, т. XIII, ст. 371, фигура 17), а инверсия—в том, что если установки одной цепи работают нижней боковой полосой, то установки другой цепи— верхней боковой. По данным фирмы Сименс и Гальске уже одна инверсия частот может необ-
ходимые величины Ьд и bn снизить на 1,5 непера, то есть в этом случае должен быть bд — b + 4,5 непер и bп=6 — bе непер.
Как показывает последняя ф-ла, дальнейшего снижения допустимого переходного затухания Ьпможно добиться лишь за счет увеличения затухания эхо bе и с этой точки зрения все преимущества на стороне системы без несущей частоты. Дело в том, что в этих системах благодаря отсутствию несущих частот промежуточные усилители трансляции можно делать общими для всех трех разговоров одного направления. Можно делать общими и усилители высокой частоты на оконечных комплектах (ТЭ, т. XIII, ст. 375, фигура 23). Такая возможность в свою очередь позволяет включать данную аппаратуру в линию через линейные и направляющие фильтры, входное сопротивление которых сравнительно легко выполнить достаточно согласованно с волновым сопротивлением линии, в результате чего уменьшается коэф. отражения, а стало быть увеличивается затухание эхо ЬеУ которое в дан-
разобранного преимущества применение систем без несущей частоты исключает возможность интерференции несущих частот установок, работающих на параллельных цепях, которая является весьма большим недостатком систем с несущей частотой. Первым аппаратуру без несущей частоты (описание ее см. ТЭ, т. XIII, ст. 374) стал выпускать америк. концерн Белл и К0 (системы CN, CS и СТ). В связи с несомненными преимуществами такой«аппаратуры фирма Сименс и Гальске в 1932 г. разработала систему с т. н. «приглушенной» несущей частотой (М-2, М-3). В этой системе путем фазовой компенсации величина амплитуды несущей частоты уменьшается до незначительной величины (уровень ее на выходе установки на 1,5 непера ниже уровня боковых частот), что также позволяет применять общие усилители и избавляет от интерференции несущих частот. Восстановление амплитуды несущей частоты до нормальной ее величины в приемном устройстве этой системы достигается путем применения селективной обратной
ном случае можно довести до 1,8 и даже 2,3 непера. В это же время в аппаратуре с несущей частотой возможность использования общих усилителей для передач одного и того же направления почти исключена (экономически невыгодно и нигде не делается), так как требует применения очень мощных ламп. Объясняется это тем, что амплитуды несущих токов имеют гораздо большие значения, чем амплитуды боковых частот (в 2/к раз, где к—коэф. модуляции), а режим усилителей в то же время должен быть таков, чтобы они работали строго на прямолинейной части, т. к. в противном случае произойдет модуляция одного разговора другим, что совершенно недопустимо. Применение отдельных промежуточных усилителей для каждого разговора, а также отдельных усилителей высокой частоты в оконечной аппаратуре приводит неизбежно к включению ее в линию (ТЭ, т. XIII, ст. 374, фигура 22) через шесть полосных фильтров; общее входное сопротивление последних во всем диапазоне применяемых частот сделать достаточно близким к волновому сопротивлению линии весьма затруднительно, благодаря чему величина bе на отдельных частотах получается ничтожной ~0,9 непера и даже меньше. Помимо связи. Наличие несущей частоты, хотя бы и приглушенной, позволяет в данном случае обойтись без специального контрольного канала. В самое последнее время фирма Сименс и Гальске разработала по типу американской аппаратуры (системы CS и СТ) свою аппаратуру без несущей частоты. Как системы CN, CS и СТ америк. концерна Белл и К0 (фигура 1) отличаются друг от друга только примененными в них рабочими каналами (частотами), так и системы М-2 и М-3 фирмы Сименс и Гальске (фигура 2) отличаются лишь расположением в рабочих каналах несущих частот (инверсия), а стало быть и самими несущими частотами. (На фигуре 2: М. л. — Междугородная линия, Ф. в ч. и Ф. н. ч. — фильтры выс. и низк. частоты, М. к. — Междугородный коммутатор, Ф. г. — групповой фильтр, У. р. и Я. и. — регулятор усиления и компенсатор искажений, У. вх. и У. исх. — входящий и исходящий усилители, Ф. п.—фильтр полосной, Р. в ч. и Р. н. ч. — регулятор выс. и низк. част., Д.—демодулятор, Мд.—модулятор, Мф.— микрофон, Тл. — телефон, И. л. — искусственная линия, Л. в — ламповый вольтметр.) Наша промсть в настоящее время выпускает лишь I аппаратуру с несущей частотой (фигура 3); что же
касается аппаратуры без несущей частоты, то разработка ее уже ведется (по типу американской). Расположение рабочих каналов на шкале частот для советской аппаратуры дано на фигуре 4, для не мецкой на фигуре 5 и для америк. на фигуре 6. На упомянутых фигурах сплошными стрелками, примыкающими к рабочим каналам, указаны несущие частоты с нормальной амплитудой, пунктирными — несущие частоты с уменьшенной амплитудой и сплошными, но «оторванными» от рабочих каналов — отсутствующие несущие частоты (балансная модуляция).
