автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.17, диссертация на тему:Повышение эффективности системы совместного усиления радиосигналов изображения и звука в общем тракте передатчика

ВВЕДЕНИЕ.

Глава I. ПРОБЛЕМЫ ПОСТРОЕНИЯ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ ПЕРЕДАТЧИКОВ С СОВМЕСТНЫМ УСИЛЕНИЕМ РАДИОСИГНАЛОВ ИЗОБРАЖЕНИЯ И ЗВУКА В СВЕТЕ РЕАЛИЗАЦИИ КОМПЛЕКСНОЙ ЦЕЛЕВОЙ ПРОГРАММЫ ПО СОЗДАНИЮ . НОВЫХ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ ТВ РАДИОСТАНЦИЙ

1.1. Обзор способов построения действующих телеви . зионных передатчиков с совместным усилением

1.2. Энергетические соотношения в усилительном каскаде, реализующем метод совместного усиления

1.3. Взаимные помехи при совместном усилении радиосигналов

1.4. Формулировка задач исследования

Глава П. ПУТИ ПОВЫШЕНИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

ТВ ПЕРЕДАТЧИКОВ С СОВМЕСТНЫМ УСИЛЕНИЕМ СИГНАЛОВ ИЗОБРАЖЕНИЯ И ЗВУКОВОГО СОПРОВОВДШИй.

2.1. Метод фазовой модуляции радиосигнала изображения . разностной частотой несущих изображения и звука . . •

2.2. Метод квадратурной модуляции радиосигнала изображения разностной частотой несущих изображения и звука

2.3. Сравнительная оценка методов совместного

- усиления радиосигналов изображения и звука

2.4. Пути реализации системы квадратурной модуляции

2.5. Экспериментальное исследование энергетических показателей ТВ передатчика с совместным усилением

2.6. Выводы.

Глава Ш. ВЗАИМНЫЕ ПОМЕХИ ПРИ СОВМЕСТНОМ УСИЛЕНИИ РАДИОСИГНАЛОВ ИЗОБРАЖЕНИЯ И ЗВУКОВОГО СОПРОВОЖДЕНИЯ

3.1. Нелинейность тракта и взаимные помехи при совместном усилении радиосигналов изображения и звука . ?х

3.1.1. Обзор методов анализа нелинейных искажений

3.1.2. Выбор аппарата анализа взаимных помех

3.2. Взаимные помехи при различных методах совместного усиления

3.3. Методы оценки взаимных помех

3.3.1. Анализ требований к испытательным сигналам

3.3.2. Создание испытательного сигнала,учитывающего особенности построения системы ЦТ.СЕКАМ.

3.4. Выводы.

Глава 1У. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ СНИЖЕНИЯ ВЗАИМНЫХ ПОМЕХ ПРИ СОВМЕСТНОМ УСИЛЕНИИ СИГНАЛОВ ИЗОБРАЖЕНИЯ И ЗВУКОВОГО СОПРОВОЖДЕНИЯ.

4.1. Анализ требований, предъявляемых к нелинейности общего тракта передачи

4.1.1. Комбинационные искажения, обусловленные нелинейностью амплитудной характеристики общего усилительного тракта

4.1.2. Комбинационные искажения, обусловленные неравномерностью дифференциально-фазовой характеристики общего усилительного тракта . ИЗ

4.1.3. Экспериментальное исследование комбинационных искажений в усилительном тракте . . .Ц

4.2. Новый метод подавления комбинационной помехи путём введения в спектр суммарного сигнала инвертированного нижнего бокового компонента сигнала цветности

4.2.1. Компенсация комбинационных искажений методом предкоррекции нелинейности общего усилительного тракта

4.2.2. Исследование возможности полного подавления комбинационной помехи в ТВ передатчике с совместным усилением

4.3. Пути реализации предложенного способа подавления помехи.

Сравнение методов подавления комбинационных помех

4.5. Выводы.

Глава У. НОВАЯ СИСТЕМА СОВМЕСТНОЙ ПЕРЕДАЧИ РАДИОСИГНАЛОВ ИЗОБРАЖЕНИЯ. И ЗВУКОВОГО СОПРОВОЖДЕНИЕ

5.1. Особенности передачи суммарного радиосигнала при наличии ограничения в общем усилительном тракте

5.2. Импульсная квадратурная модуляция радиосигнала изображения разностной частотой несущих изображения и звука

5.3. Особенности построения ТВ передатчика с совместным усилением

5.3.1. Требования к тракту совместного усиления и принципы его построения

5.3.2. Особенности построения предоконечного каскада общего тракта передачи

5.3.3. Особенности построения выходной фильтровой системы ТВ передатчика с совместным усилением

5.4. Особенности измерения качественных показателей

ТВ передатчика с совместным усилением

5.5. Комплексная экспериментальная проверка новой системы совместной передачи сигналов изображения и звука.

5.6. Технические показатели ТВ передатчика с совместным усилением

5.7. Выводы.,.

Быстрое развитие телевизионной сети Советского Союза требует создания новых радиопередающих устройств, отличающихся все большей надёжностью и простотой эксплуатации при сохранении их высоких технических показателей. Особенно остро эти проблемы встали в связи с внедрением в сеть телевизионного вещания автоматизированных телевизионных радиостанций, работающих без постоянного присутствия обслуживающего персонала.

Одним из вариантов построения телевизионных передатчиков, отвечающих требованиям повышенной надёжности и удобств в эксплуатации, является использование в них принципа совместной передачи радиосигналов изображения и звукового сопровождения через общий усилительный тракт.

Большинство действующих и выпускаемых промышленностью в СССР и ,за ру'Оежом телевизионных передатчиков (ТВП) пока имеют отдельные тракты изображения и звука. Поскольку радиоканал звукового сопровождения непосредственно примыкает по частоте к верхней полосе соответствующего радиоканала изображения, то широкополосная телевизионная передающая антенно-фидерная система одновременно используется и для передатчика звукового сопровождения. Совместная работа двух передатчиков с разными частотами на общую нагрузку осуществляется при помощи разделительного фильтра, предотвращающего взаимное влияние трактов и их перекрестную модуляцию [I, ю] .

Не менее целесообразным представляется использование для передачи сигналов изображения и звукового сопровождения и общего высокочастотного тракта усиления мощности, что позволит реализовать ряд преимуществ [2] : уменьшить количество оборудования, упростить эксплуатацию, повысить надёжность.

