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1、第五章第五章 有線電視的傳輸系統(tǒng)有線電視的傳輸系統(tǒng)重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)難點(diǎn)電纜傳輸電纜傳輸 分配網(wǎng)絡(luò)分配網(wǎng)絡(luò) 光纜傳輸光纜傳輸 微波傳輸微波傳輸 l干線傳輸系統(tǒng)是有線電視的重要組成部分,位于前端和用戶分配系統(tǒng)之間,其作用是將前端輸出的各種信號(hào)穩(wěn)定而且不失真地傳輸至用戶分配系統(tǒng)。干線傳輸?shù)膫鬏斆浇橹饕ǎ弘娎|、光纜和微波。大多數(shù)有線電視系統(tǒng)并不只單獨(dú)使用一種傳輸媒介,而是多種傳輸媒介混合使用,例如光纜和電纜混合傳輸、微波和電纜混合傳輸?shù)取?第一節(jié)第一節(jié) 電纜傳輸電纜傳輸1射頻同軸電纜射頻同軸電纜1.結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 射頻同軸電纜由內(nèi)導(dǎo)體、絕緣體、外導(dǎo)體(屏蔽層)和護(hù)套(保護(hù)層)四部分組成,絕緣體使內(nèi)、外導(dǎo)體絕

2、緣且保持軸心重合。如圖 l內(nèi)導(dǎo)體(也稱芯線)由銅線、鍍銅鋁線、鍍銅鋼線制成。l外導(dǎo)體(也稱屏蔽層)一般由銅絲編織網(wǎng)或鍍錫銅絲編織網(wǎng)內(nèi)加一層鋁箔制成,也可采用金屬管,外導(dǎo)體對(duì)電磁干擾有屏蔽作用。l外導(dǎo)體與內(nèi)導(dǎo)體之間是絕緣介質(zhì),介質(zhì)對(duì)電纜起支撐作用,其電特性在很大程度上決定著電纜的傳輸和損耗特性,經(jīng)常使用的絕緣介質(zhì)有干燥空氣、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。l電纜的最外層是護(hù)套,對(duì)電纜起保護(hù)作用,常采用聚乙烯或乙烯基類材料 2.型號(hào)型號(hào) 射頻同軸電纜的種類和規(guī)格很多,我國(guó)對(duì)同軸電纜的型號(hào)與規(guī)格實(shí)行了統(tǒng)一的命名,具體編制方法如圖 型號(hào)命名通常由四部分組成:第一部分用英文字母表示,分別表示同軸電纜的分類代

3、號(hào)、絕緣材料、護(hù)套材料和派生特性,具體含義見(jiàn)表5-1 l第二、三、四部分均用數(shù)字表示,分別表示同軸電纜的特性阻抗()、芯線絕緣外徑(mm)和結(jié)構(gòu)序號(hào)。例如“SYV7591”的具體含義是:S表示該電纜為射頻同軸電纜,Y表示絕緣材料為聚乙烯,V表示護(hù)套材料為聚氯乙烯,特性阻抗為75,芯線絕緣外徑為9mm,結(jié)構(gòu)序號(hào)為1。又例如,目前在有線電視系統(tǒng)中被大量采用的SYKV型電纜,S表示為射頻同軸電纜,YK表示絕緣材料為聚乙烯縱孔形,V表示護(hù)套材料為聚氯乙烯。l隨著新技術(shù)和新材料的應(yīng)用,新型電纜代號(hào)可能會(huì)超出表中所列含義。l有線電視系統(tǒng)中使用的射頻同軸電纜,芯線絕緣外徑分為4.80mm、7.25mm、9.

4、00mm、11.50mm、13.00mm、15.00mm和17.30mm等幾種,我國(guó)用5、7、9、12、13、15和17等數(shù)字來(lái)表示 3. 性能參數(shù)性能參數(shù)l(1)特性阻抗 特性阻抗是指在同軸電纜終端匹配的情況下,電纜上任意點(diǎn)電壓與電流的比值,通常與內(nèi)、外導(dǎo)體直徑和絕緣材料的相對(duì)介電常數(shù)有關(guān)。有線電視系統(tǒng)中同軸電纜的標(biāo)準(zhǔn)特性阻抗為75。l(2)衰減常數(shù) 衰減常數(shù)()定義為單位長(zhǎng)度(如100m)電纜對(duì)信號(hào)衰減的分貝數(shù)。衰減常數(shù)與同軸電纜的結(jié)構(gòu)尺寸、介電常數(shù)、工作頻率有關(guān)。電纜的內(nèi)、外導(dǎo)體直徑越大,衰減常數(shù)就越小。衰減常數(shù)還與信號(hào)頻率的平方根成正比,即頻率越高,衰減常數(shù)越大;頻率越低,衰減常數(shù)越小

5、。在電纜產(chǎn)品說(shuō)明書中以表格或曲線形式給出了在20常溫下的衰減常數(shù)與頻率之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。l(3)溫度系數(shù) 溫度系數(shù)表示溫度變化對(duì)電纜損耗值的影響。通常溫度增加,電纜損耗增大;溫度降低,電纜損耗減小。 溫度系數(shù)定義為溫度每升高(或降低)1,電纜對(duì)信號(hào)衰減增加(或減小)的百分?jǐn)?shù)。例如,溫度系數(shù)為0.2%/,表示溫度每升高(或降低)1,電纜損耗值在原基礎(chǔ)上增加(或減小)0.2%,如果溫度變化25,電纜損耗值在原基礎(chǔ)上變化250.2%=5%(dB)。l(4)屏蔽性能 電纜的屏蔽性能是一項(xiàng)重要的指標(biāo)。屏蔽性能好,不僅可防止周圍環(huán)境中的電磁干擾影響本系統(tǒng),也可防止電纜的傳輸信號(hào)泄漏而干擾其它設(shè)備。金屬管狀的

6、外導(dǎo)體具有最好的屏蔽性能,雙層鋁塑帶和金屬網(wǎng)外導(dǎo)體也可取得較滿意的屏蔽效果。 l (5)回路電阻 回路電阻定義為單位長(zhǎng)度(如1km)內(nèi)導(dǎo)體與外導(dǎo)體形成的回路的電阻值(以/km表示)。干線放大器的供電是經(jīng)電纜傳送的,50Hz交流電流經(jīng)過(guò)內(nèi)導(dǎo)體到達(dá)放大器(作為電源的負(fù)載),再由放大器經(jīng)過(guò)外導(dǎo)體返回電源,形成一個(gè)回路。當(dāng)確定由電源到任一負(fù)載的電壓降時(shí),就需要考慮回路電阻的影響?;芈冯娮柙?0Hz交流測(cè)得的值與直流回路電阻差別很小,可替代使用。一般要求回路電阻要小,可多供幾級(jí)放大器。l (6)最小彎曲半徑 鋪設(shè)電纜時(shí),若電纜某處彎曲程度太大或被擠壓變形,特性阻抗就會(huì)變得不均勻,造成該處的駐波比增大,產(chǎn)

7、生反射,收視效果變差甚至影響收看。因此,在彎曲電纜時(shí),一定要參照產(chǎn)品說(shuō)明書給定的最小彎曲半徑,若未標(biāo)明最小彎曲半徑,則一般應(yīng)為電纜直徑的610倍。l (7)防水、防潮性能 水分會(huì)使電纜的損耗急劇增大,對(duì)電纜有非常不利的影響。護(hù)套雖然能防止水通過(guò),卻不能防止水蒸氣通過(guò)。因此,同軸電纜要長(zhǎng)期使用,防水、防潮性能尤為重要。l (8)老化 隨著使用時(shí)間的推移,安裝在室外的電纜會(huì)出現(xiàn)老化現(xiàn)象,各項(xiàng)性能參數(shù)都要發(fā)生變化,其中電纜損耗特性變化很大,例如,三年后,電纜損耗增加1.2倍,六年后增加1.5倍。因此,當(dāng)使用時(shí)間較長(zhǎng),收視效果變差時(shí),可嘗試更換安裝在室外的電纜。 二二. 常用無(wú)源器件常用無(wú)源器件 無(wú)源

