有线电视--第五章

第五章传输系统干线传输系统由传输媒介组成，目前常见的传输媒介有：同轴电缆、微波、光缆以及多种混合型。干线传输系统是有线电视系统的重要子系统，它位于前端和分配系统之间。作用：将前端系统输出的各种信号不失真地稳定地传输给分配系统。5.1同轴电缆传输系统采用同轴电缆做传输媒介的有线电视系统，其干线传输系统一般采用树枝形结构。同轴电缆传输系统由多级干线放大器、桥接放大器、电源供给器和电源插入器等设备构成。5.1.1同轴电缆传输系统的构成5.1.2常用同轴电缆1．同轴电缆的结构和特性（1）结构：内导体：铜线、铜包铝/钢线绝缘介质：干燥空气、聚乙烯（PEV）、聚丙烯、聚氯乙烯（PVC）和氟塑料材料的混合物。其结构形式有竹节、纵孔（藕式）、高发泡等。外导体：铜丝编织；镀锡铜丝编织网内加一层铝箔；金属管（铝管）；波状铜管。护套：常用聚乙烯或乙烯基类材料。藕芯电缆这种电缆是将聚乙烯绝缘介质材料经过物理加工，使之成为纵孔状（藕芯状）半空气绝缘介质。信号在这种介质电缆中的传输损耗比实芯同轴电缆和化学发泡同轴电缆都要小得多，但是这种电缆最大的缺点是防潮防水性能差，孔内容易积水，从而使性能变差影响传输效果，这是目前有线电视分配网络中普遍采用的一种传输线。物理发泡同轴电缆这种电缆是在聚乙烯绝缘介质材料中注入气体（如氮气），使介质发泡，通过选择适当工艺参数使之形成很小的互相封闭的均匀气泡。物理发泡同轴电缆是新型的电视电缆，其性能稳定，不宜受潮，使用寿命长，由于不存在化学发泡法产生的残余物，传输损耗大幅度下降。近年来，物理发泡同轴电缆在我国蓬勃发展，在较大型的有线电视系统中，一般均采用这种电缆作为干线传输线。竹节电缆这种电缆是将聚乙烯绝缘介质经物理加工，使之成为竹节状半空气绝缘的结构。竹节电缆具有物理发泡电缆同样的优点，但由于对生产工艺和环境条件要求高，产品规格受到一定限制。这种电缆一般均作为干线传输线。①电缆型号的组成我国同轴电缆型号的组成方法如下：②字母代号及其意义几个主要字母代号的意义如下：S—射频同轴电缆；Y—聚乙烯；YK—聚乙烯纵孔半空气绝缘；D—稳定聚乙烯空气绝缘；V—聚氯乙烯。例如：SYKV—75—5表示射频同轴电缆、聚乙烯纵孔半空气绝缘（藕芯）、聚氯乙烯互套、特性阻抗为75、芯线绝缘外径为5mm。上述同轴电缆的编号方法已不能满足日益发展的需要，一些新型电缆的编号已超出上述代号范畴，目前国内编号还没有实现完全统一。分类代号绝缘护套派生特性阻抗芯线绝缘外径结构序号（2）特性：①特性阻抗同轴电缆粗细均匀、内外导体间的距离处处相等，分布参数是沿线均匀分布的，因此同轴电缆是一种均匀传输线。在均匀传输线上任意一点的入射波电压与入射波电流的比值，称为同轴电缆的特性阻抗，用Zc表示。D—同轴电缆外导体的内直径，mm；d—同轴电缆内导体的外径，mm；—绝缘层的相对介电常数。同轴电缆的特性阻抗取决于内、外导体的直径和内外导体间绝缘材料介电常数，与电缆长度无关。常用电缆的特性阻抗有75、50和100等。有线电视系统中采用损耗最小的75电缆。dDZrclg138r②衰减常数衰减常数是指射频信号在同轴电缆中传输时的损耗，单位为：dB/km，或dB/100m、dB/m均可。与同轴电缆的结构尺寸、介电常数、工作频率及环境温度有关。衰减常数（a）表示单位长度（如100m）电缆对射频信号衰减的分贝数，即dDDdflg1163.2（dB/100m）也可以按照下式自行估算：21221121ff【例5.1】已知f2=300MHz，2=13dB/100m。求860MHz时的衰减常数1。③温度系数信号在电缆中传输的损耗除了与频率有关外，还随着环境温度的变化而变化，这种特性就称为电缆的温度特性。当电缆很长时，电缆温度特性的影响更加明显，衡量电缆温度特性通常用温度系数表示。温度系数表示一年四季温度变化对同轴电缆损耗值的影响。温度增加，电缆损耗增加；温度降低，电缆损耗减小。温度系数定义为温度每升高1℃，电缆对信号衰减增加的百分数。