Совместное усиление сигналов изображения и звука давно и успешно применяется в телевизионных приёмниках, в маломощных ретрансляторах и в других областях телевизионной техники. Однако, в данных устройствах усиливаются слабые сигналы и энергетические показатели являются второстепенными.

Вопросы избыточности аппаратуры в действующих и изготовляемых ТБП давно привлекают к себе самое пристальное внимание специалистов. Режим совместного усиления в мощных передатчиках предлагался ещё в 50-х годах, но был тогда отвергнут из-за нецелесообразности реализации, требующей существенного снижения энергетических показателей и необходимости использования высоколинейных усилительных приборов с большим запасом мощности.

Действительно, при простом линейном суммировании^ двух сигналов результирующее значение амплитуды равняется сумме амплитуд каждого из сигналов в отдельности. Усилительные приборы общего тракта передачи должны быть рассчитаны на пиковую мощность пропорциональную квадрату результирующей амплитуды суммарного сигнала. Даже при принятом в последние годы соотношении мощностей сигналов изображения и звукового сопровождения 10:1, амплитуда суммарного сигнала возрастает в 1,316 раза. Следовательно, пиковая мощность передатчика при одновременной передаче сигналов изображения и звука должна быть повышена в 1,73 раза против исходного значения для передатчика изображения. При соотношении мощностей сигналов изображения и звука 5:1 требуемая пиковая мощность возросла бы в 2,09 раза.

Необходимость значительного повышения номинала мощности перех) Метод совместного усиления радиосигналов изображения и звука, использующий принцип их предварительного линеиного суммирования, в дальнейшем будем называть "аддитивным". датчика уже сама по себе представляет серьёзную проблему при создании передатчика с выходной мощностью в десятки киловатт. Этим,в частности, объясняется то, что при переходе к совместному усилению зарубежные фирмы резко снижают номинал выходной мощности устройства, превращая, например, передатчик изображения пиковой мощностью Ю кВт в совмещённый передатчик мощностью 3/0,3 кВт [з] ♦

Помимо энергетических осложнений при совместном усилении сигналов изображения и звукового сопровождения возникает проблема взаимных помех, обусловленных в основном нелинейностью общего усилительного тракта. Как известно [56] , совместная передача двух и более сигналов через нелинейных тракт передатчика сопровождается нелинейными искажениями, которые проявляются в возникновении на его выходе колебаний гармонических и комбинационных частот, расположенных как внутри, так и вне рабочей полосы частот данного канала связи. Указанные нежелательные колебания создают помехи либо собственной информации передатчика, либо - информации, передаваемой другими радиотехническими системами.

Согласно рекомендациям МЭК [?о] и терминологии, приведённой в [Лб] » радиоизлучения на частотах примыкающих к необходимой зО полосе частот у канала связи, являющиеся результатом модуляции, относятся к категории внеполосных излучений. Все другие излучения, расположенные за пределами необходимой полосы частот, за исключением внеполосных излучений относятся к категории побочных излучений. В эту группу излучений входят: гармонические излучения, паразитные излучения и нежелательные продукты взаимной модуляции, удалённые от необходимой полосы частот канала связи. и) Необходимая полоса частот - ширина полосы частот для данного класса излучения,которая как раз достаточна для обеспечения передачи информации с такой скоростью и таким качеством, которые требуются при определённых условиях [48] .

Реальный тракт передачи помимо излучения паразитных колебаний гармонических и комбинационных частот сам подвержен воздействию посторонних источников различного вида помех, которые в отличие от нелинейных искажений, возникающих в результате детерминированного нелинейного преобразования, носят случайный характер. Следует, однако отметить, что если нелинейный тракт является общин для нескольких каналов (например, групповой усилитель в многоканальных системах связи), то продукты нелинейности одного из каналов, лежащие в полосе пропускания другого канала, принято считать уже не искажениями, а помехами, так как они не могут быть предсказаны на основе известного сигнала, поступающего на вход исследуемого канала связи [26~] .

По аналогии с принятой в многоканальных системах связи терминологией, побочные продукты ТВ передатчика с совместным усилением, возникающие в результате нелинейной интерференции модулированных несущих изображения и звукового сопровождения и приводящие к искажениям передаваемой составляющими суммарного радиосигнала полезной информации, будем условно называть взаимными помехами, которые по виду нелинейного эффекта можно подразделить на [14] : перекрестные, выражающиеся в переносе информации с одной модулированной несущей суммарного радиосигнала на другую; комбинационные (или вида взаимной модуляции*^), возникающие в результате взаимодействия несущих частот входных сигналов, частот, формирующих несущие, характерных частот для данного передатчика и гармоник вышеперечисленных колебаний. к) Термин "взаимная модуляция" имеет весьма общий характер и соответствует любой комбинационной составляющей искажений независимо от её спектрального расположения 1337 • Таким образом, "комбинационные помехи являются частным случаем более широкого класса "комбинационных искажений".

В телевизионном передатчике, где ВЧ колебания модулированы по частоте или амплитуде, играют роль оба вида взаимных помех.Хотя они взаимосвязаны, количественная связь между ними не очевидна. С другой стороны, не очевидна связь между такими нормируемыми в телевизионных передатчиках показателями как дифференциальное усиление и дифференциальная фаза и упомянутыми помехами. При исследовании помех в условиях совместного усиления необходимо считаться с тем, что реально в общем тракте имеются три частотных компонента с существенными уровнями - несущая изображения, несущая звукового сопровождения и цветовая поднесущая. Наличие трёхтонового сигнала не исчерпывает трудностей в оценке взаимных помех. В условиях работы усилителя мощности в режиме класса В взаимные помехи могут быть обусловлены не только нелинейностью рабочего участка амплитудной характеристики, но и перекрестной модуляцией за счёт пульсаций напряжений на электродах ламп, создаваемой проходящими через них низкочастотными токами, если сопротивления в цепях питания для соответствующих компонентов тока не равны нулю [l5] •

Несмотря на вышеизложенные трудности в последнее время вновь наметился большой интерес к режиму совместного усиления сигналов, что обусловлено следующими причинами: изменилось нормируемое соотношение мощностей радиосигналов изображения и звукового сопровождения с 2:1 до 10:1, а согласно последним предложениям до 20:1 [öl ; улучшилась линейность современных усилительных приборов; упростилась реализация схем предкоррекции нелинейности в связи с применением модуляции на промежуточной частоте (ПЧ).