8、器件是指不需要供電的各類器件。有線電視系統(tǒng)中無(wú)源器件的應(yīng)用最廣,使用量最大,主要包括分配器、分支器、衰減器和均衡器等。 1.分配器分配器l分配器是每個(gè)有線電視系統(tǒng)中都不可缺少的器件。其主要作用是將一路輸入信號(hào)電平平均地分成幾路輸出,如分成二、三、四、六和八路等;此外,將分配器的輸入、輸出端倒過(guò)來(lái)使用,則相當(dāng)于混合器,可將多路信號(hào)混合成一路輸出。l分配器的分類方法很多,通常根據(jù)分配器有幾個(gè)輸出端而稱為幾分配器,如二分配器、三分配器、四分配器、六分配器等。從組成分配器的電路原理來(lái)看,最基本的是二分配器和三分配器,也就是說(shuō)四分配器可由三個(gè)二分配器組成,六分配器可由一個(gè)二分配器和兩個(gè)三分配器組成,依此

9、類推。 l此外,還可按照工作頻率范圍分為全頻道型、5550MHz帶寬型、5750MHz帶寬型和1GHz寬帶型,1GHz寬帶型具有雙向傳輸功能,適用于有線電視寬帶綜合業(yè)務(wù);按照能否通過(guò)50Hz電源電流分為過(guò)電流型和不過(guò)電流型,若干線放大器通過(guò)電纜饋電(一般為4060V,50Hz),則要求安裝在電流通路中的分配器為過(guò)電流型;按照分配器盒體結(jié)構(gòu)分為塑料型、金屬型、壓鑄型、密封防水型等。l分配器的圖示符號(hào)如圖5-3所示,通常有兩種表示符號(hào),在技術(shù)文獻(xiàn)中都可以使用 分配器的技術(shù)參數(shù)主要有:l(1)分配損耗 指分配器輸入端信號(hào)電平與輸出端信號(hào)電平分貝數(shù)之差,如下式: Ls = Pi (dB)Po (dB)

10、 (5-1) 式中 Ls分配損耗; Pi輸入信號(hào)功率,用分貝表示; Po某個(gè)輸出端信號(hào)功率,用分貝表示。根據(jù)分配損耗定義,若已知輸入端電平或某個(gè)輸出端電平,就可計(jì)算出任一輸出端電平或輸入端電平,如下式: Po = Pi (dB)Ls (dB) (5-2) Pi = Po (dB)Ls (dB) (5-3)理想情況下,n分配器的每一路輸出信號(hào)功率是輸入信號(hào)功率的n分之一,此時(shí)分配損耗Ls與分配路數(shù)n的關(guān)系如下: Ls = 10lgn (dB) (5-4)由上式可以看出,分配損耗隨分配路數(shù)的增加而增大。實(shí)際上,由于分配器在設(shè)計(jì)和制作過(guò)程中會(huì)引入一定的損耗,故實(shí)際損耗值都大于理想損耗值,如表5-2所

11、示 l(2)相互隔離度 相互隔離度反映了分配器各輸出端之間相互影響的程度。如果在分配器的某一輸出端加入一個(gè)測(cè)試信號(hào),其它輸出端會(huì)有微小電平輸出(其它輸出端及輸入端均接匹配負(fù)載),測(cè)試信號(hào)電平與其它輸出端信號(hào)電平之差即是相互隔離度,通常用分貝表示。 相互隔離度的值越大表示分配器各輸出端之間的相互影響程度越小。通常要求相互隔離度大于20dB。 l(3)反射損耗 反射損耗表示分配器的輸入、輸出端與相連接同軸電纜的匹配程度。若反射損耗很大,說(shuō)明匹配程度很好,信號(hào)在分配器的輸入、輸出端處不產(chǎn)生反射;若反射損耗很小,說(shuō)明匹配程度不好,則會(huì)產(chǎn)生反射。通常VHF頻段反射損耗要大于16dB,UHF頻段大于10d

12、B。 l(4)輸入、輸出阻抗 分配器的輸入、輸出阻抗都為75。 實(shí)用中應(yīng)注意:分配器的每一個(gè)輸出端都不能空載或者短路,若某個(gè)輸出端多余不用,則要接入75電阻,以實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。 2. 分支器分支器分支器通常有一個(gè)主輸入端、一個(gè)主輸出端和一個(gè)或多個(gè)分支輸出端。分支器的作用也是將主輸入端信號(hào)分成幾路輸出,但是各路信號(hào)電平不完全相等,大部分信號(hào)通過(guò)主輸出端送至主線,另一小部分信號(hào)則通過(guò)分支輸出端進(jìn)入支線。通常根據(jù)分支輸出端的多少將分支器分為一分支器、二分支器、三分支器、四分支器等;此外,還可按工作頻率范圍分為全頻道型、帶寬型和1GHz寬帶型;按是否能通過(guò)50Hz電源電流分為過(guò)電流型和不過(guò)電流型;按盒體

13、結(jié)構(gòu)分為塑料型、金屬型及密封防水型等。分支器的圖示符號(hào)如圖 分支器的技術(shù)參數(shù)主要有 (1)插入損耗和分支損耗 插入損耗是表示信號(hào)從主輸入端傳輸?shù)街鬏敵龆说碾娖剿p的程度,即分支器的主輸入端信號(hào)電平與主輸出端信號(hào)電平分貝數(shù)之差,如下式: Ld = Pi (dB)Po (dB) (5-5) 式中 Ld插入損耗; Pi主輸入端信號(hào)電平,用分貝表示; Po主輸出端信號(hào)電平,用分貝表示。 分支損耗是表示信號(hào)從主輸入端傳輸?shù)椒种л敵龆说碾娖剿p的程度,即分支器的主輸入端信號(hào)電平與分支輸出端信號(hào)電平分貝數(shù)之差,如下式: Lc = Pi (dB)Pb (dB) (5-6) 式中 Lc分支損耗; Pi主輸入端信

14、號(hào)電平,用分貝表示; Pb分支輸出端信號(hào)電平,用分貝表示。 插入損耗與分支損耗之間的關(guān)系如圖5-5所示 由圖可知,插入損耗小,分支損耗就大;插入損耗大,分支損耗就小。 根據(jù)插入損耗與分支損耗的定義,若已知分支器的主輸入電平,則:主輸出電平Po =主輸入電平Pi插入損耗Ld分支輸出電平Pb =主輸入電平Pi分支損耗Lc 若已知分支輸出電平,則可先計(jì)算出主輸入電平,然后計(jì)算出主輸出電平,如下式:主輸入電平Pi =分支輸出電平Pb +分支損耗Lc主輸出電平Po=主輸入電平Pi插入損耗Ld(2)相互隔離度和反向隔離度 l相互隔離度用來(lái)表示分支輸出端之間的相互影響程度,即在某一分支端加入測(cè)試信號(hào),其它各

15、端口均接匹配負(fù)載時(shí),該測(cè)試信號(hào)電平與其它分支輸出端信號(hào)電平分貝數(shù)之差。只有分支輸出端為兩個(gè)以上的分支器才具有相互隔離度這項(xiàng)指標(biāo),該值越大越好。 l反向隔離度用來(lái)表示分支輸出端與主輸出端之間的相互影響程度,即在某一分支端加入測(cè)試信號(hào),其它各端口均接匹配負(fù)載時(shí),該測(cè)試信號(hào)電平與主輸出端信號(hào)電平分貝數(shù)之差。為了使支線輻射出來(lái)的干擾信號(hào)不影響主線,該值越大越好。l以上四項(xiàng)電氣性能是分支器的主要技術(shù)參數(shù)。分支器其它技術(shù)參數(shù)如反射損耗、輸入輸出阻抗等,都與分配器基本相同,因此不再說(shuō)明。 3.串接式分支器串接式分支器(串接式輸出口串接式輸出口) 串接式分支器是分支器與用戶終端的統(tǒng)一體,具有分支器和系統(tǒng)輸出口

