NO132513B - - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for å undertrykke oversving som kan oppstå under nivåregulering i et bærebølgesystem med flere forsterkerstasjoner anbragt i tandem.

I bærebølgesystemer er det vanlig å utsende et pilotsignal med konstant nivå fra senderen sammen med informasjonssignalene. Pilotsignalet blir langs transmisjonsveien utsatt for alle dempninger som forekommer i transmisjonsveien og blir dessuten forsterket i alle forsterkerstasjoner som inngår i; transmisjonsveien. Ved utgangen fra ,„hver regulerbar forsterkerstasjon blir nivået til pilotsignalet sammen-lignet med en nominell verdi og fra avviket mellom denne nominelle verdi og pilotsignalets nivå utledes en variabel størrelse som benyttes til styring av forsterkergraden og som lagres "i et lager som opprett-holder den sist mottatte verdi hvis pilotsignalet plutselig skulle falle ut eller hvis kraftforsyningen skulle svikte. Ved hjelp av denne lagrede styrte verdi som vil følge med i langsomme nivåforandringer i pilotsignalet, styres forsterkningen til forsterkerstasjonen for å gi en best mulig kompensasjon av det aktuelle nivå-avvik i pilotsignalet.

Fig. 1 viser et blokkdiagram for en slik pilotsignalstyrt regulator for en forsterkerstasjon. På figuren er 1 forsterkeren, mens 2

er den variable dempning som er innebygget i tilbakekoblingssløyfen og denne består i de fleste tilfeller av et motstandsnettverk med en indirekte oppvarmet termistor som det endelige styringselement. 3,4 og 5 er pilotmottageren idet 3 er pilotf ilteret•+ pilot forsterkeren og 5 mottageren som på sin utgang frembringer et analogt likespenningssignal som angir nivået til pilotfrekvensen. Referansen 6 angir en sammenligningskrets, vanligvis i form av en differensialforsterker. Til den ene inngangen av denne tilføres den analoge likespenning som angir nivået til pilotsignalet, mens en likespenning-som tilsvarer den nominelle verdi til det ønskede nivå for pilotfrekvensen tilføres fra en kilde 7 til sanunenligningskretsens andre'inngang. Likespennings-utgangén fra sammenligningskretsen 6 som i;størrelse og retning stemmer overens med forskjellen mellom pilotsignalet og den ønskede nominelle verdi på dette",•'sendes gjennom et blokkerende utstyr 8 som vanligvis

er i sin "PÅ" tilstand bg når deretter frem til' éns inniésningskrets 9 og lagres deretter i lageret 10. Dersom,pilotsignalet plutselig faller ned til "et nivå som ikke kan skyldes endringer i dempningen

eller forsterkningen, men bare kan skrive seg fra feil som er oppstått på pilotgeneratoren eller en forsterker eller eventuelt ved en av-brytelse av transmisjonslinjen, vil utstyret søke å øke utgångssignalet fra sammenligningskretsen 6 til abnorme verdier, men i "dette tilfellet vil blokkeringsutstyret 8 bli koblet ut hvorved den aktuelle status

'forblir 1ågret i lageret 10. En omformer 11 sørger for åt status som er lagre"t i lageret 10 omformes til et analogt styringssignal for termistoren i den variable dempningskrets 21-

Den her beskrevne oppbygning av en reguleringsenhet for en pilotstyrt forsterkerstasjon er felles for alle kjente regulatorer av lag-rings typen. De kan være forsynt med et. lager i form av en servomotor og et potensiometer, en omkobler og et trinnpotensiometer, eller en pulsgenerator med digital lagring eller transfluksor, eller en lag-ringskondensator med en felteffekt-transistor. Eksempler på alle disse typer regulatorer er kjent fra den tekniske litteratur på området og fra patenter, og oppbygningen av slike systemer er ikke medtatt i foreliggende oppfinnelse.