Как показывает обзор литературы, ведущие фирмы ФРГ, Англии, Франции приступили к серийному изготовлению передатчиков с общим высокочастотным трактом усиления сигналов изображения и звука

3, II, 1б] . Большие работы в этом направлении проводятся в настоящее время в США и Чехословакии [12,13] .

В качестве недостатков уже выпускаемых за рубежом передатчиков с совместным усилением отмечается неизбежное снижение номинальной мощности и КПД, обусловленное необходимостью расширения динамического диапазона усилительного прибора при передаче суммарного сигнала, а также существенное повышение требований к линейности общего тракта усиления с целью уменьшения уровня комбинационных продуктов, часть из которых оказывается в рабочей полосе частот. Обеспечение необходимого уровня (не выше -51 дБ) комбинационных помех достигается переводом работы усилителя мощности из режима класса Б в неэффективный режим класса А и включением дополнительной прецизионной системы предкоррекции, снижающей нелинейность на 10-20 дБ [г] .

В упомянутых зарубежных передатчиках с совместным усилением нового поколения энергетические показатели стараются улучшить путём создания так называемых ультралинейных ламп для работы в классе В, причём для умощнения анодов от принудительно-воздушного охлаждения переходят к испарительному охлаждению. Так как испарительное охлаждение экономичней воздушного, оно в известной степени компенсирует избыточное, за счёт совместного усиления, потребление мощности

Необходимость создания новых ламп или снижение мощности передатчика, отказ от воздушного охлаждения делают преимущества совместного усиления в его существующем за рубежом виде спорными.

С целью улучшения энергетических соотношений в мощных телевизионных передатчиках советскими специалистами Э.С.Глазманом и А.И.Файнштейном был предложен новый метод совместного усиления радиосигналов изображения и звука путём специального формирования их суммарного сигнала [5] . Этот метод заключается в том, что для уменьшения пиковой амплитуды передаваемого сигнала используется фазовая3^ модуляция радиосигнала изображения сигналом разностной частоты несущих изображения и звука. С участием автора данный метод получил дальнейшее развитие, претерпев ряд принципиальных усовершенствований, на основе которых создана новая система модуляции для ТБ передатчиков с совместным усилением сигналов изображения и звукового сопровождения [зб] . На указанное техническое решение Комитетом по делам изобретений и открытий выдано авторское свидетельство [59].

Второй задачей, подлежащей решению в ТБ передатчиках с совместным усилением в общем тракте сигналов изображения и звукового сопровождения, является снижение уровня возникающих при этом взаимных помех. Для решения этой проблемы автором и Э.С.Глазманом предложено устройство подавления комбинационной помехи в ТБП с совместным усилением, на которое Комитетом по делам изобретений и открытий также выдано авторское свидетельство Гб] . Суть метода заключается в искусственном добавлении в суммарный радиосигнал изображения и звука инвертированного нижнего бокового компонента сигнала цветности.

Для решения двух вышеизложенных основных проблем - повышения энергетических показателей ТБП и уменьшения взаимных помех - оказалось необходимым, в связи с отсутствием в литературе, исследование дополнительных вопросов, относящихся к поиску простых аналитических методов оценки искажений и формулировке требований к методам испытаний ТБП с совместным усилением и к испытательным сигнан) Строго такую модуляцию следует называть амплитудно-фазовой, поскольку амплитуда результирующего колебания также изменяется в процессе модуляции. лам. Сказанное выше и определило основные вопросы, подлежащие решению в настоящей диссертационной работе. К ним относятся: обзор современного состояния техники построения ТВ передатчиков с совместным усилением; анализ проблем построения ТВ передатчиков с совместным усилением, подлежащих решению; исследование и поиск новых методов повышения энергетической эффективности ТВ передатчиков с совместным усилением; выбор методов исследования и анализ взаимных помех при совместном усилении сигналов изображения и звука; исследование и обоснование новых методов подавления взаимных помех при совместном усилении радиосигналов изображения и звукового сопровождения; создание, исследование и практическая реализация новой системы модуляции в ТВ передатчиках с совместным усилением; анализ требований к методам измерений качественных показателей ТВ передатчиков с совместным усилением и создание испытательных сигналов для их проверки.

Работа состоит из пяти глав. В первой главе дан обзор принципов построения современных, в основном зарубежных, ТВП с совместным усилением и рассмотрены сопутствующие их созданию проблемы.

Вторая глава диссертационной работы посвящена исследованию возможности повышения энергетической эффективности ТВП с совместным усилением путём видоизменения системы модуляции передаваемого сигнала. Проведён сравнительный анализ различных методов совместного усиления и на его основе выбран оптимальный. Полученные теоретические результаты подтверждены экспериментом.

В третьей главе выбран и обоснован аппарат анализа нелинейных искажений при совместном усилении сигналов изображения и звукового сопровождения и на его основе проведены исследования взаимных помех при рассмотренных во второй главе новых методах совместного усиления. Во второй части главы сформулированы требования к испытательным сигналам и методам измерений качественных показателей ТБП с совместным усилением, работающих по системе ЦТ СЕКАМ.

Б четвёртой главе проведён анализ методов снижения взаимных помех при совместном усилении сигналов изображения и звукового сопровождения. Б первой части главы исследована зависимость уровня комбинационных искажений от нормируемых в ТБП дифференциального усиления и дифференциальной фазы и определены их допустимые величины. Вторая часть главы посвящена обоснованию и практической реализации нового метода подавления взаимных помех. Основные теоретические выводы этой главы подтверждены экспериментами.

В пятой главе диссертации, на основе результатов, полученных в предыдущих главах, проведено теоретическое исследование новой системы совместной передачи сигналов изображения и звукового сопровождения и произведена её комплексная экспериментальная проверка* Сформулированы требования к тракту совместного усиления передатчика с квадратурной модуляцией и рассмотрены особенности построения его мощных усилительных каскадов и выходной фильтровой системы. Б заключение главы приведены технические показатели ТВ передатчика с совместным усилением, полученные в результате Государственных испытаний образца автоматизированной телевизионной радиостанции Ш ТВ диапазона мощностью 5/0,5 кВт, реализующего основные принципы предложенной системы совместной передачи.

