В настоящее время оконечные аппараты высокочастотного телефонирования соединяются с абонентскими линиями при помощи дифёренциальной системы.
Применение диференциальной системы вызвано тем, что некоторые входящие в систему связи четырехполюсники, как линейные, так и нелинейные, не могут быть использованы для двустороннего действия.
Наличие диференциальной системы создает зависимость устойчивости от затухания абонентской линии. Для того, чтобы сделать устойчивость независимой от затухания различных абонентских линий, соединяемых с оконечным аппаратом высокой частоты, на входе последнего со стороны абонента приходится включать искусственное затухание порядка 1,0 - 1,5 непера. Если учесть, что самая диференциальная система, даже в идеальном случае, вносит затухание около 0,7 непера, то добавочное затухание в цепи абонента, вызванное применением диференциальной системы, составит около 2 неперов.
Предлагаемое, согласно изобретению, устройство для дуплексного телефонирования высокой частотой исключает необходимость применения диференциальной системы, так как примененная в нем одна и та же кольцевая схема из четырех нелинейных сопротивлений используется одновременно для модуляции в одну сторону и для демодуляции в обратную сторону.
Кольцевая схема из четырех нелинейных сопротивлений (фиг. 1), обладающих одинаковыми характеристиками, при условии ее уравновешенности, имеет, как известно, некоторые особые свойства, определяемые следующими положениями:
1.Если подаваемая на средние точки трансформаторов Т и А высокая частота со взаимодействуете низ-, кой частотой а, подаваемой через трансформатор Т, то на вторичной обмотке трансформатора Г., получаются боковые частоты (ы - а) и (ы -{-«) и побочные продукты модуляции.
2.Если подаваемая на средние точки трансформаторов Т- и Т высокая частота ю взаимодействует с боковой частотой (), подаваемой через трансформатор Г,, то на вторичной обмотке трансформатора Т получается низкая частота Р и побочные продукты демодуляции. 3. в обоих случаях высокая частота « отсутствует на вторичных обмотках трансформаторов TI и То, так как по отношению к генератору высокой частоты кольцевая схема является уравновешенной. В силу такой же уравновешенности низкая частота а не может выйти ни в цепь генератора высокой частоты w, ни на вторичную обмотку трансформатора Т, а боковая частота о)-|- может выйти ни в цепь генератора высокой частоты 0, ни на вторичную обмотку трансформатора Tj. Эти положения, известные из иностранной литературы и надежно проверенные в нашей практике, говорят о том, что кольцевая схема из четырех нелинейных сопротивлений может быть использована либо в качестве модулятора, либо в качестве демодулятора; такие применения кольцевой схемы являются обш,еизвестными. Данное же изобретение, как указано выше, основано на одновременном использовании одной и той же кольцевой схемы для модуляции в одну сторону и для демодуляции в обратную сторону. Приводим краткое техническое доказательство возможности одновременного двустороннего использования кольцевой схемы для модуляции и демодуляции. Допустим, что низкая частота а, несущая частота w и боковая частота CJD -|- Р одновременно взаимодействуют в кольцевой схеме, согласно фиг. 1. Известно, что характеристика любого нелинейного сопротивления может быть выражена в общем виде степенным рядом: 1 (1) Образование главнейших продуктов Подставляя уравнения (5) в уравн i а (е., -f („ + а з) + 0 + + 2e,,j.e г, а (е,, - е,, -е о) а (е + + 9,0 , , з 1 )-)- .-J O k «(а + 0. - ш + 3) «(а -f- (ш + - 2е 3 е, i, а( е,, + J а (е,. + е,, + - 2е, 1 р е„ взаимодействия обусловлено вторым членом ряда «j , поэтому для упрощения анализа допустим, что характеристика нелинейного сопротивления выражается простейшей квадратичной функцией: ((2) Обозначая, согласно фиг. 1, напряжения, действующие на каждом из нелинейных элементов, через е, е, е. и е, можно написать уравнения для токов в нелинейных элементах по типу уравнения (2): k f(e,) ae 2 / (2) ае (63) 4 / (ej Мгновенные значения синусоидальных напряжений трех частот, взаимодействующих в кольцевой схеме, могут быть выражены уравнениями: д ,j sin а Z е Е sina е,, (ш+Р)г Если допустить, что относительно первого нелинейного сопротивления фазы всех частотных слагающих совпадают, т. е. что напряжение, действующее на первом линейном элементе, 1 сс + ш + со +3. то напряжения, действующие на остальных нелинейных элементах, будут состоять из тех же частотных слагающих, но фазы этих слагающих будут отличаться на 180°, в зависимости от направления пропускания нелинейных элементов. Следовательно, напряжения, действующие на нелинейных элементах, выразятся следующими уравнениями: р - f I р р , . и Г J- ; 2 а oj ш -}- li 3 я Т ш а f - f - р I (У i а 1 а ния (3), получим: 0° + ; + а + 2е„, + (,,, + „ -|- - 2,, е,, - 2е,„ + « + ,3 - 2(co е-л + 2е„ + : а - , + з + .е,, е - 2е„ а -