Det er dessuten kjent at tapet i transmisjonslinjer 'øker med økende frekvens. Dette fordrer at avstanden mellom to påfølgende forsterkerstasjoner må bli mindre når antall kanaler i et bærebølge-system øker. Antall forsterkerstasjoner som kreves over en viss avstand blir derved større. Selvom enkelte forsterkerstasjoner i bærebølgesystemer i dag er utstyrt med ét reguleringssystem som justeres av den omgivende temperatur og som tilnærmet regulerer variasjonene i dempning som skyldes temperaturvariasjoner, vir dette føre til forekomst.av resterende feil som fører til at det i en transmisjonslinje som omfatter flere slike températurstyrte forsterkerstasjoner vil oppstå en så betydelig feil at det blir nødvendig å inn-føre en pilotsignalstyrt forsterker likevel. Dette eliminérer heller ikke behovet for et stort antall pilotstyrté forsterkere i tandem. For langsomme, dempningsvariasjoner som f.eks. forårsakes av-endringér i .temperaturen følger hver pilotstyrt forsterkerstasjon pilotnivå-forandringer som skyldes påvirkningér av transmisjonsveien mellom denne forsterkerstasjon og utgangen fra den foregående pilotstyrté' forsterkerstasjon. Reguleringssystemet for den etterfølgende forsterkerstasjon blir ikke påvirket fordi 'réguleringshastigheten til regulatorene er høyere enn hastigheten på slike nivåendringer, hvorved pilotniyået ved forsterkerstasjonen utgang holdes konstant. -

Forholdene blir imidlertid annerledes ved transiente nivåendringer. Disse kan skyldes feil eller korte avbrudd i kraftkilden, feil i komponenter i transmisjonsvéien, utskiftninger -av deler av transmisjonsveien eller deler av linjeutstyret osv. Da den pilotstyrté forsterkerstasjon som følger umiddelbart etter den stasjon hvor nivåtransienten er oppstått ikke øyeblikkelig kan følge denne .hurtige forandring, vil regulatorene som'ligger i de. etterfølgende forsterkerstas joner også reagere på slike "hurtige endringer.- For hver. ytterligere forsterkerstasjon vil denne samtidige regulering øke hastigheten med hvilken pilotsignaléts nivå endres. Derved får man den situasjon at en regulator forsetter å arbeide selv når den etterfølgende allerede har nådd sin nominelle verdi for pilotnivået, og derved produseres oversvingning for de etterfølgende forsterkerstasjoner. .Fig. 2 viser en nivåforandring P målt i decibel eller neper ved utgangene til seks etterfølgende forsterkerstasjoner ved fore-,komsten av en slik nivå-transient som eh funksjon av tiden t målt fra begynnelsen av denne transiénts fremtreden;

Disse betingelser, er beskrevet i E. Koch's artikkel "Uber die Pegelregulierung langer Fernleitungen" FTZ (1951), nr. 8, pp 352-361. Som et hjelpemiddel til å unngå dette oversving foreslår artikkel-forfatteren en tidsforskyvning av de seriekoblede styrte forsterkere slik at forsterkerstasjonen som følger umiddelbart etter den forsterkerstas jon. som forårsaker transienten, allerede har regulert de forekommende nivåforandringer før neste transient når frem til denne forsterker. Dette resulterer imidlertid i uakseptabelt lange tidsregu-leringer, særlig for de forsterkerstasjoner som ligger nær enden av transmisjonsveien. De tyske utlegningsskrifter DAS nr. 1.261.890 og 1.811.055 foreslår derfor en ny innmating av pilotsignalet etter hver forsterkerstasjon slik at bare den forsterker som følger umiddelbart etter den stasjon hvor variasjonene i dempningen finnér sted, kan ut-føre reguleringen, mens de følgende forsterkerstasjoner alltid forblir i ro. Dersom en og samme frekvens benyttes for alle pilotsignalene, vil utplukkingen, blokkeringen og den nye innmating av pilotsignalet-føre til en svært høy investering i filtere. Dersom de individuelle pilotsignaler er frekvensforskjøvet med en viss frekvens f, fordrer dette at det foreligger en svært stor båndbredde som vil være vanske-lig å realisere i praksis, eller de anvendte filtéré må ha'så trange frekvens-toleranser at bare svært kostbare krystalifiltere kan bli

benyttet. Dessuten skal det;-tilføyes at slike løsninger ville kreve anvendelse av svært mange komponenter og kraftforbruket for dannelse

av pilotsignaler i'"hver forsterkerstas jon vil være svært stort. • Det må også tas i betraktning at mottagelsen av det innkommende signal

slik som f.eks. det innkommende pilotsignal og åv andre hjelpefre-kvenser, kan feile fullstendig.