16、的功能,也稱為串接式輸出口。其分支輸出端做成系統(tǒng)輸出口,直接與用戶電視機(jī)相連接;而分支器的主輸出端連接至下一個(gè)用戶。這樣,利用串接式分支器就可以方便地將多個(gè)用戶串聯(lián)起來(lái),適用于樓層較低、橫向距離較長(zhǎng)的建筑,如圖5-6所示。 串接式分支器可分為串接一分支器和串接二分支器,串接二分支器用于相隔鄰近的用戶終端。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則之一就是要求每個(gè)用戶終端都得到大致相同的信號(hào)電平。為了達(dá)到這個(gè)要求,需要采用多種具有不同插入和分支損耗值的分支器。 以圖5-6a為例,先假定都采用相同的分支器,輸入電平為76dBV,每個(gè)分支器的插入損耗為2dB,分支損耗為12dB,則各個(gè)系統(tǒng)輸出口電平分別為64、62、60

17、、58dBV,最大電平與最小電平相差6dBV。 如果采用不同的分支器,例如:A、B兩個(gè)分支器的插入損耗為2dB,分支損耗為12dB;C、D兩個(gè)分支器的插入損耗為3dB,分支損耗為8dB。則各個(gè)系統(tǒng)輸出口電平分別為64、62、64、61dBV,最大電平與最小電平只相差3dBV。 計(jì)算結(jié)果如圖5-6a所標(biāo)數(shù)值。括號(hào)內(nèi)的數(shù)值為采用不同分支器所得到的電平。 4. 衰減器衰減器在有線電視系統(tǒng)中,當(dāng)輸入或輸出電平過(guò)大,超出規(guī)定的范圍,就會(huì)影響收視效果。衰減器大多用在放大器的輸入端和輸出端,調(diào)節(jié)輸入、輸出端電平,使其保持在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。衰減器一般按衰減量是否可調(diào)節(jié)分為固定式和可調(diào)式兩種。固定式衰減器的輸入端

18、和輸出端可交換使用,常做成不同規(guī)格衰減量的系列產(chǎn)品,并制成插件結(jié)構(gòu),直接裝入有線電視系統(tǒng)中,其體積小,性能穩(wěn)定,裝配方便??烧{(diào)式衰減器分為兩種:一種是步級(jí)可調(diào)式,常用于波段開關(guān);另一種是連續(xù)可調(diào)式,在一定范圍內(nèi)可任意進(jìn)行調(diào)整。 5. 均衡器均衡器均衡器是用來(lái)補(bǔ)償電纜衰減傾斜特性的。我們知道,電纜對(duì)信號(hào)有衰減且衰減量與信號(hào)頻率的平方根成正比,即信號(hào)高頻段損耗比低頻段損耗大,電纜的衰減頻率曲線是傾斜的。因此,即使前端輸出的各頻道信號(hào)電平是一致的,但經(jīng)過(guò)一段電纜傳輸后,各頻道信號(hào)電平會(huì)變得不一致。高頻段信號(hào)電平較低頻段信號(hào)電平低,各頻道電平差可達(dá)十幾分貝,甚至更高,這在鄰頻傳輸系統(tǒng)中是根本不允許的。

19、為了在整個(gè)工作頻段上取得平坦的響應(yīng)特性,必須對(duì)電纜衰減的傾斜特性給予適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。常用的一種補(bǔ)償方法就是采用均衡器。均衡器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)衰減量隨頻率變化的衰減器,能較多地衰減低頻部分而較少地衰減高頻部分,再在均衡器的輸出端加一個(gè)具有平坦特性的放大器,就可以使各頻道信號(hào)電平重新恢復(fù)到原來(lái)均衡的水平,如圖5-7所示。l均衡器按工作頻率可分為V頻段、U頻段和鄰頻用均衡器。只有在相應(yīng)頻率范圍內(nèi),均衡器才具有相應(yīng)的補(bǔ)償特性。l均衡器按均衡量可分為固定均衡器和可變均衡器,固定均衡器是有線電視系統(tǒng)中使用最廣泛的均衡器。l均衡器通常是一個(gè)含有電抗元件的無(wú)源網(wǎng)絡(luò),調(diào)整電抗元件可以改變均衡器衰減特性的傾斜度。均衡器可

20、外接在放大器的輸入端,也可做成插入式結(jié)構(gòu)直接安裝在放大器內(nèi),成為放大器的一部分。均衡器大多可以過(guò)電流,以適應(yīng)于集中供電系統(tǒng)。l均衡器常用的技術(shù)參數(shù)有均衡量、均衡偏差、插入損耗、反射損耗等。均衡量是指工作頻段內(nèi)下限頻率點(diǎn)衰減量與上限頻率點(diǎn)衰減量之間的差值,用分貝表示。采用不同均衡量的均衡器,可以補(bǔ)償不同長(zhǎng)度電纜的損耗。l均衡偏差是用來(lái)表示均衡器特性與電纜衰減特性互補(bǔ)的程度,定義為工作頻段內(nèi)規(guī)定頻率點(diǎn)的實(shí)際均衡值與理論均衡值之差。均衡偏差越小,補(bǔ)償?shù)男Ч胶?。均衡器其它技術(shù)參數(shù)的定義與前述器件基本相同,此處不再說(shuō)明 6. 系統(tǒng)輸出口系統(tǒng)輸出口系統(tǒng)輸出口是有線電視系統(tǒng)與用戶設(shè)備之間的接口,也稱為用戶

21、終端盒。它通常包括面板和接線盒,通過(guò)一段電纜和插頭將電視信號(hào)送入用戶電視機(jī)的輸入端口。系統(tǒng)輸出口按輸出口數(shù)目分為單數(shù)出口(TV)和雙輸出口(TV、FM)兩種。前者只有一個(gè)插孔,輸出射頻電視信號(hào);后者則有兩個(gè)插孔,分別輸出射頻電視信號(hào)和調(diào)頻廣播信號(hào)。其外形和基本電路如圖5-8所示。 系統(tǒng)輸出口按結(jié)構(gòu)分為塑料盒和金屬盒,金屬盒具有較好的屏蔽性能。系統(tǒng)輸出口按工作方式分為終端式和串接式,串接式即串接式分支器。系統(tǒng)輸出口按安裝型式分為明裝式和暗裝式。明裝式安裝在墻的表面,露出面板和接線盒,適用于舊式樓房安裝;暗裝式安裝在墻內(nèi)或其它裝飾平面內(nèi),只露出面板,適用于預(yù)埋好暗裝電纜管道的新建樓房。以上幾種就是

22、系統(tǒng)中常用的無(wú)源器件。此外還有各種連接器,包括高頻插頭、插座和轉(zhuǎn)接器,用于系統(tǒng)中各種設(shè)備與同軸電纜之間的連接。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)匹配,連接器阻抗均為75。 三三. 干線放大器干線放大器l干線放大器安裝在干線上,其主要作用是對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大,以補(bǔ)償電纜干線的損耗,進(jìn)一步延伸傳輸距離。干線放大器的性能好壞直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)傳輸質(zhì)量,關(guān)系到成千上萬(wàn)用戶的收視效果。因此,在大中型有線電視系統(tǒng)中,對(duì)干線放大器的各項(xiàng)技術(shù)性能有嚴(yán)格的要求。 1.干線放大器的分類干線放大器的分類 干線放大器的種類較多,國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中按功能將其大致分為三類:(1)類干線放大器 即ALC干線放大器,采用兩個(gè)導(dǎo)頻信號(hào),具有自動(dòng)增益控制(

23、AGC)和自動(dòng)斜率控制(ASC)功能,統(tǒng)稱為自動(dòng)電平控制(ALC)。傳輸距離可達(dá)10km以上,適用于大型有線電視系統(tǒng)。(2)類干線放大器 即AGC干線放大器,采用單導(dǎo)頻信號(hào),只具有自動(dòng)增益控制(AGC)功能。傳輸距離達(dá)5km左右,適用于中型有線電視系統(tǒng)。(3)類干線放大器 無(wú)導(dǎo)頻信號(hào),只具有手動(dòng)增益控制(MGC)和手動(dòng)斜率控制(MSC)功能,適用于小型有線電視系統(tǒng)。此類放大器還可分為二種:一種是A類放大器,可與類干線放大器間隔使用;另一種是B類放大器,可單獨(dú)使用或與類干線放大器間隔使用。 2. 干線放大器的自動(dòng)增益控制特性干線放大器的自動(dòng)增益控制特性 電纜對(duì)信號(hào)的衰減與頻率的平方根成正比,也就