例如，温度系数为0.2（dB）%/℃表示温度每升高1℃，电缆衰减值在原基础上增加0.2%。如果温度变化20℃，电缆衰减值在原基础上变化200.2%=4%（电缆衰减值）（dB）。【例5.2】某电缆在常温（＋20℃）、频率为52MHz时的衰减为4dB/100m，频率为800MHz时的衰减为10dB/100m，求20℃、+40℃时的衰减常数。)(68.3]20(20[002.04420z52dBCCCMH））－（－＋＝时，)(2.9]20(20[002.01010z800dBCCMH））－（－＋＝)(16.4]20(40[002.04440z52dBCCCMH））－（＋＝时，)(4.10]20(40[002.01010z800dBCCMH））－（＋＝④回路电阻回路电阻（也称环路电阻）是指单位长度（如km）内导体与外导体形成的回路的电阻值（通常以/km表示）。由于干线放大器是经电缆馈电的，电流经过内导体到达放大器（作为电源的负载），再由放大器经过外导体返回电源，形成一个回路，当需要确定由电源到任一电源负载的电压降时，就要考虑回路电阻的影响。⑤屏蔽特性屏蔽特性以屏蔽衰减（dB）表示，dB数越大表明电缆的屏蔽性能越好。良好的屏蔽特性不但可防止周围环境中的电磁干扰影响本系统，也可防止电缆的传输信号泄漏而干扰其他设备。金属管状的外导体具有最好的屏蔽特性；两层铝塑带和金属网也能获得较好的屏蔽效果；为了发展有线电视宽带综合业务网，生产了具有四层屏蔽的接入网同轴电缆，其屏蔽特性很好。⑥最小弯曲半径如果电缆某处弯曲程度太大或被夹扁，特性阻抗就不均匀，将会使该处的驻波比增大，产生反射。⑦老化随着时间的流逝，同轴电缆将老化，特别是敷设在室外的电缆各项性能都要发生变化。其中电缆衰减特性改变非常大，大约3年后电缆衰减增加1.2倍，6年后增加1.5倍。2．电磁波在同轴电缆中的传输（1）电磁波在同轴电缆中传输（2）集肤效应5.1.3干线放大器作用是用来弥补干线电缆的损耗和频率失真。1．干线放大器的特点（1）增益可调：2030dB之间。（2）斜率补偿。（3）自动增益控制。（4）双向功能。（5）适应室外工作环境。（6）桥接放大器：对干线中的信号不放大，仅对分出的几路信号进行放大放大器桥接放大器双向放大器2．干线放大器的主要技术指标（1）标称输入电平。（2）标称增益。（3）标称输出电平。（4）带内平坦度。（5）载波交流声比。（6）非线性失真。（7）AGC和ASC特性。（8）噪声系数NF。（9）反射损耗。（10）最大输出电平。3．干线放大器的集中供电干线放大器通常采用电缆馈电方式，可以在前端或干线中任何一点对干线放大器集中供电，需要增加电源供给器、电源插入器等设备。【例5.3】每台放大器的工作电流为0.8A，最低工作电压为40V，已知电缆0.650“MC2的环路电阻为3.31/km，问一台AC60V、10A的电源供给器，最多能供应多少台放大器正常工作？计算每段电缆的直流电阻值：0.8A4.2x1.82=7.6V60V5A5Ax1.82=9.1V52.4V3.4x1.82=6.2V46.2V2.6x1.82=4.7V41.5V50.9V)(82.131.3550.05.1.4辅助设备1．衰减器在有线电视前端电路中，当天线输出电平过高，超过后续设备（如解调器、信号处理器等）的上限输入电平范围；或多路信号同时输入宽带混和器，要求各个输入信号电平基本一致时，都需要采用衰减器适当调节信号电平，使其满足设备要求和设计要求。在干线传输网络中，放大器的输入、输出端也常接入衰减器，用来控制放大器的输入、输出电平。在分配系统中，有时也要采用衰减器来调节信号电平。总之，在有线电视系统中，前端电路、干线传输网络、用户分配系统均有可能使用衰减器。1．衰减器衰减器由电阻组成，可组成T型等效电路，型等效电路等。这种网络由于没有电抗元件，只有幅度衰减而没有相移，能在很宽的频率范围内工作。1．