Således vil den sistnevnte løsning, selvom den ved første øyekast kan synes god* føre tfl så høye omkostninger at dens praktiske anvendelse blir uakseptabel. Formålet med foreliggende oppfinnelse er derfor å tilveiebringe en fremgangsmåte for å undertrykke slike oversving uten anvendelse av ekstra filtreringsutstyr og under opprett-holdelse av de vanlige regulatorkoblinger for forsterkérstasjonene samtidig som det kreves relativt lave tilleggskostnader i kretsene.

Dette oppnås ved en fremgangsmåte i overensstemmelse med de

nedenfor fremsatte patentkrav.

Oppfinnelsen bygger på det prinsipp at en nær optimal regulering kan fås dersom bare den etterfølgende eller de to nærmest etterføl-gende forsterkerstasjoner, regnet fra stedet hvor forstyrrelsen oppstår, foretar reguleringen mens de øvrige forsterkerstasjoner forblir upåvirket.

I de figurene som allerede er blitt beskrevet i forbindelse med tidligere kjent teknikk viste: Fig. 1: et blokkdiagram for den grunnleggende oppbygning av en.forsterkerstas jon med pilotstyrt nivåregulering og lager, og

2: viste skjematisk hvordan nivåforandringen ved utgangen fra seks seriekoblede pilotstyrté forsterkerstasjoner forløper som funksjon av tiden.idet diagrammet starter med frem-komsten av en pilotsignaltransient ved. inngangen til forsterkerstas jon.sk j eden.

For å gi en klarere forståelse av foreliggende oppfinnelse vises til nedenstående beskrivelse av et utførelseseksempel og til de led-sagende tegninger hvor: Fig. 3: viser et blokkdiagram som angir oppbygningen av en forsterker stas jon med pilotstyrt nivåregulering og lager og inneholdende utstyr for undertrykkelse av oversving i henhold til fore liggende oppfinnelse, og Fig.H-8: viser ulike alternativer for å realisere gradientdiskrimi-..natoren som er nødvendig for utførelse av foreliggende oppfinnelse.

Ho.vedoppbygningen av en forsterkerstas jon med pilotstyrt nivåregulering <p>g lagring som vist i blokkskjemaet i fig. 3, tilsvarer i store trekk konstruksjonen vist i blokkskjemaet til fig. 1, bort-sett fra: gradientdiskriminatoren 12. Av dehrie grunn er blokker med tilsvarende virkemåte gitt de samme referanser som i fig. 1. Gradientdiskriminatoren 12 som.kan fremstilles på flere måter som er vist nedenfor, fastlegger hvor hurtig pilotsighalets avvik fra den nominelle, verdi endres, eller med andre ord gradienten til forandringen i pilotsignalets avvik ved utgangen fra hver regulert forsterkerstasjon. Denne størrelse betegnes som g = ( P)/dt. Som det fremgår av fig..2 angis denne størrelse av helningen til kurven og denne bestemmes, igjen av hvor mange regulatorer som bétjenes samtidg i transmisjonskjeden. Dersom hastigheten til forandringene i avviket mellom pilotsignalet og den nominelle verdi tilsvarer linjen 1, er bare én regulator innkoblet. Dersom helningen tilsvarer den som er vist ved linjen 2, er to forsterkere i drift osv. Da det kan antas at strukturen til alle regulatorer som benyttes i en forsterkerkjede er den samme, idet deres reguleringshastigheter avviker fra hverandre bare med den tillatelige komponentvariasjon, særlig på grunn av varia-sjoner, i termistorene, vil forandringene i hastigheten som forandringen skjer med dersom en til tre forskjellige regulatorer i denne kjeden funksjonerer samtidig, resultere i at utgangen fra den siste forsterkerstas jon bare fremviser en liten spredning i reguleringen slik at det klart fremgår om den aktuelle forandring av avviket forårsakes åv samtidig regulering av 1, 2 eller 3 regulatorer.