24、是說(shuō)頻率從低頻端到高頻端,電纜的衰減量曲線有一個(gè)斜度。如果環(huán)境溫度發(fā)生變化,則衰減量也會(huì)隨之變化,且不同頻率點(diǎn)衰減量的變化量也是不一致的。例如MC2500電纜,長(zhǎng)度為1km,溫度變化30,溫度系數(shù)為0.14%/,則衰減變化量如下:45MHz時(shí), 1000m1.5dB/100m1.4/1000(30)=0.63dB110MHz時(shí), 1000m2.25dB/100m1.4/1000(30)=0.94dB500MHz時(shí), 1000m4.86dB/100m1.4/1000(30)=2.04dB因此,電纜衰減特性曲線的斜度(斜率)并不是固定不變的,而是隨環(huán)境溫度變化而變化。 從而使放大器的輸入和輸出電平

25、也隨溫度變化而變化,導(dǎo)致穩(wěn)定性下降。為了穩(wěn)定放大器的輸出,必須使其能夠根據(jù)輸入電平的變化自動(dòng)調(diào)整增益。導(dǎo)頻信號(hào)是由安裝在前端的導(dǎo)頻信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的基準(zhǔn)信號(hào),一般是頻率固定、幅度穩(wěn)定的正弦波。由于導(dǎo)頻信號(hào)和電視信號(hào)都同時(shí)通過(guò)同樣的電纜,當(dāng)因溫度變化而引起電纜損耗改變時(shí),放大器就可根據(jù)導(dǎo)頻信號(hào)電平的變化來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)增益,以穩(wěn)定放大器的輸出 AGC干線放大器采用了以單一導(dǎo)頻信號(hào)為參考基準(zhǔn) 的自動(dòng)增益控制電路,放大器根據(jù)導(dǎo)頻信號(hào)電平的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)可調(diào)衰減器的衰減量,使放大器的輸出保持穩(wěn)定。通常將導(dǎo)頻信號(hào)選在工作頻段中間適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)上,這樣能較好地兼顧整個(gè)頻段的電平波動(dòng)。ALC干線放大器采用兩個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)作為基

26、準(zhǔn),分別作用于自動(dòng)增益控制(AGC)和自動(dòng)斜率控制(ASC)電路。通常AGC導(dǎo)頻信號(hào)選在高頻端,調(diào)節(jié)可調(diào)衰減器的衰減量,使高頻端輸出幅度相對(duì)穩(wěn)定;ASC導(dǎo)頻信號(hào)選在低頻端,通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)均衡器來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)斜率控制功能。由于采用了雙導(dǎo)頻信號(hào),使信號(hào)在高頻端和低頻端均得到有效控制,干線傳輸過(guò)程中產(chǎn)生的電平波動(dòng),在各級(jí)ALC干線放大器的控制下均能基本消除。 3. 干線放大器的基本組成干線放大器的基本組成(1)類干線放大器 即ALC放大器,是一種功能最全、性能最好的干線放大 器。其基本組成如圖5-9所示。(2)類干線放大器 即AGC放大器,其基本組成如圖5-10所示 (3)類干線放大器 即手動(dòng)增益控制(M

27、GC)和手動(dòng)斜率控制(MSC)放大器,加有溫度補(bǔ)償電路。它是利用溫度敏感元件(熱敏電阻),通過(guò)不同的溫度轉(zhuǎn)換成不同的控制電流來(lái)調(diào)節(jié)可調(diào)衰減器的衰減量,以實(shí)現(xiàn)增益控制,并以均衡器來(lái)進(jìn)行斜率補(bǔ)償。這種干線放大器在一定程度上克服了由于溫度變化而引起的電纜衰減變化,技術(shù)性能低于自動(dòng)控制干線放大器。其基本組成如圖5-11所示。 4. 干線放大器的主要技術(shù)參數(shù)干線放大器的主要技術(shù)參數(shù) 干線放大器的主要技術(shù)參數(shù)如下:(1)最小滿增益 帶有自動(dòng)增益控制的放大器,用手動(dòng)調(diào)整到最大輸入時(shí)放大器所能得到的增益。(2)標(biāo)稱增益(典型工作增益) 在合適的自動(dòng)電平控制和標(biāo)稱輸入電平條件下,放大器所能得到的增益。(3)傳輸

28、帶寬 以最小滿增益定義的頻率范圍,也就是工作頻率。(4)帶內(nèi)平坦度 干線放大器工作頻帶內(nèi)最高、最低幅頻響應(yīng)電平相對(duì)兩者平均電平的偏差總量,叫做帶內(nèi)平坦度。要求干線放大器的平坦度達(dá)到0.250.3dB。(5)標(biāo)稱輸入電平 滿足干線放大器性能參數(shù)的輸入電平范圍內(nèi)的中心點(diǎn)。(6)標(biāo)稱輸出電平 在標(biāo)稱輸入電平和在標(biāo)稱增益下干線放大器的輸出電平。 (7)信號(hào)交流聲比 信號(hào)與寄生調(diào)幅到載波信號(hào)上的電源交流峰值之比。 (8)載波組合交擾調(diào)制比(C/CM) 交調(diào)指一個(gè)頻道的調(diào)制內(nèi)容疊加(串?dāng)_)到另外一個(gè)頻道上。它與頻道數(shù)有關(guān),其值為被測(cè)頻道需要的調(diào)制包絡(luò)峰-峰值與在被測(cè)載波上的轉(zhuǎn)移調(diào)制包絡(luò)峰-峰值之比。 隨著

29、我國(guó)有線電視頻道大量增加,已經(jīng)普遍采用CSO和CTB兩項(xiàng)非線性失真指標(biāo)來(lái)衡量有線電視系統(tǒng)非線性失真。 (9)載波組合二次差拍比(C/CSO) 任意兩個(gè)載波的和頻、差頻(二次互調(diào)產(chǎn)物)和它們的二次諧波統(tǒng)稱為組合二次差拍產(chǎn)物,載波信號(hào)峰值電平與這些產(chǎn)物之比叫做載波組合二次差拍比(C/CSO)。 (10)載波組合三次差拍比(C/CTB) 在多頻道放大時(shí),載波信號(hào)峰值電平相對(duì)其周圍的各種三次差拍及三次互調(diào)聚集產(chǎn)物之比。 (11)AGC和ASC特性 AGC特性表示干線放大器的輸出電平受輸入電平變化影響的大小。ASC特性表示干線放大器的輸出電平斜率受輸入電平斜率變化影響的大小。 (12)反射損耗 表示阻抗

30、匹配的程度,以dB表示,干線放大器反射損耗大于16dB。分貝數(shù)越大,匹配越好。反射損耗不合乎要求,不但引起重影,而且會(huì)使平坦度變壞。 (13)噪聲系數(shù) 干線放大器的噪聲系數(shù)在710dB范圍內(nèi),越小質(zhì)量越好。 (14)最大輸出電平 最大輸出電平是交調(diào)比為60dB時(shí)放大器的輸出電平;有些產(chǎn)品給出的是在幾十個(gè)頻道混合輸入時(shí),在某個(gè)非線性指標(biāo)下的最大輸出電平。 (15)集中供電和穩(wěn)壓電源性能 由于集中供電電源穩(wěn)壓精度不高和電纜回路電阻引起的電壓降,要求干線放大器內(nèi)采用開關(guān)電源,在電源輸入2860V變化時(shí),均能正常工作。為了進(jìn)一步了解干線放大器的技術(shù)參數(shù),表5-3中列出了某些實(shí)際產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)以供參考。