衰减器分类：固定式衰减器：按不同规格衰减量生产出系列产品，主要有3、6、9、12、15、20dB等多种型号。这种衰减器体积小，性能稳定，安装简捷，可制成插件结构，插入放大器内。连续可调式衰减器：常用于衰减量需要经常改变的场合，可调范围一般是0～20dB，与固定衰减器相比，衰减量有时会随频率发生变化，对高频信号衰减量往往小于低频信号。在系统调试过程中，可采用连续可调式衰减器，当调试完毕后，可改用相同衰减量的固定式衰减器。连续可调式衰减器2．均衡器作用：电缆对信号有衰减且衰减程度与所传输的信号频率的平方根成正比，即在信号频率的高端电缆损耗大，在信号频率的低端电缆损耗小，因此，电缆的损耗频率曲线是倾斜的。这样的信号若直接送给放大器放大，其输出端的非线性失真将很严重。均衡器是用来补偿同轴电缆频率特性的器件，其均衡量和传输频率的关系正好与同轴电缆传输损耗和频率的关系相反，即对低频道信号损耗大，对高频道信号损耗小，实际上就是刻意压低低频段的信号频率，以求得高、低频道的电平基本一致，补偿射频同轴电缆损耗倾斜特性。构成：由电感、电容和电阻元件构成。分类：可分为固定式均衡器和可变式均衡器。主要性能指标：均衡量——即工作频率范围内上限频率和下限频率两点间衰减量之差。两种均衡电缆的方法电缆和自动斜率增益（ASC）放大器电缆、均衡器和平坦放大器3．滤波器有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器。它是在运算放大器的基础上增加一些R、C等无源元件而构成的。通常有源滤波器分为：低通滤波器（LPF）高通滤波器（HPF）带通滤波器（BPF）带阻滤波器（BEF）它们的幅度频率特性曲线下图所示：滤波器也可以由无源的电抗性元件或晶体构成，称为无源滤波器或晶体滤波器。滤波器作用：用来分离信号和抑制干扰。3．滤波器滤波器作用：用来分离信号和抑制干扰，滤除信号中无用的频率成分。例如，有一个较低频率的信号，其中包含一些较高频率成分的干扰。滤波过程下图所示。4．陷波器作用：用来消除干线传输过程中的“鼓包”现象。由于射频同轴电缆传输信号的不均匀性，电缆可能会在某一频道上的衰减量较小，使得这个频道的信号经过长距离传输后其电平会超过其他频道的电平，为了消除这种“鼓包”现象，可在放大器中插入陷波器。其工作过程：首先用场强仪在线路输出端检测已“鼓包”频道的信号电平，将陷波器的R值调为零，然后调整其可调电容C，直到被检测频道的信号突然为零时，说明陷波器（串联谐振器）谐振到“鼓包”频道上了，此时，再将电阻R的值调大，直到被监测频道的信号电平与其他频道的电平调平。陷波电路5.1.5电缆干线系统的设计1．电缆干线系统的范围即从前端出来一直到最后一级用户分配放大器为止。有些系统中，最后一级用户放大器与干线放大器指标相差极大，可将其划分在分配系统中，但要在指标分配时，加大分配网络的分配系数；而邻频系统中，电缆末端的的放大器与前面干线放大器指标差异不大，可划分在干线系统中，这时将信噪比、交互调比的影响考虑在干线部分指标内计算即可。在大、中型有线电视系统中，干线部分可分为超干线、主干线和支干线。所谓超干线，是指多个前端之间的连接馈线或前端与第一个分配点之间的馈线；主干线指前端和多个分配点之间或多个分配点之间的连接馈线；支干线一般是指用户分配放大器之后到用户分配器之间的连接馈线。1．电缆干线系统的范围在复杂的网络系统中，通常选择其中一条“最长”的干线进行指标设计计算。最长的含义是指从第一级干线放大器开始经分配到支干线末端的放大器之间级联数最多的一条传输线。如果最长的干线能够满足技术要求的话，系统内其他各支干线一般都能满足要求。“最长”的干线长度不是无限长，理论上，一条干线最多串联33级放大器。5.1.5电缆干线系统的设计2．电缆干线系统的基本组成电缆干线传输系统主要由干线电缆、干线放大器、干线分支器、分配器、均衡器、衰减器和电源等组成。主要任务是将前端提供的高质量的信号保质保量地传输给各