Dersom grådientdiskriminåtoren 12 således har en terskelverdi som ligger mellom den verdi som forårsakes ved regulering av én enkelt forsterker og den som forårsakes av samtidig regulering av to forsterkere og dersom denne gradientdiskriminator er slik konstruert at et styringssignal utvikles ved utgangen dersom denne terskelverdi overskrides, kan dette styringssignal benyttes til å blokkere blokkeringsutstyret 8, slik at alle regulatorer i forsterkerstasjonene bort-sett fra den første som følger etter stasjonen hvor transienten ble introdusert settes ut av drift. I den neste etterfølgende regulator vil dette medføre at hastighetsforåndringen for avviket påny faller under terskelverdien slik at blokkeringen oppheves og regulatoren i denne forsterkerstasjon starter påny og denne syklus gjentar seg.

Av dette følger at denne andre regulator arbeider med en redusert, dvs. med halv reguleringshastighet. Som en følge av dette vil imidlertid hastighetsforåndringen for avviket ved utgangen ved alle etter-følgende regulerbare forsterkerstasjoner overskriderterskelverdien slik at regulatorene i disse forsterkerstasjoner faller ut av drift.

Som det også fremgår av fig. 2, ville det imidlertid være ideelt dersom to regulatorer med identisk reguleringshastighet arbeidet samtidig for å regulere de forekommende forstyrrelser fordi man derved ville oppnå den kortest mulige reguleringstid samtidig som man ville unngå oversving. Dette kan oppnås ved å velge terskelverdien for grådientdiskriminåtoren 12 slik at denne befinner seg mellom linjén 3 og linjen 2. Dersom imidlertid grådientdiskriminåtoren har en nedre terskel som tilsvarer en hastighetsforahdring for avviket mellom linjen 2 og linjen 1, vil regulatorene 1 og 2 ikke bli påvirket fordi utgangene fra forsterkerstas jonene som er tilfoirordnet disse ikke'vil forandres med en hastighet som overskrider den som tilsvarer linjen 2. Den tredje regulator vil i likhet med de etterfølgende bare tre i virksomhet for en kort tid, men derved vil terskelverdien for gradient-diskriminatorene overskrides og disse regulatorene blir derfor inak-tive. Inntil avviket null er nådd ved hjelp av de to første regulatorene vil hastighetsforåndringen ikke falle" under utkoblingsterskelen for den tredje og de følgende regulatorer, og disse vil derfor ikke utkobles. Deretter vil det ikke lenger forekomme noe nivåavvik som vil starte disse regulatorene på ny idet det ikke foreligger noe oversving.

Flere ulike oppbygninger av grådientdiskriminåtoren 12 vil nå

bli beskrevet under henvisning til figurene 4-8. Det antas at såvel hurtige nivåøkninger som hurtige nivåfall kan forekomme. Nivåfall vil f.eks. finne sted når det oppstår feil i komponenter, hvis linjen settes i drift etter.et strømbrudd, osv. mens nivåøkninger kan forårsakes av en utskiftning av pilotgeneratoren og de kan. også forekomme på linjeoverføringer.. Derfor må et arrangement i henhold til foreliggende oppfinnelse funksjonere både ved plutselige positive og plutselige, negative forandringer i signalet som blir utviklet ved utgangen av sammenligningskretsen 6 dersom reguleringen som påbegynnes etter en slik plutselig forandring fører til at utgangssignalet forandres hurtigere enn en forutbestemt verdi.

I fig. 4 føres utgangssignalet fra sammenligningskretsen 6 gjennom en diode Dl og etter invertering i en inverterkrets 13 gjennom en diode D2 til inngangen til en differensieringskrets 14 hvis utgang er en likespenning med en amplitude som avhenger av hastigheten som utgangssignalet fra sammenligningskretsen 6 forandres med og følgelig av hvor hurtig pilotsignalets nivå endrer seg. Amplituden til disse likespenninger overvåkes av en Schmitt-trigger 15 hvis terskel er valgt slik at. den tilsvarer den hastighet for nivaforandringen ved hvilken den tilforordnede regulator settes ut av drift. Utgangssignalet fra Schmitt-triggeren 15-blokkerer da blokkeringsutstyret 8. Dersom grådientdiskriminåtoren skal ha en utkoblingsterskel som er lavere enn innkoblingsterskelverd.ien kan det benyttes Schmitt-triggere med forskjellige innkoblings- og utkoblings-terskler og slike er kommersielt tilgjengelige i integrert form.