Системы многократные и однократные. Большинство существующих систем относится к мгогократным системам, то есть к системам, позволяющим накладывать на одну цепь несколько ^высокочастотных связей. Но при наличии ряда параллельных цепей м. б. выгодным не^уплотнять одну или две из них максимально, а наложить лишь на некоторые из них по одному высокочастотному разговору, использовав для этого наиболее низкие частоты. Так как дальность высокочастотного телефонирования определяется в кон-це-концов затуханием линии для наиболее высокой частоты, примененной для передачи, то при однократных системах при тех же начальных уровнях, что и в многократных, можно перекрывать без промежуточных усилителей большие расстояния или же допускать для воздушных линий большие кабельные вставки. Кроме того постольку, поскольку здесь приходится иметь дело лишь с двумя полосами частот, отпадает нужда в полосных фильтрах, и можно ограничиться при включении такой установки в линию лишь двумя направляющими и одним линейным фильтрами. Наконец использование частот ниже 10 000—11 000 Hz позволяет ослабить требования в смысле переходного затухания, предъявляемые к двум соседним линиям, так как в этом случае уже при нормальных схемах скрещивания обеспечивается нормальная работа высокочастотных установок. К однократным системам относятся системы Е-1 и Е-2 фирмы Сименс и Гальске (фигура 5) и C-2-F и D (фигура 6) америк. концерна Белл и К0. Системы Е-1 и C-2-F являются системами без несущих частот, причем в прямом и об-36 38 40 ратном направлениях в них используются одна и та же несущая частота, но разные рабочие каналы: в одном направлении передача ведется нижней боковой полосой, а в другом — верхней.
Системы двухпроводные и четырехпроводные. С точки зрения числа проводов, используемых для дуплексной связи, все системы можно подразделить на системы двухпроводные, то есть в которых прямой и обратный разговоры ведутся по одной паре проводов (по одной цепи), и четырехпроводные, в которых для этой цели используют четыре провода, то есть две физические цепи. Что же касается числа рабочих каналов, применяемых в той и другой системах, то в настоящее время в первом случае (в двухпроводных“ системах) для дуплексной связи из-за трудностей, возникающих при уравновешивании линии на высоких частотах, обычно пользуются двумя рабочими каналами. В четырехпроводных же системах, наоборот, для прямого и обратного разговора пользуются одним каналом. Т. о. в отличие от тонального телефонирования высокочастотное телефонирование всегда происходит с точки зрения электрической по четырехпроводной схеме даже в том случае, когда для дуплексной передачи используется одна пара проводов (передача ведется в разных каналах). Благодаря этому связь такого рода имеет большую устойчивость при включении в линию последовательно значительного количества усилителей, т. к. последние в этом случае не должны иметь на входе и выходе диференциальных систем (здесь ставятся фильтры) в отличие от дуплексных усилителей тонального телефонирования. Что касается областей применения этих систем, то до последнего времени высокочастотное телефо
Нрасная
Зоря
3 t
I с севера на юг и с запада на бостон I С юга на севера с бостона на запад
Частота в тыс. герц
О 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34
Фигура 4.
