雙模塊放大器質(zhì)量指標(biāo)核算方法淺議

1、雙模塊放大器質(zhì)量指標(biāo)核算方法淺議林挺逵 浙江省臺(tái)州市廣播電視局 路橋分局摘要：本文論述雙模塊放大器工作狀態(tài)的設(shè)計(jì)、調(diào)試和指標(biāo)核算方法，指出前后兩只模塊對(duì)質(zhì)量指標(biāo)的貢獻(xiàn)是不相等的，其中載噪比指標(biāo)主要由前一只模塊決定，失真指標(biāo)主要由后一只模塊決定。同時(shí)認(rèn)為光接收機(jī)中所串接的兩只放大模塊實(shí)質(zhì)上是電纜分配網(wǎng)絡(luò)中的第一級(jí)電放大器，應(yīng)按電放大器的要求設(shè)計(jì)、調(diào)試它的工作狀態(tài)，只是由于其模塊的質(zhì)量指標(biāo)比普通電放大器要好些，其輸出電平可以設(shè)計(jì)得略高一些，究竟能高多少，須通過設(shè)計(jì)計(jì)算確定，不能認(rèn)為愈高愈好。隨著有線電視網(wǎng)絡(luò)帶寬的拓展和對(duì)系統(tǒng)質(zhì)量要求的提高，電纜網(wǎng)絡(luò)中雙模塊放大器應(yīng)用將越來越普遍。另外，在光接收機(jī)中

2、，早期的產(chǎn)品有的僅僅只有一個(gè)光接收模塊，也有的在其下再加一只放大模塊作為電放大器，近期的產(chǎn)品多數(shù)是光接收模塊之下再串接兩只放大模塊構(gòu)成雙模塊放大器。而在光發(fā)射機(jī)中通常由兩只放大模塊串聯(lián)構(gòu)成雙模塊放大器作為射頻驅(qū)動(dòng)級(jí)。所以各級(jí)有線電視工作者選購(gòu)和調(diào)試雙模塊放大器和含有雙模塊器件的機(jī)會(huì)就多起來了，因此掌握雙模塊放大器設(shè)計(jì)、調(diào)試和指標(biāo)核算方法是很緊要的事，有利于采購(gòu)器件時(shí)核算性價(jià)比、調(diào)試器件時(shí)獲得最佳的質(zhì)量指標(biāo)?，F(xiàn)筆者把自己的體會(huì)作為討論意見提出來供大家參考，并請(qǐng)指正。1、放大模塊質(zhì)量指標(biāo)的換算目前使用的放大模塊大多數(shù)是國(guó)外進(jìn)口的產(chǎn)品，其說明書上標(biāo)示的失真參數(shù)通常是在輸出電平44dBmv（即104d

3、Bv），77個(gè)（40550MHz模塊）或110個(gè)（40750MHz模塊）或129132個(gè)（40860MHz）NTSC頻道時(shí)的數(shù)值，要先按下式換算成59個(gè)PAL頻道的指標(biāo)值，便于計(jì)算時(shí)運(yùn)用：(C/CTB59 =(C/CTBN+20 lg(N1/（591） （1）(C/CSO59 =(C/CSON+15 lg(N1/（591） （2）現(xiàn)把幾種750MHz放大模塊的原始指標(biāo)值和換算成59個(gè)PAL頻道后的數(shù)值列于表1。表1 幾種常用750MHz PHILIPS放大模塊參數(shù)型 號(hào)標(biāo)稱增益dB最大噪聲系數(shù)dB失 真 指 標(biāo) 參 數(shù)原 始 數(shù) 據(jù)換算成59頻道、輸出電平104 dBV時(shí)指標(biāo)值測(cè)量條件CTBd

4、BCSOdB輸出電平dBmV工作頻道數(shù)目CTB104dBCSO104dBBGY785A187.044110535358.557.1BGY785AD186.044110585863.562.1BGY787216.544110535358.557.1BGE787B297.044110505655.560.1BGE788347.044110495254.556.1BGD702D186.044110626267.566.1BGD704208.544110575662.560.1BGD71218.57.044112626367.667.2BGD714207.044112616266.666.22、雙模塊

5、放大器質(zhì)量指標(biāo)的核算以圖1為例說明普通雙模塊放大器（非AGC、ALC型放大器）質(zhì)量指標(biāo)的核算方法。其中M1為訊號(hào)輸入放大模塊，稱作“輸入放大模塊”，或“前級(jí)模塊”，M2為訊號(hào)輸出放大模塊，稱作“輸出放大模塊”或“末級(jí)模塊”。圖1 雙模塊放大器簡(jiǎn)圖由于放大模塊M1和M2是串聯(lián)設(shè)置的，顯然它們的輸入電平、輸出電平都不相同（M2遠(yuǎn)大于M1），因此它們的載噪比和失真指標(biāo)也不相同，不能直接采用表1的數(shù)值累加計(jì)算它們的總指標(biāo)值。必須先分別計(jì)算出各模塊的輸出電平，再按下面兩個(gè)算式分別算出單一模塊的指標(biāo)值，然后再累加計(jì)算雙模塊放大器的總指標(biāo)值。（C/N）單=SoG-NF-2.4f （3）（C/CTB）單=（C