В результате диссертационной работы получены следующие новые научные результаты: проведено всестороннее теоретическое исследование новой системы повышения энергетической эффективности передатчиков с совместным усилением и разработано устройство, реализующее метод квадратурной модуляции радиосигнала изображения сигналом разностной частоты несущих изображения и звука; предложено принципиальное усовершенствование метода квадратурной модуляции и проведено его комплексное экспериментальное исследование. Показано, что при ограниченной мощности усилительных приборов принцип импульсной квадратурной модуляции даёт возможность повышения пиковой выходной мощности передатчика на 25-30 % по сравнению с аддитивным способом передачи. При этом, импульсная квадратурная модуляция, не оказывая влияния на уровень комбинационных искажений, уменьшает перекрестные помехи в зависимости от выбранных соотношений при формировании суммарного сигнала на 3-6 дБ; предложен и создан новый метод подавления комбинационных помех, эффективность которого не зависит от нелинейности общего тракта передачи и не требует его широкополосности. Разработано устройство, реализующее данный метод и проведены его теоретические и экспериментальные исследования; выбран и обоснован аппарат анализа комбинационных искажений при совместном усилении радиосигналов изображения и звука, пригодный для оценки искажений, как при новых методах построения ТВ передатчиков, так и при обычном аддитивном методе. Получены аналитические выражения, связывающие уровень взаимных помех с нелинейностью общего тракта передачи. Показано, что при задании на совместный усилительный тракт современных норм по дифференциальному усилению и дифференциальной фазе не удаётся гарантировать уровень комбинационных помех -51 дБ без применения дополнительной пред-коррекции нелинейности; на основе проведённого анализа зависимости уровня комбинационных искажений от характера нелинейности тракта передачи предложен и обоснован двухуровневый испытательный сигнал для проверки ТВП с совместным усилением, учитывающий особенности построения системы ЦТ СЕКАМ. Указанный испытательный сигнал одобрен Международным электротехническим комитетом (МЭК) и рекомендован им к применению [бЗ] ; проведено комплексное экспериментальное исследование новой системы совместной передачи сигналов изображения и звукового сопровождения в промышленном ТВ передатчике. В результате экспериментальных исследований принципа импульсной квадратурной модуляции показана его практичность и подтверждена возможность переоборудования выпускаемых промышленностью ТВП с раздельным усилением в режим совместной передачи без ухудшения их энергетических показателей и снижения пиковой выходной мощности. Экспериментальная проверка устройства подавления помех, в котором также реализовано новое техническое решение, показала, что на его основе могут быть выполнены ТВП с совместным усилением на существующих усилительных приборах без требований к улучшению их линейности, а, следовательно, с полным использованием по мощности и в энергетически эффективных режимах.

На защиту выносятся:

I. Анализ проблем построения ТВ передатчиков с совместным усилением сигналов изображения и звукового сопровождения, в результате которого показано, что: при нормируемом соотношении мощностей сигналов изображения и звука 1:0,1 перевод усилителя модулированных колебаний канала изображения в режим совместной передачи по тривиальной аддитивной системе сопровождается снижением его электронного КПД на 15-20 % и увеличением мощности, рассеиваемой на аноде лампы, в 1,5-1,6 раза; при современных нормах на дифференциальные искажения ТВ передатчика не удаётся гарантировать уровень комбинационных помех -51 дБ без применения специальных систем предкоррекции нелинейности общего тракта передачи.

2. Сравнительный анализ энергетических показателей ТВ передатчика при различных методах совместного усиления сигналов изображения и звукового сопровождения,на основе которого показано, что: при ограниченной пиковой мощности выходного усилительного прибора метод квадратурной модуляции позволяет реализовать в 1,3 раза более мощный передатчик с совместным усилением, чем обычный аддитивный способ передачи; применение метода фазовой модуляции, который в получении заданной пиковой мощности несколько превосходит систему квадратурной модуляции, ограничено необходимостью расширения спектра передаваемых частот и трудностями, связанными с подавлением побочных излучений ТВ передатчика;

3. Результаты теоретических и экспериментальных исследований взаимных помех при совместном усилении радиосигналов изображения и звукового сопровождения: выбран и развит применительно к ТВП с совместным усилением аппарат анализа взаимных помех, основанный на полиномиальной аппроксимации амплитудной и дифференциально-фазовой характеристик общего тракта передачи и использовании понятия комплексной огибающей суммарного сигнала; показано, что при передаче суммарного сигнала, сформированного методом квадратурной модуляции, перекрестные помехи сигналам изображения и звукового сопровождения уменьшаются по сравнению с аддитивным методом соответственно на 0-3,0 дБ и 3,0-6,0 дБ; уровень комбинационных помех при всех рассмотренных способах совместного усиления остаётся неизменным; получены аналитические выражения, связывающие уровень комбинационных искажений с нормируемыми в ТВ передатчиках параметрами: дифференциальным усилением и дифференциальной фазой, Показано,что для удовлетворения требований к уровню взаимных помех между сигналами изображения и звукового сопровождения нелинейные искажения общего усилительного тракта, измеренные его дифференциальным усилением и дифференциальной фазой, в зависимости от характера нелинейности должны составлять менее 2-5% и 1-3 то есть предусмотренные стандартом нормы на дифференциальные искажения ТВ передатчиков с раздельным усилением должны быть улучшены на 15-Ю дБ; показано, что принцип предварительной коррекции нелинейности общего усилительного тракта обеспечивает снижение комбинационных помех не более, чем на 20 дБ; в случае необходимости дополнительного подавления помех приходится прибегать к прямому улучшению линейности тракта совместного усиления путём перевода усилительных приборов в неэкономичный режим работы класса А или снижения номинальной выходной мощности передатчика; предложен и реализован новый метод подавления комбинационной помехи, основанный на квадратурной модуляции радиосигнала яркости сигналом цветности, обеспечивающий полное подавление помехи при любой нелинейности общего тракта передачи, что открывает возможность создания ТВ передатчиков с совместным усилением на существующих лампах, без требований к улучшению их линейности, а, следовательно с полным использованием их по мощности и в энергетически эффективных режимах; предложен и обоснован двухуровневый испытательный сигнал для оценки комбинационных помех в ТВ передатчиках с совместным усилением, предназначенных для вещания по системе ЦТ СЕКАМ, который учитывает особенности построения данной системы и достаточно чувствителен к нелинейным искажениям тракта передачи.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований, проведённых в процессе создания и внедрения в промышленный образец ТВ передатчика новой системы совместного усиления сигналов изображения и звукового сопровождения, основанной на импульсной квадратурной модуляции радиосигнала изображения сигналом разностной частоты несущих изображения и звука и квадратурной модуляции радиосигнала яркости сигналом цветности; на основе анализа энергетических соотношений в усилителе мощности показано, что его электронный КПД при совместном усилении методом импульсной квадратурной модуляции по сравнению с аддитивным способом возрастает на 15,0-20,0 на основе анализа взаимных помех показано, что комбинационная помеха в предложенной системе совместной передачи подавляется полностью, а перекрестная помеха радиосигналу звукового сопровождения даже при полном ограничении суммарного радиосигнала по линии вершин синхронизирующих импульсов составляет всего 15 %, что создаёт возможность её компенсации путём предварительной коррекции; при аддитивном способе совместного усиления и аналогичном ограничении суммарного радиосигнала перекрестная помеха достигает 35 экспериментальными исследованиями, проведёнными на промышленном ТВ передатчике с выходной мощностью сигнала изображения 5 кВт и мощностью сигнала звукового сопровождения 0,5 кВт установлено, что потребляемая ТВП мощность сохранилась на том же уровне, что и у аналогичного по своему функциональному назначению передатчика с раздельным усилением; уровень комбинационных помех составил -55 «