О 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 f 30 32 34 36 38 40
Старые системы О
Ml ШШШШЩ
М2 М3 Е1
J 1
/I
IVa I
IVa -i la * Ha * Шо *
; i * #
£2
4
Для телефонирования двумя полосами частоты
1в ? II в Шв г 1Уе
18 ; II в { III в 1Ув
1 С севера на юг и с запада на восток j С юга на север и с востока на запад
Частота в тыс. герц
О 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40
Фигура 5.
нирование осуществлялось только на воздушных бронзовых и медных линиях (в СССР также на биметаллических), то есть на таких, которые обладают сравнительно еще небольшим затуханием для токов высокой частоты, и в этом случае как правило всегда пользовались одной цепью (двумя проводами). И лишь тогда, когда встал вопрос об уплотнении линий с гораздо большим затуханием, чем воздушные линии из цветного металла (за границей—об уплотнении междугородных кабелей, а у нас—об уплотнении воздушных железных цепей), то пришла идея использовать для этих целей четыре провода. Объясняется это тем, что при наложении одинакового числа разговоров на две цепи порознь и на две цепи совместно, второй вариант оказывается более выгодным, т. к. требует в два раза меньше промежуточных усилителей, что при большом числе их (а их приходится включать много из-за большого затухания линии) играет существенную роль. Конечно при этом предполагается, что для передач, идущих в одном направлении, в том и другом случае используются общие усилители. В настоящее время такая система разработана у нас для наложения одного спектр частот, лежащий несколько выше тонального (фигура 5). Т. о. данная система позволяет осуществить четырехпроводную схему, распространенную при обычном тональном телефонировании по кабелю, при помощи одной физич. цепи вместо двух.
Дальность передачи. По нормам МКК уровень боковой полосы в начале линии не должен превосходить + 2 неперов, а в конце линии не должен быть ниже — 4 неперов. Практически же по целому ряду обстоятельств большая часть аппаратуры проектируется на перекрытие участка с затуханием в 5 и даже в 4,5 непера. На различных цепях это соответствует расстоянию в 30 км (кабель), в 100 км (железо), в 300—400 км (медь в зависимости от диаметра) и т. д. Увеличение указанных расстояний, как уже говорилось, достигается путем включения промежуточных усилителей (смотрите Трансляция телефонная). Вторым способом увеличения расстояния является так называемый переприем, то есть применение вместо усилителя двух оконечных установок. В этом случае токи, получаемые на приемном устройстве одной из установок, поступают на передающее устройство другой. Т. о. при пе-
разговора на воздушные железные телефонные цепи (фигура 7, работает на линиях НКПС), фирмой Сименс и Гальске—для наложения одного разговора на кабельные линии (система L) и для наложения трех разговоров (система S). Первая применяется на кабелях, слабо пупинизирован-ных, вторая—на кабелях, очень слабо пупинизи-рованвых. Концерном Белл и К0 также для работы на кабеле (непупинизированном) разработана четырехпроводная система на 9 разговоров. В системах, предназначенных для кабельных линий, через промежуточные усилители высокой частоты проходят также и разговоры тональной частоты. (Здесь отмечаются лишь аппаратуры фирмы Сименс и Гальске и концерна Белл и К0 и не упоминается об аппаратуре других заграничных фирм, как например шведского общества Эриксон и немецкого Лоренц и К0 и тому подобное., так как именно вышеупомянутые две фирмы являются ведущими в данной отрасли связи.)
Система для телефонирования двумя полосами частот. Хотя вся высокочастотная аппаратура, работающая по одной паре проводов, использует для дуплексной передачи два рабочих канала (две полосы частот), тем не менее фирмой Сименс и Гальске упомянутое название присвоено только специальной аппаратуре, разработанной ей для телефонирования по кабелю. В данной системе для передачи в одну сторону используется обычный тональный спектр частот, а в обратную —
реприеме происходит переход с высокой частоты на низкую и затем обратный переход с низкой’ частоты на высокую. Такой способ увеличения расстояния дальности передачи совершенно необходим в том случае, когда связь приходится давать не только между оконечными пунктами, а также и с промежуточными. Благодаря тому, что высокочастотная связь с точки зрения электрической всегда осуществляется по четырехпроводной схеме, она оказывается более устойчивой, чем связь на низкой частоте. Поэтому последовательно в одну и ту же цепь при этом виде связи можно включать почти неограниченное количество усилителей (25, 30 и даже больше), а также устраивать ряд переприемов (5— 60). Известны случаи, когда без специальной регулировки связь на высокой частоте по воздушным цепям давалась на расстояние 13 000 км (Америка). В настоящее время у нас проектируется связь на 9 000 км (Москва—Хабаровск). Что касается кабельных линий, то упомянутая выше аппаратура концерна Белл и К0 на 9 разговоров позволяла включать до 40 усилителей и получать связь на 1 200 км.