31、 5. 干線放大器的集中供電干線放大器的集中供電干線放大器可以就近接市電,也可以在前端(或傳輸干線中任何一點(diǎn))對(duì)干線放大器集中供電。采用集中供電可以減少供電點(diǎn),使干線系統(tǒng)供電可靠性與安全性提高,同時(shí)干線傳輸系統(tǒng)不會(huì)因?yàn)槟硞€(gè)局部區(qū)域停電而使干線傳輸中斷,導(dǎo)致用戶無(wú)法收看節(jié)目。集中供電需要增加交流供電器、電源插入器等設(shè)備。交流供電器的主要部分是一個(gè)降壓變壓器,將50Hz、220V市電變換成穩(wěn)定的50Hz、60v低壓交流電,具有穩(wěn)壓、限流和斷路等保護(hù)功能。電源插入器可將射頻電視信號(hào)、低壓交流電進(jìn)行混合,一起注入到電纜中進(jìn)行傳輸,也可以將二者分離。集中供電如圖5-12所示。 6. 其它形式的干線放大器

32、其它形式的干線放大器 (1)干線橋接放大器 其安裝在干線上,除放大干線中的信號(hào)外,還分出幾路支線信號(hào)送至用戶分配系統(tǒng)。(2)中間分支放大器 其安裝在干線上,但對(duì)干線中的信號(hào)沒(méi)有放大作用,僅對(duì)分出的幾路支線信號(hào)進(jìn)行放大并送至用戶分配系統(tǒng)。(3)分配放大器 其用在主干線末端,或支干線末端,可以提供幾路分配信號(hào)輸出。在電纜傳輸中,除上述幾種干線放大器以外,還包括線路延長(zhǎng)放大器、樓棟放大器等。線路延長(zhǎng)放大器用于支線放大。樓棟放大器則是電纜傳輸?shù)淖詈笠患?jí)放大器。第二節(jié)第二節(jié) 分配網(wǎng)絡(luò)分配網(wǎng)絡(luò)分配網(wǎng)絡(luò)是有線電視系統(tǒng)中直接與用戶終端分配網(wǎng)絡(luò)是有線電視系統(tǒng)中直接與用戶終端相連接的部分,分布面最廣最大。分配網(wǎng)絡(luò)

33、相連接的部分,分布面最廣最大。分配網(wǎng)絡(luò)是指從分配點(diǎn)至系統(tǒng)輸出口是指從分配點(diǎn)至系統(tǒng)輸出口(用戶終端用戶終端)之間的之間的傳輸網(wǎng)絡(luò)。分配點(diǎn)是指從干線取出信號(hào)并饋傳輸網(wǎng)絡(luò)。分配點(diǎn)是指從干線取出信號(hào)并饋送給支線和分支線的連接點(diǎn)。送給支線和分支線的連接點(diǎn)。 分配網(wǎng)絡(luò)通過(guò)各種分配器、分支器的選取和組合(有時(shí)還要通過(guò)放大器),最終給每一個(gè)系統(tǒng)輸出口提供一個(gè)合適的信號(hào)電平。國(guó)標(biāo)規(guī)定:VHF波段系統(tǒng)輸出口電平(又叫用戶電平)范圍為5783dBV;UHF波段為6080dBV。用戶電平過(guò)高或過(guò)低都不好。用戶電平過(guò)低,不能滿足最低信噪比要求,屏幕上會(huì)出現(xiàn)“雪花”噪波干擾;用戶電平過(guò)高,易產(chǎn)生非線性失真,出現(xiàn)“竄臺(tái)”“

34、網(wǎng)紋”等干擾現(xiàn)象。一般情況下選取705dBV。 分配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)分配點(diǎn)的輸出功率、用戶終端的數(shù)量、建筑結(jié)構(gòu)及布線要求等實(shí)際情況來(lái)選取合適的網(wǎng)絡(luò)組成形式,進(jìn)而確定所用部件的種類、規(guī)格和數(shù)量。 1分配網(wǎng)絡(luò)的基本組成形式分配網(wǎng)絡(luò)的基本組成形式1.分配分配分配形式分配形式 分配分配形式的基本組成如圖5-13所示 這種分配網(wǎng)絡(luò)使用的器件都是分配器,通常最多采用三級(jí),每一級(jí)根據(jù)實(shí)際情況可采用二、三、四分配器。這種分配方式的信號(hào)損耗較小,為各級(jí)分配器的分配損耗之和,再加上傳輸電纜的損耗。 但是,如果某一路空載,則對(duì)其它幾路影響較大。因此在實(shí)際使用中,若某個(gè)端口暫時(shí)不用,應(yīng)接上75的匹配電阻,以保持整個(gè)分

35、配網(wǎng)絡(luò)的匹配狀態(tài)。 2.分支分支分支形式分支形式分支分支形式的基本組成如圖5-14所示 這種分配網(wǎng)絡(luò)使用的器件都是分支器。前面分支器的支線輸出,作為干線將后面各分支器串接起來(lái),通過(guò)分支輸出端把信號(hào)分配給各個(gè)用戶終端。 這種分配方式的信號(hào)損耗較大,每個(gè)用戶終端的總損耗等于主分支器的分支損耗、前面各分支器的插入損耗與終端分支器的分支損耗之和。串接的分支器越多,損耗就越大。 在實(shí)際使用中,最后一個(gè)分支器的主輸出端應(yīng)接有75的匹配電阻。為了使各用戶得到基本一致的信號(hào)電平,應(yīng)選用具有不同損耗的分支器進(jìn)行搭配??拷糯笃鞯姆种鲹p耗可大一些,靠近終結(jié)電阻的分支器損耗要小一些。3. 分配分配分支形式分支形式

36、分配分支形式的基本組成如圖5-15所示。 這種分配方式是分配網(wǎng)絡(luò)中使用最廣泛的一種。先采用一個(gè)分配器將信號(hào)平均分成幾路作為支線,然后在每條支線上串接若干個(gè)分支器,通過(guò)分支輸出端把信號(hào)分配給各個(gè)用戶終端。 由于在前面采用了一個(gè)分配器,這種分配方式的信號(hào)損耗較小,而且分出的支線也多一些。特別適合于高層建筑采用。 在實(shí)際使用中,每條支線末端應(yīng)接上75的匹配電阻。為了使各用戶得到基本一致的信號(hào)電平,應(yīng)選用具有不同損耗的分支器搭配使用。 4. 分支分支分配形式分配形式分支分配形式的基本組成如圖5-16所示 這種分配方式是在前端輸出的干線上串接若干個(gè)分支器,再在每個(gè)分支器的分支輸出端接一個(gè)分配器。為了使各

37、用戶得到基本一致的信號(hào)電平,應(yīng)選用具有不同損耗的分支器搭配使用。分配器的各輸出端也不宜空載,如果暫時(shí)不用,應(yīng)接上75的匹配電阻。 以上四種是分配網(wǎng)絡(luò)的基本形式。在實(shí)際應(yīng)用中,還可將這些基本形式組合使用,構(gòu)成較復(fù)雜的混合型。 二二. 用戶電平用戶電平(系統(tǒng)輸出口電平系統(tǒng)輸出口電平)的計(jì)算的計(jì)算l用戶電平的計(jì)算大多采用正推法和倒推法。正推法即從前往后計(jì)算,以最后一級(jí)放大器輸出電平為基礎(chǔ),從前往后逐步減去電纜損耗以及分配分支器損耗,最后計(jì)算出用戶電平。倒推法即從后往前計(jì)算,以分配網(wǎng)絡(luò)最后一個(gè)用戶電平為基礎(chǔ),從后往前加上電纜損耗以及分配分支器損耗,最后計(jì)算出放大器的輸出電平。l計(jì)算時(shí),應(yīng)首先選擇距離最

38、遠(yuǎn),用戶最多,條件最差的線路進(jìn)行計(jì)算;當(dāng)系統(tǒng)傳輸全頻道信號(hào)時(shí),應(yīng)將VHF、UHF頻段電平分別計(jì)算;當(dāng)系統(tǒng)傳輸VHF頻段信號(hào)時(shí),應(yīng)將高頻端頻道電平和低頻端頻道電平分別計(jì)算。 例如,圖5-17為一個(gè)采用分配分支形式的小型無(wú)源分配網(wǎng)絡(luò)。假設(shè)信號(hào)從前端設(shè)備送出后經(jīng)分配器分為四路,每一路都串接6個(gè)分支器,分支器選用三種不同的規(guī)格;前端設(shè)備與四分配器之間的距離很近,電纜損耗可以忽略;四分配器與第一個(gè)分支器之間的電纜長(zhǎng)度為6m,其余分支器之間都為3m,全部采用SYV7551型電纜。我們以2、8頻道為例計(jì)算用戶電平,只計(jì)算其中一路,其余各路用戶電平都一樣。 通過(guò)實(shí)測(cè),SYV7551型電纜對(duì)于8頻道的衰減為0.