-60 дБ; уровень перекрестной помехи радиосигналу звукового сопровождения - 3-5 %т

5. Рекомендации по методам снижения побочных излучений теле-виаионных передатчиков с совместным усилением. Выработка требований к построению устройств: формирования амплитудно-частотных характеристик; объединения ВЧ сигналов; выходных фильтровых систем; снижения взаимных помех; контроля и измерения качественных показателей ТВП. Теоретические и экспериментальные исследования, проведённые в диссертационной работе были тесно связаны с их практическим применением. На основе внедрения устройств импульсной квадратурной модуляции и подавления взаимных помех впервые в отечественной практике построен и сдан в эксплуатацию передатчик с совместным усилением автоматизированной телевизионной радиостанции мощностью 5/0,5 кВт 1 частотного диапазона с энергетическими показателями практически не уступающими ТВП с раздельным усилением сигналов и не требующим дополнительных мер к улучшению линейности общего тракта передачи. Указанный ТВП создан на базе реконструкции серийно выпускаемой радиостанции 5/1 кВт с раздельным усилением, то есть без снижения номинальной выходной мощности передатчика изображения. Взамен ис« ключённых из ТВП мощного высокочастотного тракта передатчика звукового сопровождения с цепями питания и блокировки и крупногабаритного, трудоёмкого в изготовлении и настройке СШЧ разделительного фильтра введены две малогабаритные печатные платы с фиксированной настройкой для всех телевизионных каналов и два простейших режекторных фильтра с частотами настройки, расположенными вне рабочей полосы канала связи.

Опыт построения ТВП А1РС 5/0,5 кВт может быть распространён как на создание новых типов радиостанций, так и на модернизацию выпускаемых промышленностью телевизионных передатчиков путём переоборудования их для режима совместного усиления.

Материалы диссертации положены в основу реализации комплексной целевой программы по решению научно-технических проблем 0.26. 05, утверждённой Государственным комитетом по науке и технике и Госпланом СССР II.12.81 г., задание 05.01, п.И.2а: "Создание и освоение в производстве ТВ радиостанции 50/5 кВт 1,ПД диапазонов с совместным усилением сигналов изображения и звукового сопровождения".

Результаты проведённых исследований нашли применение в трёх научно-исследовательских работах, посвященных решению вопросов совместной передачи сигналов изображения и звука, а также использованы при разработке стандарта СЭВ, определяющего основные параметры телевизионных радиопередатчиков и методы их измерений.

Общий экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы составляет по оценке Министерства связи СССР ориентировочно 30 тыс.рублей на одно изделие. При плановом серийном выпуске 20 радиостанций в год экономия составит примерно 600 тыс. рублей. Указанный экономический эффект не учитывает полученного опережения на 8-10 лет планируемого срока внедрения метода совместного усиления в Народное хозяйство и соответствующей экономии затрат, связанных с необходимостью разработки высоколинейных генераторных ламп и специальных систем предкоррекции искажений.

Материалы диссертации опубликованы в пяти научно-технических статьях, двух описаниях изобретений к авторским свидетельствам и доложены на трёх научно-технических конференциях НТОРЭС им. A.C. ПОПОВА: двух Ленинградских Областных (1978,1980 гг.) и Московской Всесоюзной (1983 г.).

5.7. Выводы

1. Предложена и теоретически обоснована новая система совместной передачи сигналов изображения и звука, которая при сохранении высоких энергетических показателей ТВ передатчика достаточно эффективно решает проблему компенсации комбинационных и перекрестных помех. На устройство реализации системы импульсной квадратурной модуляции, предложенной с участием автора, Комитетом по делам изобретений и открытий выдано авторское свидетельство.

2. Экспериментальные исследования, проведённые на ТВ передатчике с пиковой выходной мощностью сигнала изображения 5 кВт и мощностью сигнала звукового сопровождения 0,5 кВт подтвердили возможность переоборудования выпускаемых промышленностью ТВ передатчиков для совместного усиления без снижения выходной мощности и без дополнительных требований к их линейности.

3. Государственные испытания и последующая эксплуатация радиостанции АТРС 5/0,5 кВт, в которой реализованы вышеуказанные новые принципы построения телевизионных передатчиков с совместным усилением, показали достаточную практичность системы импульсной квадратурной модуляции и устройств подавления взаимных помех: потребляемая ТВП мощность сохранилась на том же уровне, что и у к) В ТВ передатчиках под промышленным КЦД понимают отношение суммарной колебательной мощности трактов изображения при передаче уровня гашения и звукового сопровождения к полной мощности, потребляемой в этом режиме работы радиостанцией в целом. аналогичного по своему функциональному назначению передатчика с раздельным усилением; уровень комбинационных помех составил - 55-60 дБ; уровень перекрестной помехи радиосигналу звукового сопровождения - 3 - 5 %.