Новейшие тенденции в развитии высокочастотной связи. Все увеличивающаяся потребность в развитии связи заставляет искать новых путей уплотнения телефонных линий. Фирмой Сименс и Гальске разработана в настоящее время аппаратура, позволяющая помимо обычных трех высокочастот-
1 или 1 глшипиь и bur у диилппь ных разговоров наложить еще 5 в диапазоне от 50 до 150 Hz (на короткие расстояния). Но самое радикальное решение вопроса о сверхуплотнении отмеренных линий в настоящее время принадлежит концерну Белл и К0. По имеющимся литературным данным им разработана и опробована в лабораторной обстановке на опытной линии система, использующая спектр частот до 1 MHz. В этом диапазоне фирме удалось уложить 200 дуплексных телефонных разговоров. Часть из этих рабочих каналов можно конечно использовать под высокочастотный телеграф или даже под передачу изображений. Система разработана, как четырехпроводная, причем в качестве проводов взят не обычный провод, а специально разработанный фирмой кабель (коаксиальный провод). Конструкция его весьма оригинальна. Одним проводом в нем служит медная жила, расположенная по оси металлического цилиндра, который и является вторым проводом. Крепление медной жилы внутри цилиндра производится при помощи специальных изоляторов. Распространение электромагнитной энергии по такому кабелю благодаря скин-эффекту (смотрите) происходит по внешней поверхности медной жилы и по внутренней поверхности металлического цилиндра. Другими словами, это распространение происходит в замкнутом пространстве между двумя упомянутыми поверхностями в кольцеобразной трубке. Благодаря этому данная система оказывается почти совершенно изолированной от окружающего пространства и не подвержена почти никаким электромагнитным влияниям извне, а также сама не оказывает влияния на соседние провода. Это обстоятельство позволяет нарушить общепринятые нормы для уровней передачи и т. о. значительно увеличить допустимое затухание межтрансляционного участка (до 8 неперов), что весьма важно, так как километрическое затухание данной линии для высоких частот весьма большое (зависит как от диаметра медной жилы, так и от диаметра внешнего цилиндра). Длина межтрансляционного участка равна примерно 15 км. При разработке аппаратуры фирме пришлось пересмотреть вопрос о фильтрах (применены кварцевые фильтры), о модуляции (применена двойная модуляция), об усилителях (применены усилители с обратной регенеративной связью), о питании промежуточных усилителей (производится с оконечных пунктов переменным током по тем же проводам, по которым идет связь) и ряд других.
Лит.: Листов В., Курс многочастотной проводной связи, М.—Л., 1932; Зарин С., Установки многократного телефонирования, М., 1932; Слуцкин Б. и Халезов Б., Телефонирование токами высокой частоты по железным проводам, М.—Л., 1932; Добровольский Г., Многократные телеграфно-телефонные связи, М., 1934; ХалезовБ, Оконечная аппаратура для телефонирования токами высокой частоты по железным проводам завода, «Трансвязь», «Сигнализация и связь на железнодорожном транспорте», 1935, 1; его ж е, Трансляции высокой частоты для железных проводов, там же, 1935, 5; A f f e 1 Н., Demarest С. а. G-reen С., Carrier System on Long Distance Telephone Lines, «The Bell System Technical Journal», 1928, 2; Sche lcunoff S., The Electromagnetic Theory of Coaxial Transmission Lines and Cylindrical Shields, ibid., 1934; Espenschied L., Streby M., Systems for Wide Band Transmission over Coaxial Lines, ibid., 1934, 4; Bundzinski H., Die neuere Entwicklung d. Tragerstromtelephonie, «Hochfrequenztechnik u. Elek-troakustik», 1935, H. 2. Б. Халезов.