39、16dB/m,對(duì)于2頻道的衰減為0.10dB/m,四分配器對(duì)于每個(gè)頻道的分配損耗都為7dB。端用戶采用的分支器,插入損耗為0.5dB,分支損耗為17dB;端用戶采用的分支器,插入損耗為1dB,分支損耗為13dB;端用戶采用的分支器,插入損耗為2dB,分支損耗為9dB。前端輸出信號(hào)電平為90dBV。 用戶電平Sn計(jì)算方法: Sn=STLPLxLnLFLSGF (dB) (5-7)式中 Sn第n個(gè)用戶端的輸出信號(hào)電平(dB);ST前端輸出信號(hào)電平(dB);LP分配器總分配損耗(dB);Lx傳輸電纜總損耗(dB);Ln分支器總插入損耗(dB);LF分支器總分支損耗(dB);LS衰減器損耗(dB);G

40、F寬帶放大器增益(dB)。 根據(jù)上式先計(jì)算8頻道的用戶電平。對(duì)于第一個(gè)用戶端:由于ST=90dB,LP=7dB,Lx=0.16dB/m6m,LF=17dB,Ln= LS= GF=0。因此,第一個(gè)用戶端的用戶電平S1為: S1 = 9070.16617=65.04 (dB) 對(duì)于第二個(gè)用戶端:由于傳輸電纜增加了3m,又增加了前面一個(gè)分支器的插入損耗0.5dB。因此,第二個(gè)用戶端的用戶電平S2為: S2 = 9070.1690.517=64.06 (dB) 如此,可以計(jì)算出各用戶端的8頻道輸出信號(hào)電平分別為:S1 =65.04dB,S2 =64.06dB,S3 =67.08dB,S4 =65.60

41、dB,S5 =68.12dB,S6 =65.64dB。 按照以上相同的方法,可以計(jì)算出各用戶端的2頻道輸出信號(hào)電平分別為:S1 =65.40dB,S2=64.60dB,S3 =67.80dB,S4 =66.50dB,S5 =69.20dB,S6 =66.90dB。 計(jì)算結(jié)果如圖5-17中所標(biāo)數(shù)值。括號(hào)內(nèi)的數(shù)值為2頻道的電平。 比較計(jì)算結(jié)果可以得到:1)對(duì)于8頻道,用戶最高電平為68.12 dB,最低電平為64.06 dB,電平差為4.06 dB,平均電平為66.09 dB。電平差很小,符合要求。通常也可寫為66.092.03 dB。2)對(duì)于2頻道,用戶最高電平為69.20 dB,最低電平為64

42、.60 dB,電平差為4.60 dB,平均電平為66.90 dB。電平差很小,符合要求。通常也可寫為66.902.30 dB。 第三節(jié)第三節(jié) 光纜傳輸光纜傳輸光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維光纜作為一種新型先進(jìn)的傳輸媒質(zhì),自從問(wèn)世以來(lái),在通信和電視傳輸方面得到了廣泛的應(yīng)用,出現(xiàn)了有線傳輸?shù)男戮置?。隨著光纖傳輸技術(shù)的發(fā)展與成熟,近年來(lái)我國(guó)許多大中城市已經(jīng)開通或正在規(guī)劃建設(shè)光纜電纜混合網(wǎng)。采用光纜CATV系統(tǒng),可充分利用光纖傳輸具有的寬帶、抗干擾和高保真等特性,有利于實(shí)現(xiàn)通信、計(jì)算機(jī)和有線電視的三位一體,使未來(lái)的有線電視能融合于信息高速公路中。因此,用光纖作為傳輸媒質(zhì),建設(shè)寬帶光纜網(wǎng),發(fā)展數(shù)字有線電視是有線電視必

43、然的發(fā)展方向。1光纜傳輸系統(tǒng)概述光纜傳輸系統(tǒng)概述1.激光的基本知識(shí)激光的基本知識(shí)激光是“利用光子受激輻射實(shí)現(xiàn)光放大”的簡(jiǎn)稱,也屬于電磁波。在光纖傳輸中,激光是信號(hào)傳輸?shù)妮d體,而普通光是不能作為載體的。這是因?yàn)榕c普通光相比,激光具有以下一些寶貴的特性:激光具有很強(qiáng)的方向性激光的單色性很高,頻譜很窄。而普通 光源除發(fā)出可見(jiàn)光外,還發(fā)出紫外線、紅外線等,有很寬的頻譜。 激光器的發(fā)光功率非常大 2.光纖及光纜光纖及光纜 光纖是由導(dǎo)光材料制成的纖維絲,基本結(jié)構(gòu)包括纖芯和包層兩部分。纖芯由高折射率的柔軟玻璃絲制成,是光波的傳輸介質(zhì);包層材料的折射率比纖芯稍低一些,它與纖芯共同構(gòu)成光波導(dǎo),形成對(duì)傳輸光波的約

44、束作用。其縱截面如圖5-18所示,折射率n1n2,臨界角為c=arcsin(n2/n1)。當(dāng)芯線中光的入射角1大于臨界角c時(shí),將發(fā)生全反射,光就會(huì)在芯線內(nèi)來(lái)回反射,曲折向前傳播。 按照光傳輸模式的不同,光纖可分為多模光纖和單模光纖。光在光纖介質(zhì)中傳播,它的電磁場(chǎng)在光纖中將按一定的方式分布,這種分布方式稱為模式。多模光纖是指允許多種電磁場(chǎng)分布方式同時(shí)存在的光纖,按其折射率分布可分為兩類,即階躍折射率分布光纖和漸變折射率分布光纖。單模光纖是指只允許一種電磁場(chǎng)分布方式存在的光纖。 多模光纖的制造、耦合、連接都比較容易,但由于存在多種模式傳輸,色散現(xiàn)象較為嚴(yán)重,進(jìn)而使傳輸頻帶變窄,傳播性能較差,不適合

45、有線電視系統(tǒng)使用。單模光纖的芯線直徑小,制造、耦合、連接都比較困難,但其頻帶寬,傳輸性能好,適于大容量信息的傳輸,有線電視系統(tǒng)均采用單模光纖。 光纖的傳輸損耗非常小,并且不同波長(zhǎng)的光在光纖中傳輸損耗是不同的。在850nm、1310nm和1550nm三個(gè)值附近,光纖損耗有最小值,故稱這三個(gè)波長(zhǎng)為光纖通信的三個(gè)窗口。850nm波長(zhǎng)的光損耗約為2.5dB/km;1310nm波長(zhǎng)的光損耗約為0.35dB/km;1550nm波長(zhǎng)的光損耗約為0.2dB/km。 色散是光纖傳輸中的另一重要指標(biāo),理論和實(shí)驗(yàn)證明:不同波長(zhǎng)或不同模式的光在光纖中傳輸時(shí)具有不同的速度。在傳輸一定距離后,將相互散開,從而造成波形失真

46、。頻帶越寬,傳輸距離越遠(yuǎn),波形失真越嚴(yán)重。多模光纖的色散較嚴(yán)重,故限制了它的帶寬。單模光纖只傳輸一個(gè)模式,色散較小。1310nm波長(zhǎng)的光理論上為零色散,因而帶寬很寬,在目前光纖傳輸中應(yīng)用最廣。 單根光纖很細(xì),強(qiáng)度很低,無(wú)法應(yīng)用。因此,實(shí)際中是將多根光纖組合成多芯光纖,并加入鋼絲、聚酯單絲等加強(qiáng)筋,外面再加上保護(hù)套,才成為實(shí)用的光纜。3.光纜傳輸?shù)幕驹砉饫|傳輸?shù)幕驹?光纜CATV系統(tǒng)的基本組成如圖5-19所示。無(wú)論是數(shù)字系統(tǒng)還是模擬系統(tǒng),其基本組成方式是一致的,區(qū)別主要在于光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)的不同。 光發(fā)射機(jī)是將電信號(hào)轉(zhuǎn)變成光信號(hào)的裝置,電信號(hào)被加到激光器上,用以控制光信號(hào)的強(qiáng)弱,使其隨