- 193 -ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Материалы диссертации являются результатом работы автора в области мощных телевизионных радиопередающих устройств и положены в основу реализации комплексной целевой программы 0.26,05, утверждённой Государственным комитетом по науке и технике и Госпланом СССР II.12.81 г., в части создания и освоения в производстве отечественных автоматизированных ТВ радиостанций с совместным усилением сигналов изображения и звукового сопровождения, отвечающих современным требованиям повышенной надёжности, уменьшения количества оборудования и обеспечения удобств в эксплуатации.

Благодаря использованию результатов данной работы впервые в народном хозяйстве создан телевизионный передатчик с совместным усилением АТРС 5/0,5 кВт, обеспечивающий длительное, в течение 1«2-х месяцев, высококачественное ТВ вещание без постоянного присутствия обслуживающего персонала. Указанный передатчик построен на базе реконструкции аналогичной по своему назначению ТВ радиостанции АТРС 5/1 кВт и обладает качественно новыми для данного класса оборудования характеристиками: пониженной потребляемой мощностью и эксплуатационно устойчивым подавлением комбинационных помех.

В целом, все изложенные в диссертации принципы и положительные свойства новой системы совместного усиления радиосигналов изображения и звукового сопровождения в общем тракте передатчика нашли своё экспериментальное и эксплуатационное подтверждение.

Наиболее существенные новые научные и практические результаты диссертационной работы по мнению автора состоят в следующем:

I. На основе анализа проблем построения ТВ передатчиков с совместным усилением сигналов изображения и звукового сопровождения показано, что при нормируемом соотношении мощностей сигналов изображения и звука 10:1 перевод усилителя модулированных колебаний канала изображения в режим совместной передачи по аддитивной системе сопровождается снижением его электронного КПД на 15,0 -20,0 % и увеличением мощности, рассеиваемой анодом лампы в 1,5 -1,6 раза.

2. Проведены теоретические и экспериментальные исследования возможности повышения энергетической эффективности ТВ передатчиков с совместным усилением путём видоизменения способа формирования суммарного радиосигнала изображения и звука. Получены расчётные соотношения для энергетических показателей ТВП при различных способах совместного усиления. Показано, что наиболее эффективным из них является метод импульсной квадратурной модуляции радиосигнала изображения сигналом разностной частоты несущих изображения и звука, который на одних и тех же усилительных приборах позволяет реализовать в 1,3 раза более мощный передатчик с совместным усилением, чем обычный аддитивный способ.

3. Разработана методика расчёта комбинационных составляющих в ТВ передатчиках с совместным усилением сигналов изображения и звукового сопровождения с помощью полиномиальной аппроксимации амплитудной и фазоамплитудной характеристик общего тракта передачи и использовании понятия комплексной огибающей узкополосного сигнала. Указанная методика может быть использована как при обычном аддитивном, так и при новых способах формирования суммарного радиосигнала.

4. Получены аналитические выражения для уровней комбинационных помех при различных способах совместного усиления сигналов изображения и звука. Показано, что при современных нормах на нелинейные искажения ТВ передатчика не удаётся гарантировать уровень комбинационных помех -51 дБ без применения дополнительной предкоррекции нелинейности общего тракта передачи.

5. Предложен и теоретически обоснован новый метод подавления комбинационных помех, основанный на введении в спектр суммарного радиосигнала инвертированного компонента нижней боковой полосы сигнала цветности. Разработано устройство, реализующее данный метод и проведены его экспериментальные исследования. На указанное техническое решение Комитетом по делам изобретений и открытий выдано авторское свидетельство.

6. Для оценки уровня комбинационных помех в передатчиках с совместным усилением, предназначенных для вещания по системе ЦТ СЕКАМ, предложен и обоснован двухуровневый испытательный сигнал, который учитывает особенности построения данной системы и достаточно чувствителен к нелинейным искажениям тракта. Указанный двухуровневый сигнал признан МЭК и рекомендован им для испытаний ТВП с совместным усилением, работающих по системе ЦТ СЕКАМ.

7. Предложена и создана новая система совместного усиления радиосигналов изображения и звукового сопровождения, основанная на импульсной квадратурной модуляции радиосигнала изображения сигналом разностной частоты несущих изображения и звука и квадратурной модуляции радиосигнала изображения сигналом цветности. На устройство реализации системы импульсной квадратурной модуляции, предложенной с участием автора, Комитетом по делам изобретений и открытий выдано авторское свидетельство.

8. Разработанная в диссертации система совместного усиления сигналов изображения и звука внедрена в промышленный образец ТВ передатчика АТРС 5/0,5 кВт Ш частотного диапазона, который прошёл Государственные испытания и рекомендован Министерством связи СССР для серийного производства на предприятиях отрасли. Результаты испытаний и последующая эксплуатация ТВ передатчика показали практичность предложенных принципов его построения и стабильность рабочих параметров внедренных в него устройств.

9. Ожидаемый экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы при плановом серийном выпуске 20 радиостанций в год составляет примерно 600 тыс.рублей.

А . К. Т о внедрении результатов диссертационной работы А.А.Попова "Исследование вопросов совместной передачи сигналов изображения и звукового сопровождения через общее радиопередающее устройство" в образец передатчика мощностью . 5/0,5 кВт автоматизированной телевизионной радиостанции Ш частотного диапазона (АТРС 5/0,5-Ш)

В 1980-81 гг. предприятием п/я А-7672 по техническому заданию Министерства связи СССР был создан образец новой автоматизированной телевизионной радиостанции с передатчиком мощностью 5/0,5 кВт для Ш частотного диапазона. Согласно технического задания передатчик этой радиостанции первоначально был запроектирован б обычном варианте раздельного, усиления сигналов изображения и звукового сопровождения.

Учитывая тенденции современной мировой техники, разработчиками по их инициативе было предложено выпустить образец этого передатчика в наиболее прогрессивном исполнении - с совместным усилением сигналов изображения и звукового сопровождения. В отличив от зарубежной практики, использующей в системе совместного усиления ноЕые специальные высоколинейные генераторные лампы с пароиспарительным охлаждением, микропроцессоры и др., А.А.Поповым шесте с другими разработчиками была предложена новая оригинальная система модуляции. Соавтором двух изобретений, положенных в основу новой системы модуляции, непосредственно был А.А.Попов; им выполнена теоретическая и экспериментальная, часть исследований этой системы, являющаяся содержанием диссертационной работы.