6、/CTB）104+2（104-So）+f （4）上式中：G是放大模塊的標(biāo)稱增益，NF是放大模塊的最大噪聲系數(shù)， （C/CTB）104是模塊輸出電平為104dB時(shí)的C/CTB值（以上均可取用表1的數(shù)值），f是放大模塊輸出電平的斜率。2.1 雙模塊干線和用戶放大器指標(biāo)核算設(shè)圖1中前級(jí)模塊M1為BGY785A，末級(jí)模塊M2為BGD704，作為干線放大器使用時(shí)設(shè)計(jì)輸入電平Si1=72dB,輸出電平So2=98dB，斜率f=4dB；作為用戶放大器使用時(shí)設(shè)計(jì)輸入電平Si1=70dB，輸出電平So2=104dB，斜率f=6dB，試分別計(jì)算它們的噪比（C/N）總和三次差拍比（C/CTB）總。解：兩級(jí)放大模塊的

7、總增益為38dB(兩模塊增益之和，18+20，而設(shè)計(jì)干線放大器的凈增益為26dB(輸出電平So2-輸入電平Si1，98-72，因此兩模塊之間需衰減12dB（模塊總增益-模塊凈增益，38-26），由于4dB的斜率插片EQ2有2dB的插入損耗，因此AT2可選用10dB的衰減插片（有些放大器前后模塊之間匹配和補(bǔ)償電路比較復(fù)雜，插損也更大些，此時(shí)AT2可選得更小些。下同）。這樣，末級(jí)模塊M2的指標(biāo)可用（3）、（4）兩式算出（各參數(shù)可從表1查出）：（C/N）M2=So2-G2-NF2-2.4-f=9820-8.5-2.4-4=63.1 (dB查KC/N表，得K(C/NM2=0.0123（C/CTB）M2

8、=（C/CTB）104+2（104-So2）+f=62.5+2(104-98+4=78.5 (dB查K20表，得K(C/CTBM2=0.067前級(jí)模塊M1的輸出電平So1為：So1=So2-G2+AT2+LEQ2 +=9820+10+2+0=90 （dB）上式中，LEQ2為斜率插片EQ2的插入損耗, AT2為均衡插片AT2的衰減值。兩模塊之間補(bǔ)償和匹配電路的損耗，對(duì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的放大器可暫定為0。前級(jí)模塊M1的指標(biāo)亦可用（3）、（4）式算出：（C/N）M1=So1G1-NF1-2.4-f1=90187-2.4-0=62.6 （dB）查KC/N表，得K（C/N）M1=0.0138（C/CTB）M1=

9、（C/CTB）104+2（104-So1）+f1=58.5+2(104-90+0=86.5 (dB查K20表，得K(C/CTBM1=0.027因EQ2的均衡量數(shù)值已經(jīng)等于末級(jí)放大模塊設(shè)計(jì)要求的輸出斜率f值，不需要前級(jí)模塊補(bǔ)加斜率，所以前面兩式中取前級(jí)模塊的輸出斜率f1=0。那么兩級(jí)模塊載噪比（C/N）干總的K值K（C/N）干總為： K（C/N）干總=K（C/N）M1+K（C/N）M2=0.0138+0.0123=0.0261查KC/N表，得C/N干總=59.8dB。兩級(jí)模塊的三次差拍比（C/CTB）干總的K值K（C/CTB）干總為：K（C/CTB）干總=K（C/CTB）M1+K（/CTB）M2

10、=0.027+0.067=0.094查K20表，得(C/CTB干總=75.5dB。本例雙模塊放大器作干線放大器使用調(diào)試結(jié)果的載噪比C/N指標(biāo)為59.8dB，指標(biāo)占用系數(shù)為0.0261，即占用全系統(tǒng)2.61%的載噪比C/N指標(biāo)；三次差拍比C/CTB指標(biāo)為75.5dB，指標(biāo)占用系數(shù)為0.094，即占用全系統(tǒng)9.4%的三次差拍比C/CTB指標(biāo)。以上是用系統(tǒng)指標(biāo)占用系數(shù)分析法（即“K法”）計(jì)算出來的總指標(biāo)，當(dāng)然也可以用常規(guī)的指標(biāo)累加算式計(jì)算出總指標(biāo)值，結(jié)果是完全一樣的。作為用戶放大器使用時(shí)，放大器的凈增益為34dB(輸出電平So2-輸入電平Si1，104-70，兩模塊間需衰減4dB(模塊總增益-模塊凈