47、著電信號(hào)大小而變化(光強(qiáng)調(diào)制)。被調(diào)制后的光信號(hào)從發(fā)射機(jī)中輸出,經(jīng)光分路器分成幾路,分別送至多條光纜線路中進(jìn)行傳輸。若傳輸距離過(guò)遠(yuǎn),中間應(yīng)加有光中繼站,對(duì)光信號(hào)進(jìn)行放大后再繼續(xù)傳輸。光接收機(jī)則將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。4.光纖傳輸?shù)奶攸c(diǎn)光纖傳輸?shù)奶攸c(diǎn)(1)頻帶寬,傳輸容量大 頻帶的寬窄代表了可以傳輸信息容量的大小。由于光的波長(zhǎng)為微米(m)級(jí),頻率在3105GHz左右,其絕對(duì)帶寬相當(dāng)寬。從理論上而言,它可容納比同軸電纜多得多的頻道。(2)傳輸損耗小 光纖傳輸?shù)膿p耗非常小,例如1310nm波長(zhǎng)的光損耗為0.35dB/km,不加中繼站,單程可傳輸30km,而一般直徑較大的同軸電纜每公里損耗可達(dá)數(shù)

48、十分貝。此外,還有兩個(gè)特點(diǎn):其一是在全部有線電視傳輸頻道內(nèi)具有相同的損耗(頻率特性好),不需加入均衡器;其二是損耗幾乎不隨溫度變化。 (3)抗干擾性能強(qiáng) 由于光纖的基本成分是石英,為非導(dǎo)體,它不受電磁場(chǎng)干擾,雷電、高壓電也不會(huì)侵入而產(chǎn)生觸電或毀壞設(shè)備等事故。同時(shí),光纖抗化學(xué)腐蝕能力強(qiáng),安全可靠。 (4)保真度高 光纖傳輸通常不需要中繼站(或中繼站極少),不會(huì)引入非線性失真,使信號(hào)傳輸質(zhì)量大大提高。同時(shí),光纖中傳輸?shù)男盘?hào)不易泄漏,保密性好。 (5)重量輕,鋪設(shè)方便 光纖非常細(xì),即使做成光纜也不粗,且比重小,重量輕,便于鋪設(shè)。 (6)來(lái)源豐富 光纖是由石英制成的,其主要成分為SiO2,是地殼中含量

49、最豐富的物質(zhì)。隨著光纜生產(chǎn)技術(shù)水平的提高,有望進(jìn)一步降低成本。 二二. 光纜光纜CATV系統(tǒng)的構(gòu)成系統(tǒng)的構(gòu)成1光纜CATV系統(tǒng)的調(diào)制方式 光信號(hào)傳輸?shù)幕菊{(diào)制方式是光強(qiáng)調(diào)制(IM),即光纜中傳送的光信號(hào)強(qiáng)弱(光功率大?。╇S電信號(hào)的大小而變化。我們通常所說(shuō)的光纜CATV系統(tǒng)調(diào)制方式是指電信號(hào)的調(diào)制方式,分為殘留邊帶調(diào)幅(VSB/AM)、調(diào)頻(FM)、數(shù)字(PCM)三大類。在進(jìn)行傳輸時(shí),首先完成電信號(hào)的調(diào)制,然后進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制。因此,若完整地說(shuō),調(diào)幅光纜系統(tǒng)的調(diào)制方式應(yīng)為VSB/AMIM,調(diào)頻光纜系統(tǒng)的調(diào)制方式應(yīng)為FMIM,數(shù)字光纜系統(tǒng)的調(diào)制方式應(yīng)為PCMIM。為了簡(jiǎn)化敘述起見(jiàn),常常將IM省去 在上

50、述三種調(diào)制方式中,PCM光纜系統(tǒng)的性能最好,造價(jià)最高;VSB/AM光纜系統(tǒng)的性能最差,造價(jià)最低;FM光纜系統(tǒng)的性能與造價(jià)則在二者之間。這里必須指出的是,即使是性能最差的VSB/AM方式,在傳輸距離相同時(shí),其性能也比同軸電纜系統(tǒng)要好得多。 由于VSB/AM調(diào)制方式與電視調(diào)制制式相同,不存在制式轉(zhuǎn)換問(wèn)題。因此,VSB/AM光纜系統(tǒng)在有線電視中得到了廣泛的應(yīng)用 2VSB/AM光纜系統(tǒng)VSB/AM光纜CATV系統(tǒng)的基本構(gòu)成如圖5-20 所示 前端輸出的多頻道射頻(RF)電視信號(hào)首先送入光發(fā)射機(jī),進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制,轉(zhuǎn)換成光信號(hào)。光信號(hào)通過(guò)光分路器分成幾路后,送入光纜中進(jìn)行傳輸(途中可能加有光中繼站),在適當(dāng)

51、的位置(通常是信號(hào)分配點(diǎn))用光接收機(jī)將光信號(hào)還原成電信號(hào),并通過(guò)電纜分配網(wǎng)絡(luò)送至各個(gè)用戶終端。由于還原出的電信號(hào)仍然是殘留邊帶調(diào)幅電視信號(hào),電視機(jī)可直接進(jìn)行收看。 光纜CATV系統(tǒng)的網(wǎng)型基本上可分為兩種:一種是光纜電纜混合網(wǎng)(HFC),即前端光纜干線傳輸同軸電纜分配系統(tǒng),如圖5-20所示;另一種是全光纜網(wǎng)絡(luò),即前端光纜干線傳輸光纜分配系統(tǒng)。 目前,由于設(shè)備器材昂貴和技術(shù)上的難度等因素,全光纜系統(tǒng)很少使用,采用較多的是光纜電纜混合網(wǎng)(HFC)。在光纜電纜混合網(wǎng)中,光纜作為干線,用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的信號(hào)傳輸,常采用星形結(jié)構(gòu);電纜則用于分配網(wǎng)絡(luò),常采用樹形結(jié)構(gòu)。 3FM光纜系統(tǒng)FM光纜CATV系統(tǒng)的基本構(gòu)成

52、如圖5-21所示 在發(fā)送端,視頻(V)、音頻(A)信號(hào)首先進(jìn)行頻率調(diào)制,然后混合成一路并送入光發(fā)射機(jī)完成光強(qiáng)調(diào)制,最后將光信號(hào)送入光纜中。接收過(guò)程與發(fā)射過(guò)程相反。 4數(shù)字光纜系統(tǒng) 數(shù)字光纜CATV系統(tǒng)的基本構(gòu)成如圖5-22所示。 在發(fā)送端,視頻(V)、音頻(A)信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后送入編碼器,轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式,利用時(shí)分復(fù)用器將多路數(shù)字視頻音頻信號(hào)合并為串行數(shù)據(jù)流,送至光發(fā)射機(jī)進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制,轉(zhuǎn)換成光信號(hào)。 在接收端,光接收機(jī)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為串行電數(shù)據(jù)流,經(jīng)過(guò)解時(shí)分復(fù)用器和解碼器處理后,還原為模擬視頻、音頻信號(hào)。 三三. 光纜光纜CATV系統(tǒng)的主要設(shè)備系統(tǒng)的主要設(shè)備1光發(fā)射機(jī) 光發(fā)射機(jī)是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)

53、的設(shè)備,其關(guān)鍵部件是激光器。激光器是光發(fā)射機(jī)的光源,目前常用的有分布反饋式半導(dǎo)體激光器(DFB)和YAG固體激光器(摻釹釔鋁石榴石激光器)。激光器的輸出功率隨著驅(qū)動(dòng)電流的變化而變化(在一定范圍內(nèi)),由于射頻電視信號(hào)是寬頻帶模擬信號(hào),因此對(duì)激光器性能要求很嚴(yán)格,特別是電-光變換非線性、相對(duì)強(qiáng)度噪聲等。 CATV用VSB/AM光發(fā)射機(jī)可分為兩種類型:一種是直接調(diào)制方式;另一種是外調(diào)制方式。直接調(diào)制光發(fā)射機(jī)常采用DFB激光器,射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)相應(yīng)處理后直接驅(qū)動(dòng)激光器,完成光強(qiáng)調(diào)制,其激光的產(chǎn)生和調(diào)制是合在一起的。外調(diào)制光發(fā)射機(jī)常采用YAG固體激光器,其激光的產(chǎn)生和調(diào)制是分別進(jìn)行的。這兩種調(diào)制方式的主要區(qū)