Обозначая токи в первичных обмотках трансформаторов Т и Т через i| и Гц, а ток в цепи генератора высокой частоты через гщ и применяя к контурам схемы фиг. 1 метод суперпозиции с учетом направления пропускания нелинейных элементов,
i 1 + 3 «, Т со + 3 Е sin (о. г I, уабщ е,, уа Я ,; sin uf sin а
г,|| , + 3 а та „ з а (sin w Применяя тригонометрическое преобразовани
sin л: -- cos (х - у) - - co получаем окончательные выражения: i I 4а .j CJ „ cos t - 4аЕ „ f. г „ 4а Я;, cos (« - а) г - 4ае„ i|ji 4a „ ,, cos (w + p - a) Эти выражения показывают, что при одновременном воздействии на кольцевую схему низкой частоты а, несущей частоты (и и боковой частоты () действительно осуществляется одновременная модуляция и демодуляция, так как: 1)ток г| в трансформаторе Т содержит частоту , т. е. продукт демодуляционного взаимодействия несущей частоты (О с боковой частотой (о ), поступающей через трансформатор Г,; 2)ток i,, в трансформаторе Го содержит боковые частоты (и).) и ((О + я), т. е. продукты модуляционного взаимодействия несущей частоты 1) с низкой частотой я, поступающей через трансформатор 3)ток , в цепи генератора несущей частоты содержит частоты о + - яиоо + р-На, т. е. продукты взаимодействия боковой частоты и низкой частоты, замыкающиеся в этой цепи. Кроме того, отсутствие несущей частоты U) в выражениях токов i и i указывает на то, что одновременные модуляция и демодуляция осуществляются с устранением несущей частоты внутри кольцевой схемы. В практических условиях, при действительных характеристиках нелинейных элементов, выражающихся сте(8) :w-t-)Z ,, cos (2. fa)i cos (w -р + а) I 4aE E,, cos (ш пенным рядом (1), получается больщее количество продуктов модуляции и демодуляции, но закон независимости этих процессов в кольцевой схеме остается справедливым. На основании изложенного становится возможным осуществление в одной уравновещенной нелинейной схеме одновременной модуляции в различных направлениях двух сигналов одного и того же спектра, по схеме фиг. 2, с передачей одного сигнала нижней, а другого верхней боковой полосой, а также осуществление одновременной модуляции и демодуляции по схеме фиг. 4. Если учесть еще то обстоятельство, что уравновешенные схемы могут работать совершенно независимо от нагрузочных сопротивлений, т. е. нагрузка входа не сказывается на выходе и наоборот, то как теоретически, так и практически становится возможным осуществление дуплексной высокочастотной связи без диференциальных систем с использованием уравновещенной кольцевой нелинейной схемы для модуляции и демодуляции. В такой системе одноканальная связь может осуществляться по схеме фиг. 3, с применением для каждого направления отдельного усилителя, или же с использованием одного усилителя для работы в двух направлениях по схеме фиг. 4, Передача осуществляется на верхней боковой полосе частот , а прием на нижней боковой полосе частот F-/. Автором разработан вопрос о возможности применения данной системы связи без диференциальных систем для уплотнения линий связи в широком диапазоне частот.
При применении данной системы в области весьма высоких частот, где необходимо использовать обе боковые полосы, разделить которые обычными фильтрами возможно только в сравнительно низком диапазоне частот, неизбежным является применение повторной модуляции и демодуляции для того, чтобы целиком использовать весь диапазон частот, пропускаемый линией или кабелем.
Применительно к коаксиальным линиям может быть применен вариант построения аппаратуры, указанный на схеме фиг. 5.
Обычно для высокочастотного телефонирования, по коаксиальным кабелям используют спектр частот от 100 до 1000 kHz.
Американская система в этом диапазоне, применяя двойную модуляцию, укладывает 216 каналов, допуская интервалы между полосами частот, равные 1,25 kHz, что создает чрезвычайно тяжелые условия для работы фильтров.
Подавая частоты с четырех первых групповых модуляторов на каждый второй групповой модулятор, мы будем иметь полосу модулирующих частот от 7300 до 48700 HzВзяв то же число каналов, что и в американской системе, и распределив несущие частоты, исходя из всего спектра, мы получим значительно облегченные условия для работы фильтров.
Применительно к воздушным линиям, для уплотнения которьгх используется спектр от б до 150 kHz, построение оконечной аппаратуры может выглядеть, примерно, согласно схеме фиг. б. В основу может быть положена такая же группа из трех дуплексных разговоров.