11、增益，38-34，由于6dB的斜率插片EQ2有2dB的插入損耗，可選用衰減插片AT2=2dB。那么末級(jí)模塊M2的指標(biāo)可用（3）、（4）兩式算出：（C/N）M2=So2-G2-NF2-2.4-f=10420-8.5-2.4-6=67.1 (dB查KC/N表，得K(C/NM2=0.0049（C/CTB）M2=（C/CTB）104+2（104-So2）+f=62.5+2(104-104+6=68.5 (dB查K20表，得K(C/CTBM2=0.211前級(jí)模塊M1的輸出電平So1為：So1=So2-G2+AT2+LEQ2+=10420+2+2+0=88 (dB其指標(biāo)亦可用（3）、（4）兩式算出：（C/

12、N）M1=So1-G1-NF1-2.4-f1=88187-2.4-0=60.6 (dB查KC/N表，得K（C/N）M1=0.0219（C/CTB）M1=（C/CTB）104+2（104-So1）+f1=58.5+2(104-88+0=90.5 (dB查K20表，得K(C/CTBM1=0.0168那么兩級(jí)模塊載噪比（C/N）用總 的K值K（C/N）用總為：K(C/N用總=K（C/N）M1+K（C/N）M2=0.0049+0.0219 =0.0268查KC/N表，得（C/N）用總=59.7dB兩級(jí)模塊的三次差拍比（C/CTB）用總的K值K（C/CTB）用總為：K(C/CTB用總=K（C/CTB）M

13、1+K（C/CTB）M2=0.0168+0.211=0.2278查K20表，得（C/CTB）用總=67.8dB本例雙模塊放大器作用戶放大器使用調(diào)試結(jié)果的載噪比C/N指標(biāo)為59.7 dB，指標(biāo)占用系數(shù)為0.0269，即占用全系統(tǒng)2.69%的載噪比C/N指標(biāo)；三次差拍比C/CTB指標(biāo)為67.8dB，指標(biāo)占用系數(shù)為0.2278，即占用全系統(tǒng)22.78%的三次差拍比C/CTB指標(biāo)。上述計(jì)算表明，由以上兩塊放大模塊組成的雙模塊放大器，在前面的設(shè)計(jì)條件下，用作干線放大器時(shí)的載器比C/N為59.8dB，三次差拍比C/CTB為75.5dB;用作用戶放大器時(shí)的載噪比C/N為59.7dB，三次差拍比C/CTB為6

14、7.8dB?？梢娪猛瑯拥哪K構(gòu)成的雙模塊放大器，在不同的設(shè)計(jì)運(yùn)用條件下，它們的失真指標(biāo)有較大的差別，輸出電平越高（低），失真根據(jù)越差（好）。而載噪比指標(biāo)卻可以做到基本相同，這是單模塊放大器無法做到的。另外，通過以上計(jì)算我們也可以看到，在雙模塊放大器中，末級(jí)模塊的失真指標(biāo)遠(yuǎn)低于前級(jí)模塊，它所占用的失真指標(biāo)份額比例(K值遠(yuǎn)大于前級(jí)模塊，失真指標(biāo)主要由末級(jí)模塊決定，因此要繼續(xù)提高雙模塊放大器的失真指標(biāo)主要就應(yīng)在末級(jí)模塊上挖潛力，如選用失真指標(biāo)更高的模塊和再適當(dāng)降低其輸出電平。而載噪比指標(biāo)卻好相反，主要由前級(jí)模塊決定，因此要繼續(xù)提高雙模塊放大器的載噪比指標(biāo)主要就應(yīng)在前級(jí)模塊上挖潛力，如選用噪聲系數(shù)更低

15、的模塊和再適當(dāng)提高其輸入電平。2.2 光接收機(jī)中雙模塊電放大器質(zhì)量指標(biāo)的核算把圖1中的AT1、EQ1去掉，換成光檢測(cè)組件，就成為光接收機(jī)示意圖。通常光接收機(jī)中前級(jí)模塊M1與末級(jí)模塊M2之間也設(shè)置有衰減插片和均衡插片，即如圖1中的AT2與EQ2。設(shè)光接收機(jī)中前級(jí)模塊M1為BGY787,末級(jí)模塊M2為BGD702D（參數(shù)見表1）來計(jì)算電放大器部份的質(zhì)量指標(biāo)。與普通雙模塊放大器不同的是，光接收機(jī)中前級(jí)模塊M1的輸入電平Si1是不能隨意設(shè)計(jì)決定的，它是由光鏈路和光接收機(jī)中光電檢測(cè)組件的特性決定的，而且一般也難以測(cè)量出具體數(shù)值。因此通常只好先測(cè)量光接收機(jī)的輸出電平So2，再用“倒推法”來估算出M1的輸出