I fig.. 5 svarer inngangskretsen med diodene D 1 og D 2 samt inverteringstrinnet 13 i sin struktur og virkning til inngangskretsen i fig. 4*. Utgangssignalet fra denne kretsen føres direkte til en inngang og til differensialforsterkeren 17 <p>g etter at det er blitt utsatt for en forsinkelse i forsinkelseslinjen 16 føres signalet videre til den andre inngang på denne forsterker. Hvis det ikke foreligger noen forandring eller bare en langsom forandring av inngangssignalet vil differensialforsterkeren utlevere utgangssignalet null som en an-givelse av hvor hurtig nivået, endrer seg, og på grunn av forsinkelseslinjen 16 leverer kretsen et likespenningssignal hvis nivå øker proporsjonalt og som i sin tur overvåkes av en Schmitt-trigger 15 som styrer blokkeringsutstyret 8 som beskrevet i forbindelse med fig. 4 ovenfor.

Fig. 6 viser en forenklet modifisering av kretsen i fig. 5. Her er differensialforsterkeren en spenningssammenligningskrets, f.eks. av typen-yu A 710, som er en integrert krets med utstrakt anvendelse. Det foreligger to spenningsdelere RI, R2,og R3* R4 C, hvorav den første frembringer et ikke-forsinket signal, mens den;, andre frembringer et forsinket signal.- Dersom terskelverdien for sammenligningskretsen overskrides på grunn av en ulik spennings-;fordeling på grunn av én hurtig nivåendring, vil sammenlignings kretsen omkbbles og avgir på sin utgang et blokkeringssignal for blokkeringsutstyret 8. Forskjellige innkoblihgs- og utkoblings-terskier kan ikke fås ved denne utformingen, i hvert fall.ikke med de kommersielt tilgjengelige integrerte' kretser. ■■ Fig. 7 viser en annen utførelse av' grådientdiskriminåtoren .12. Også her tilsvarer inngangs- og utgangs-kretsene de som er vist på figurene 4 bg 5. Utgangssignalet fra inngangskretsen tilføres.én differansemodulator 19, og på utgangen av denne:vil det oppstå et pulstog hvis repitisjohsfrekvens er proporsjonalt med hvor hurtig inngangsnivået-endres og hvis polaritet tilsvarer retningen for. forandringen. ' Dette pulstoget integreres i en ihtegreringskrets: 20 ved hvis utgang det således frembringes en likespenning. som er

proporsjonal med hastigheten med hvilket inngangsnivået endres.,.

Den følgende Schmitt-trigger 15' vil da'bare -béhandle. den ene- pplari-tet av litgångsspenningen frå integratoren 20 og utgangssignalet fra denne styrer blokkeringskretsen 8.

Fig. 8.viser en utførelse av gradiéntdiskriminatoren 12 som kan benyttes med fordél i regulatorer som arbeider-med sin egen tidsfre-kvens.. Som eksempler på slike regulatorer kan nevnes regulatorer med trinnvis omkobling, digitale tellékjeder eller transfluksor lagre.

Her tilsvarer også inngangs- og utgangs-kretsene de som er vist i fig. 4, 5 og 7. Tidspulsfrekvensen til regulatoren føres til .inngangen 27 på eh bistabil omkoblingskrets- 26 bg på den ene av. utgangene til denne kretsen fremkommer en logisk-"1" etter alle tids-pulser med en ulik nummerering,' mens det ved den andre utgangen fremkommer en logisk "1" etter hver tidspuls som har et like nummer.