Частоты повторной модуляции следует выбирать исходя из того, чтобы, во-первых, нижние боковые полосы предварительной модуляции шли
в нижней части спектра повторной модуляции, во-вторых, чтобы спектр частот тонального телефона и фототелеграфа остался свободным и, в третьих, чтобы частоты удовлетворяли условию кратности.
При этих условиях, в диапазоне частот от 7 до 144 kHz, воздушная линия может быть уплотнена восемнадцатью дуплексными разговорами с интервалом между группой нижних и верхних частот, равным 11,5kHz.
Нетрудно также показать, что, применяя повторную модуляцию, можно для симметричного кабеля (при четырехпроводной системе) в диапазоне от 7 до 50 kHz произвести уплотнение на 12 дуплексных связей, использовав для этого первые четыре группы повторной модуляции из варианта уплотнения воздушных линий.
Конечно, приводимые выше варианты использования предлагаемой системы для уплотнения различных линий передачи могут иметь целый ряд недостатков. Они приводятся только для того, чтобы показать возможность применения предлагаемой системы и получаемые при этом выгоды в смысле более эффективного использования спектра, а также в смысле упрощения оконечной аппаратуры.
При составлении вариантов автор ориентировался на применение обычных фильтров и поэтому для уплотнения коаксиального кабеля пришлось ввести дополнительную модуляцию (первую групповую). Если ориентироваться на кварцевые фильтры, то можно получить более совершенный вариант, передвинув частоты предварительной модуляции значительно выше по шкале частот (напр., от 10 до 50 kHz) и обойтись одной групповой модуляцией.
В качестве нелинейных сопротивлений в схемах могут быть использованы меднозакисные выпрямители. Как показал опыт работы с купроксной модуляцией, затухание купроксных модуляторов (с трансформаторами) в диапазоне частот до 20kHz составляет, примерно, 0,7 непера, а амплитудную характеристику модуляторов можно считать линейной до уровня -J-- (0,5 - 0,75) непера. При больших амплитудах уравновешенный модулятор начинает работать одновременно и как компрессор (ограничитель) уровней, не внося при этом никаких искажений.
На основании этих данных примерный расчет уровней для части схемы фиг. 7 от абонента до выхода модулятора представляется в следующем виде. Абсолютный уровень исходящей от абонента мощности считаем равным нулю. Затухание от абонента до модулятора будет:
Затухание абонентской линии 1,0 неперу Затухание в приборах МТС 0,15 непера Затухание фильтра н. ч. (300-
3700),15 непера
Общее затухание 1,3 непера
В результате модуляции уровень боковых частот будет:
- 1,3 -0,7 -2,0 непера.
При демодуляции необходимо обеспечить абсолютный уровень по низкой частоте на зажимах МТС не ниже - 1 непера. Для этого необходимо, чтобы уровень боковой частоты на входе в демодулятор был равным - 1,0+ (0,7 + 0,15) - 0,15 непера.
Как видно из этого ориентировочного расчета, имеются значительные возможности для уменьшения величины остаточного затухания ниже норм МКК.
Преимущества, получаемые в случае одноканальной установки, использующей один усилитель высокой частоты для работы в двух направлениях (фиг. 7), заключаются в следующем.
1.Упраздняется диференциальная система и балансное сопротивление.
2.Упраздняется удлинитель на 1,0 или 1,5 непера.
3.Благодаря упразднению диференциальной системы и удлинителя затухание на низкой частоте уменьшается на 2 непера; поэтому можно упразднить усилитель низкой частоты и съэкономить на питании, деталях и на одной лампе.
4.Объединение модулятора и демодулятора в одной схеме дает экономию купроксов, экономию деталей и уменьшает габарит.
5.Упразднение одного усилителя дает экономию и в деталях и в лампах, а также значительно уменьшает габарит.
В результате всего изложенного, установка делается более простой, дешевой и компактной. Недостатком может являться то, что добавляются два полосовых фильтра, которые предназначаются для разделения боковых полос и включаются между модулятором и усилителем (фиг. 7).
Относительно схем, применяющих повторную модуляцию, можно отметить, что при упразднении диференциальных систем, удлинителей, усиления низкой частоты и при объединении модулятора и демодулятора в одной схеме ничего нового вводить не требуется.
Предмет изобретения.
Устройство для дуплексного телефонирования высокой частоты без диференциальных схем, отличающееся применением для одновременной модуляции и демодуляции одной и той же кольцевой системы из четырех нелинейных сопротивлений, пропускающей лишь верхнюю и нижнюю боковые полосы основной высокой частоты, на одной из которых ведется передача, а в другой-прием.
к авторскому свидетельству В. И. Божкова
№ 53089
г„.р о-ш
.З л.
300-3000 Т ноду 7ятор Т
Ope 36ftpumeflbf нооуляцся
тт
П таГ Т
фиг. и KSi.
А Modtj/iamopij ffcm