54、別如圖5-23所示。 直接調(diào)制光發(fā)射機(jī)由于其電-光變換非線性較大,輸出光功率也較小,只在傳輸距離較近、規(guī)模較小的系統(tǒng)中得到廣泛的使用。外調(diào)制光發(fā)射機(jī)由于其激光的產(chǎn)生和調(diào)制是分別進(jìn)行的,可使激光器和調(diào)制器性能最佳化,輸出光功率較大,特別適用于傳輸距離遠(yuǎn)、規(guī)模大的有線電視系統(tǒng) (1)直接調(diào)制光發(fā)射機(jī) 直接調(diào)制光發(fā)射機(jī)常采用DFB激光器,其基本組成如圖5-24所示。l射頻電視信號(hào)首先由具有低噪聲、低失真的前置放大器放大,經(jīng)過(guò)自動(dòng)電平控制電路使信號(hào)電平保持恒定;然后進(jìn)行寬帶驅(qū)動(dòng)和預(yù)失真補(bǔ)償,使信號(hào)達(dá)到DFB激光器所需的驅(qū)動(dòng)電平,并校正其非線性;最后驅(qū)動(dòng)DFB激光器,進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制,將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為強(qiáng)度變化

55、的光信號(hào)。光信號(hào)通過(guò)光活動(dòng)接頭送入光纜。l激光器的光輸出功率除與射頻驅(qū)動(dòng)電流有關(guān)外,還受到環(huán)境溫度的影響,在相同驅(qū)動(dòng)電流條件下,隨著溫度的上升,光輸出功率減小。因此光發(fā)射機(jī)中還設(shè)有用于自動(dòng)溫度控制(ATC)的半導(dǎo)體致冷器和熱敏電阻。輸出端有一個(gè)光隔離器可以大大減小光反射波對(duì)激光器的影響。 射頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)激光器使光輸出強(qiáng)度隨著射頻信號(hào)強(qiáng)度的變化而變化。同時(shí),隨著射頻信號(hào)強(qiáng)度的變化,光頻率(或波長(zhǎng))也發(fā)生變化,即附加的頻率調(diào)制,這是不需要的調(diào)頻效應(yīng),具有這些附加頻率的光在光纖中傳輸時(shí)會(huì)引起色散,是光纜傳輸系統(tǒng)非線性失真的來(lái)源之一。因此,直接調(diào)制光發(fā)射機(jī)的二次失真產(chǎn)物特別是組合二次失真(CSO)較多,

56、C/CSO較低,大約60dB左右。此外,直接調(diào)制光發(fā)射機(jī)輸出的光功率也比較小,大多只有10mW左右。但是由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造成本低,在傳輸距離小于30km的情況下使用廣泛。 (2)外調(diào)制光發(fā)射機(jī) 外調(diào)制光發(fā)射機(jī)中激光的產(chǎn)生和調(diào)制是分別進(jìn)行的,其關(guān)鍵部件一個(gè)是等幅工作的Nd:YAG固體激光器,另一個(gè)是鈮酸鋰(LiNbO3)制成的電光調(diào)制器,基本組成如圖5-25所示。 由圖可知,外調(diào)制光發(fā)射機(jī)由半導(dǎo)體激光二極管泵浦源(光波長(zhǎng)0.808m)、固體激光器、光隔離器、調(diào)制器、補(bǔ)償非線性(CSO、CTB)電路和自動(dòng)溫度控制(ATC)電路等組成,且具有兩路(雙口)光輸出。 與直接調(diào)制光發(fā)射機(jī)相比,外調(diào)制光發(fā)

57、射機(jī)輸出光功率大,CSO小,C/CSO大,可達(dá)65dB以上。外調(diào)制光發(fā)射機(jī)一般有兩路光輸出,兩路光的射頻調(diào)制互為反相。接收端采用與其配套的光接收機(jī),這種光接收機(jī)有兩個(gè)接收通道,輸出端用功率混合器將互為反相的射頻信號(hào)混合成一路,使非線性失真互相抵消,技術(shù)性能大為提高。 2光接收機(jī) 光接收機(jī)是將光纜傳送來(lái)的光信號(hào)還原成射頻電視信號(hào),即光-電轉(zhuǎn)換,然后通過(guò)電纜分配網(wǎng)絡(luò)送至各個(gè)用戶終端。實(shí)現(xiàn)光-電轉(zhuǎn)換的傳感器件是光電二極管,分為PIN光電二極管和雪崩式光電二極管,CATV系統(tǒng)中一般都使用PIN光電二極管。將光電二極管和匹配網(wǎng)絡(luò)組合在一起,構(gòu)成光檢測(cè)器模塊。光接收機(jī)的基本組成如圖5-26所示 光信號(hào)首先

58、通過(guò)一只高靈敏度的光電二極管,利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)光信號(hào)的檢測(cè),使光信號(hào)還原為射頻電視信號(hào);利用低噪聲前置放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大,AGC電路使后級(jí)放大器有一個(gè)穩(wěn)定的輸入電平,均衡器用來(lái)均衡由同軸電纜引起的高頻端損耗;射頻電視信號(hào)達(dá)到合適的輸出電平、足夠的信噪比和理想的幅頻特性后,便可以送至前端或分配網(wǎng)絡(luò)。 3光放大器 光放大器有半導(dǎo)體激光放大器和光纖放大器兩類。CATV系統(tǒng)中常使用光纖放大器,光纖放大器有工作波長(zhǎng)為1550nm的摻鉺(Er)光纖放大器(EDFA)和工作波長(zhǎng)為1310nm的摻鐠(Pr)光纖放大器(PDFA)兩種。以摻鉺光纖放大器為例,其基本組成如圖5-27所示。 光能被泵入后

59、,通過(guò)光復(fù)用器進(jìn)入一定長(zhǎng)度的鉺添加光纖,后者作為一種轉(zhuǎn)化介質(zhì)把光能加載在輸入的1550nm光信號(hào)上,光信號(hào)以某個(gè)功率進(jìn)入單元,出去時(shí)功率便增大了。光隔離器的作用是把不需要的光反射信號(hào)濾除。 光纖放大器常作為中繼放大器,用于遠(yuǎn)距離光纜傳輸系統(tǒng);也可緊接著小功率光發(fā)射機(jī),用于提高光功率。 4光耦合器和光分路器 與同軸電纜傳輸系統(tǒng)一樣,光纜傳輸系統(tǒng)也需要將光信號(hào)進(jìn)行耦合、分支和分配。實(shí)現(xiàn)這些功能的器件有星型光耦合器和樹型光耦合器(即光分路器)。反之,利用它們也可以將多路光信號(hào)合成為一路。其工作原理如圖5-28所示。 在星型光耦合器中,一邊的任一端口輸入的光,可以均勻地分配到另一邊的所有端口。在理想的

60、情況下,同一邊的端口是互相隔離的,這樣可將信號(hào)發(fā)送至其它終端,也可以接收其它終端的信號(hào)。 樹型光耦合器也稱為光分路器。其將一路光信號(hào)分為n路光信號(hào),n=2稱為光二分路器;n=4稱為光四分路器,依次類推。光分路器的技術(shù)參數(shù)有以下幾個(gè):(1)分光比和理論分光損耗 分光比K定義為分路器某個(gè)輸出端功率Pn與輸入端功率Pi之比,以公式表示為: K = Pn / Pi理論分光損耗定義為輸入功率(dB)減去輸出功率(dB),是分光比的分貝表示。以公式表示為: 10lgK = 10lgPi10lgPn理論上講,分光比可以是1和0之間的任何數(shù)。光分路器存在著波長(zhǎng)敏感性,即光波長(zhǎng)的變化會(huì)使分光比發(fā)生變化。一般是波

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