Den første flanken til utgangssignalet styrer de monostabile omkoblingskretser 28 bg henholdsvis 29 slik at man får to pulstog J„ 2n-l , og J„ 2n som er forskjøvet i forhold til hverandre med tidspulsfrekvensen. Ved hjelp av omkoblingskrets 21 føres den øyeblikkelige verdi til inngangssignalet inn i en kondensatorlagring 2 3 som er koblet til den ene inngangen til differensialforsterker 17 dersom det foreligger en puls i pulstoget <J>^n-l* ^e<* ^en et'ter^^1sende puls i pulstoget J2n' om^°^les kretsen 22 og inngangssignalet føres direkte til den andre inngangen. Samtidig tilføres differensial-' forsterkerens 17 utgangssignal som, under omkoblingskretsens omkobling som følger etter påvirkningen av differensialforsterkeren 17, er proporsjonal med hastigheten hvormed inngangssignalet endres, ved hjelp av en omkoblingskrets 24 som også styres' av pulsene i pulstoget ^2n' til en nu^bmmelse i form av en kondensator 25 hvis ladning overvåkes ved at dens spenning overvåkes av en Schmitt-trigger 15

som styrer blokkeringsutstyret 8. Pulsbrédden til pulsene som leveres av den monostabile omkoblingskrets 29 må være tilstrekkelig små sammen-lignet med tidspulssyklusen, men lange nok tii å sikre at differensialforsterkeren 17 i løpet av denne tiden har bygget opp og videresendt den endelige verdien for sitt utgangssignal til kondensatorhukommelsen 25. Et tilsvarende krav stilles til den monostabile omkoblingskrets

28 med hensyn til innføring i kondensatorhukommelsen 23.

Figurene 4-8 viser bare noen eksempler på vanlige utforminger av grådientdiskriminåtoren. I fig. 7 kan f.eks. integratoren 20 er-stattes av en ''overfiow" teller som tilbakestilles til 0 med tidspulsfrekvensen og"som avgir et signal hver gang dens siste teller-posisjon før den heste tidspulsen nås. Dette- signalet lagres da i et tidsrum som tilsvarer en klokkepuls og styrer derved -blokkeringsutstyret 8. En' utkoblihgsterskel' kan ikke realiseres ved denne ..ut-førelse .

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for å undertrykke oversving som opptrer ved nivåregulering i bærebøl/Tesystemer med flere forsterkerstas joner i tandem og hvor senderen ogs.i sander ut en pilotfrekvens med et konstant nivå og hvor dette nivå ved utgangen av hver forsterkerstasjon overvåkes og reguleres til en nominell verdi idet en styrt variabel parameter utledes av avviket fra den nominelle verdi, at den styrte variable parameter lagres og den lagrede parameterverdi påny benyttes til å justere forsterkningen til forsterkerstasjonen for å kompensere for avviket fra den nominelle vordi, karakterisert ved a t avviket fra den nominelle verdi dessuten overvåkes for °i de-tektere hvor hurtig avviker endrer seg og dersom dette avviket endrer seg hurtigere enn en forutbester.it grense-verdi i kompen-serende retning, så avbrytes kompenseringen i de forsterkerstasjoner hvor avviket forandres hurtigere enn den forutbestemte grenseverdi tilsier.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert ved at overvåkningen av hvor fort pilotsignalets avvik fra den nominelle verdi endres, foretas av en gradientdiskriminator (12) som ved sin utgang avgir et styringssignal hvis avviket fra nominell-nivået endres fortere enn det som tilsvarer reguleringen fra én forsterkerstasjon, men langsommere enn det som tilsvarer forsterkningen fra to forsterkerstasjoner, og at det nevnte styresignal blokkerer et blokkeringsutstyr (8), og således setter reguleringen i de angjeldende forsterkerstasjoner ut av drift.

3.. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved a t overvåkningen av hastigheten med hvilken avviket mellom pilotnivået og den nominelle verdi endres, utføres av en gradientdiskriminator (12)., at så snart en øvre grenseverdi som er høyere enn hastighetsforåndringen som forårsakes av den samtidige regulering fra to forsterkerstasjoner, men mindre enn den som forårsakes av den samtidige regulering av tre forsterkere overskrides, så avgir grådientdiskriminåtoren (12) ved sin utgang et styresignal inntil hastighetsendringen har nådd en nedre grenseverdi som er mindre enn hastighetsforåndringen som forårsakes av samtidig regulering av to forsterkere, men større.enn den som forårsakes av bare én forsterkerstasjon, og at dette styresignal blokkerer et blokkeringsutstyr (8) og;således setter regulatorene i de angjeldende forsterkerstasjoner ut åy drift.