Данная система модуляции (так наз.квадратурная модуляция сигнала изображения разностной частотой между несущей сигналов яркости и звукового сопровождения), действующая по предложению А.А.Попова б моменты прохождения синхронизирующих импульсов, снизила энергетические потери, свойственные совместной передаче двух сигналов; с участием А.А.Попова была предложена также эффективная система подавления интермодуляционных помех, основанная на соответствующей обработке совместного сигнала.

Предложенная и внедрённая в образец АТРС 5/0/5 Ш диапазона на основе работ А.А.Попоьа система модуляции позволила быстро и эффективно форсировать развитие в этой области отечественной техники ТВ передатчиков, избавиться от процесса создания и освоения новой элементной базы, который сулил зарубежный опыт.

Государственные испытания образца нового передатчика, включая его опытную эксплуатацию^показали хорошие результаты. Передатчик рекомендован для серийного производства.

Экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы А.А.Попова составит, при плановом годовом выпуске 20 шт. , передатчиков примерно 600 тыс.рублей. Этот эффект не учитывает полученного опережения на несколько лет выпуска отечественного передатчика с совместным усилением, и соответствующей экономии ставшими ненужными затрат по созданию новой элементной базы.

Настоящий акт составили:

Главный инженер ГКРУ И.В.Логинов

Начальник отдела

Начальник технического отдела ГКРУ телевидения ГКРУ

В.В.Дудкйн

1. Глазман Э.С., Файнштейн А.Л» Устройство для формирования сигналов изображения и звукового сопровождения. Авторское свидетельство № 660300 от 30.04.79. Официальный бюллетень Государственного Комитета СССР по делам изобретений и открытий № 16, 1979.

2. Документ MKKP II/1049. Характеристики телевизионных систем, ХП пленарное заседание. Женева, 1974.

3. Кривошеев М.И. Основы телевизионных измерений. М.: Связь, 1976. - 536 с.

4. Радиопередающие устройства /Под редакцией Г. А.3ейтленка. -М. :Связь, 1969. 542 с.п. Lj/<уу UHF Television TiansmiПег M^^coni BzodcaséLny TiansmUiez systems, S73/Ç, 14??.

5. Osizoii y. XF ÎOiP hexing o4 Teeebision

6. TzansmiUeis- Tehni^ues and /1 ppficaùon.--ïnieznationae ßzodeasi Engt n ее z, /Щ 16Ç, P 62-37.

7. Богданович Б.М. Нелинейные искажения в приёмно-усилительных устройствах. М.: Связь, 1980. - 280 с.

8. Попов A.A. О необходимой ширине полосы радиотракта мультиплексного ТВ. передатчика. Техника средств связи. Сер.ТРС, 1983, № 6, с.36-47.

9. Каталог фирмы " Jha mso п-es F " UHF TeêetrisLOn Jzans/nUiUng. Ëguipmeni . TKEM81 ZQ KW UHF bands 1- Ü - Ш , 1979.

10. Сидоров Б.M., Кудашов В.Н. Метод определения спектра в устройствах с амплитудно-фазовой конверсией. Радиотехника, 1976,4, с. 10-17.

11. Cha 6а пев Píeue. S us {eme d'omp&J-Lcaéíon de<; signauxbídeo eí aucUo-j-xeyaence, e-L eme leu г de he ее veston ué¿e¿sctn{ un íee suséerne. r/iomson-csf, H04, Ы5/Ыл л/7116536,Z2.12.18.

12. Патент США № 41685II от 18.09.1979. Том 986 № 3. Системасовместного усиления сигналов изображения и звука.

13. Глазман Э.С., Козловский М.М., Попов А.А. Проблемы построения ТВ передатчиков с совместным усилением сигналов изображения и звукового сопровождения. Техника средств связи. Сер.ТРС, 1980, № 5, с.15-23.

14. Андреев B.C. Теория нелинейных электрических цепей. М. . : Связь, 1972. - 328 с.

15. Документ МЭК Ш/УНбЪ ($) 5Z.$7af¿- fuppePemenl iО TEC puêâica écon Z^^-S'j Sec é ¿on Seu-en. Unurcinied modaEa {¿on• 7néezmodufaiion, 19723 • FEal W- Beuliectung 1 niezmoda ea {¿on s $eséoi-é-ez feinsehtfiZdez. RundfünKéechmsche

16. MU4ei€ungen, 1ÇTh a/Z, s. 62-6?.

17. Новаковский C.B. Стандартные системы цветного телевидения. M.: Связь, 1976. 368 с.

18. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Сов. радио, 1976. - 672 с.

19. Назаров М.В., Кувшинов Б.И., Попов О.В. Теория передачи сигналов. М.: Связь, 1970. - 368 с.

20. Грибов Э.Б. Нелинейные явления в приёмо-передающем тракте аппаратуры связи на транзисторах. М.: Связь, 1971. - 243 с.

21. Бруевич А.Н., Евтянов С.й. Аппроксимация нелинейных характеристик и спектры при гармоническом воздействии. М.: Сов.рарадио, 1965. 344 с.

22. Тихомиров С.Г. Анализ и синтез нелинейного безынерционного усилителя двухчастотного сигнала. Вопросы радиоэлектроники. Серия ТРС, 1974, вып.б, с.133-141.

23. Сидоров В.М. Взаимодействие двух гармонических колебаний в нелинейных узкополосных устройствах. Электросвязь, 1967, № 5, с.60-67.

24. Котырев В.А. Расчёт спектра комбинационных частот и коэффициентов подавления в СВЧ усилителях в случае двух и трёх сигналов.- Вопросы радиоэлектроники. Серия ХП, i960, № 5, с.16-32.

25. Касавина Р.Л. К расчёту составляющих взаимной модуляции при многочастотном воздействии. Вопросы радиоэлектроники. Серия ТРС, 1973, вып.2, с.120-124.

26. Симоне К. Простые соотношения между составляющими искажений в усилителях. Труды института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике, 1970, том 58, № 7, с.95-111.

27. Голубев В.Н. Эффективная избирательность радиоприёмных устройств. М.: Связь, 1978. - 240 с.

28. Кушнир В.Ф., Ферсман Б.А. Теория нелинейных электрических цепей. М.: Связь, 1974* - 384 с.

29. Глазман Э.С., Попов A.A. Новая система модуляции для ТВ передатчиков с совместным усилением сигналов изображения и звукового сопровождения. Электросвязь, 1982, № 12, с.32-39.

30. Савин С.К. К гармоническому анализу безынерционных нелинейных схем. Радиотехника, 1967, том. 22, № I, с. 10-14.

31. Якимович В.И. Восстановление характеристик мгновенных значений по амплитудным характеристикам нелинейного безынерционного элемента. Вопросы радиоэлектроники. Сер.ТРС, 1975, вып.2,с,66-74.

32. Базенков Н.И. Анализ структуры и расчёта спектров нелинейного взаимодействия суммы синусоидальных колебаний. Томск.: Издательство Томского университета, 1975. - 86 с.

33. Бородич С.Б. Искажения и помехи в многоканальных системах ра. диосвязи с частотной модуляцией. М.: Связь, 1976. - 256 с.

34. Иванов Б.К. Перекрёстные искажения и дифусиление в тракте ТБ . ретрансляторов. Электросвязь, 1976, № 3, с.75-79.

35. Калинин Л.Б., Тихомиров С.Г. Сравнение показателей линейности ВЧ трактов передатчиков ОБП и телевизионных передатчиков.-В кн: Полупроводниковые приборы в технике электросвязи. М., 1976, вып.18, с.131-136. . .

36. Глазман Э.С., Воробьёв A.A. Модуляционные искажения в телевизи-. онных передатчиках. Электросвязь, 1973, № 4, с.33-42.

37. Арделян Н.Г., Кац A.M. Расчёт составляющих выходного сигнала ЛЕВ при многосигнальном воздействии. Электронная техника. Сер.1, электроника СВЧ, 1971, № 3, с.45-53.

38. Якимович Б.И., Барышникова Г.И. Гармонический анализ с помощью ЭЦВМ при полиномиальной аппроксимации характеристики нелинейного безынерционного элемента. Вопросы радиоэлектроники. Сер.ТРС, 1974, вып.2, с.61-67.

39. Котельников В.А., Николаев А.М. Основы радиотехники, часть П, М.: Связь, 1954. 307 с.

40. Гольдин С.М. О преобразовании суммы гармонических колебаний четырёхполюсника с комплексной нелинейностью. Радиотехника, 1971, том 26, № II, с.42-51.

41. Общесоюзные нормы на уровни побочных излучений радиопередатчиков всех категорий и назначений. М.: Связь, 1972.

42. Козловский М.М., Попов A.A. Комбинационные искажения при совместном усилении радиосигналов изображения и звука. Электросвязь, 1979, № 2, с.38-42.

43. ГОСТ 19432-74. ТВ цветное. Основные параметры ТВ вещания. Введён с 01.01.75.

44. Документ МЭК. 12С/ vV63 (Seczeia zcj) до, mazch,

45. Lehnezé в. Methode îu? Messung aussage-fàh'LÇjZZ Kieaimodafationwezie von Feznseh-send em. Neues von Rohde fchwaz^jg^szo-M

46. Лебедев-Карманов А.И., Щурский В.И. Дифференциально-фазовые искажения в телевизионных передатчиках. Техника средств связи. Сер.ТРС, 1977, вып.5(12), с.120-130.

47. Козловский М.М., Попов A.A. Комбинационные искажения в ТВ передатчиках вследствие дифференциально-фазовой нелинейности. Электросвязь, 1979, № 9, с.21-25.

48. ГОСТ 20532-75. Тракты телевизионные вещательные. Канал изображения радиопередатчиков. Основные параметры. Методы измерений. Введ. с 01.01.77.

49. Верзунов М.В. Однополосная модуляция в радиосвязи. М., :Воениздат МО, 197 2. - 206. с.

50. Red ас (¿a п of Lnieirnoc/ц fa écorr pioc/ucés.-Uni bed Па i es paienè ; Ю(И0 $S1/QÛ)7 /Y3/S7611S , //. Oh19n.

51. G Pu niai C. Collections с/en non- Ccanezcèe dans Ces equípemenos </'emission eé de гее aversion de ¿асёве e¿ с/в mayenne pyíssaпсе-/¿¿vueechnefr Thomson- C-ff1, iÇI-iv.fQ, tJZ, /> 543- 590.

52. Двайт Г.Б. Таблицы интегралов и другие математические функции.1. М.: Наука, 1973. 228 с.

53. Глазман Э.С., Козловский М.М., Чистяков Л.И., Малов В.Т.Автоматизированная телевизионная радиостанция с 'передатчиками 5/1 кВт диапазона ОВЧ. Электросвязь, 1977, № 4, с.5-12.

54. Fa^S L aszia* MdZiipZex-sysierr? vis ¿о n {zans-rni-tiezs. ßacfavox Теёесоттцп.

55. Рекомендация МЭК. Публикация 244-10, I2c/I66. Методы измерения радиопередатчиков. Женева, 1982.

56. Каганов В.И. Транзисторные радиопередатчики. М.: Энергия, 1976. - 448 с.

57. Шабетник В.Д. Исследование искажений сигналов цветного телевидения в радиопередатчиках и методы их коррекции. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук,1981. 156 с.

58. Попов A.A. Совместная передача сигналов изображения и звукового сопровождения через общий тракт ТВ радиостанции. Тезисы докладов. "ХХХУШ Всесоюзная научная сессия, посвящённая Дню радио". М.: Радио и связь, 1983.

59. Лебедев-Карманов А.И. О режиме анодной цепи оконечного каскада УМК телевизионного УКВ радиопередатчика. Радиотехника, 1963, т.ХУШ,. № 3, с.43-53.

60. Глазман Э.С. О формировании частотных характеристик телевизионного передатчика. Электросвязь, 1968,. № II, с.35-43.

61. Дорфман Л.Г. Режекторный фильтр. Авторское свидетельство № 701440 от 12.07.77.

62. Документ МЭК. Ширина полосы, внеполосная мощность и мощность неоснованных колебаний. Первое дополнение к публикации 244-2 (1969), часть 2, 1971.