16、電平So1和輸入電平Si1.在測(cè)量光接收機(jī)的輸出電平時(shí)，先將AT2與EQ2換成直通插片，然后將場(chǎng)強(qiáng)儀接于光接收機(jī)的輸出端口測(cè)量讀取光接收機(jī)的（高端）輸出電平，設(shè)測(cè)量的結(jié)果So2=108dB。那么，前級(jí)模塊的輸出電平So1可這樣估算：So1=So2-G2+ （5）為匹配電路的損耗，憑經(jīng)驗(yàn)估計(jì)，現(xiàn)暫定2dB（有溫補(bǔ)電路的要略大一些）,那么前級(jí)模塊M1輸出電平So1為：So1=So2 -G2 +=10818+2=92 （dB）光接收機(jī)中前級(jí)模塊的輸出、輸入電平通常都是不可調(diào)整的，那么它的質(zhì)量指標(biāo)也就固定不變，可以馬上計(jì)算出來：（C/N）M1=So1 G1 -NF1 -2.4-f=9221-6.5-2

17、.4-0=62.1 （dB）查KC/N表，得K（C/N）M1=0.0155(C/CTBM1=（C/CTB）104+2（104-So1）+f=58.5+2（104-92）+0=82.5 （dB）查K20表，得K（C/CTB）M1=0.042由于光發(fā)射機(jī)的輸入電平是平坦的，因此光接收機(jī)中M1的輸出電平也可以把它看作是平坦的，所以上面兩式中取f=0。某些型號(hào)的光接收機(jī)，把前級(jí)模塊M1的輸出訊號(hào)分支輸出一部份作為級(jí)聯(lián)訊號(hào)用以推動(dòng)下面的干線放大器（注意：此時(shí)會(huì)增加M1與M2之間的插入損耗），以延長(zhǎng)分配半徑。由于此時(shí)M1占用的失真指標(biāo)份額很小，輸出之訊號(hào)質(zhì)量最好。末級(jí)模塊M2的輸出電平So2（即光接收機(jī)的

18、輸出電平）和斜率f可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)。例如光接收機(jī)是作為聯(lián)網(wǎng)訊號(hào)源用的，其下面需級(jí)聯(lián)幾級(jí)干線放大器，那么可以將末級(jí)模塊M2設(shè)計(jì)成干線放大器的工作狀態(tài)，以減少失真指標(biāo)占用，留出盡可能多的指標(biāo)份額給下面的電纜分配網(wǎng)絡(luò)使用，使網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量指標(biāo)最好（當(dāng)然也可以直接購(gòu)買單模塊低電平輸出的光接收機(jī)，這樣質(zhì)量指標(biāo)可以更好一些）。例如將末級(jí)模塊M2的設(shè)計(jì)成干線放大器工作狀態(tài)：輸出電平So2=98dB，f=4dB.那么它的質(zhì)量指標(biāo)為：（C/N）M2-1 =So2 -G2-NF2 -2.4-f=98186-2.4-4=67.6 （dB）查KC/N表，得K（C/N）M2-1=0.0044（C/CTB）M2-1

19、 =（C/CTB）104 +（104-98）+4=67.5+2（104-98）+4=83.5 （dB）查K20表，得K（C/CTB）M2-1=0.038那么此時(shí)光接收機(jī)電放大器總質(zhì)量指標(biāo)為：K（C/N）總1 =K（C/N）M1 +K（C/N）M2-1=0.0155+0.0044=0.0199查KC/N表，得（C/N）總1=61.0dBK（C/CTB）總1=K（C/CTB）M1+K（C/CTB）M2-1=0.042+0.038=0.08查K20表，得（C/CTB）總1=76.9dB計(jì)算結(jié)果表明，此時(shí)光接收機(jī)中電放大器的載噪比C/N為61.0dB,指標(biāo)占用系數(shù)為0.0199，即占用全系統(tǒng)1.99%

20、的載噪比C/N指標(biāo)；三次差拍比C/CTB為76.9dB，指標(biāo)占用系數(shù)為0.08，即占用全系統(tǒng)8.0%的三次差拍比C/CTB指標(biāo)，與普通干線放大器相當(dāng)。當(dāng)光接收機(jī)的輸出訊號(hào)直接用于用戶分配，那么可以將M2的輸出電平和斜率設(shè)計(jì)成用戶分配放大器那樣的工作狀態(tài)，如So=106dB,f=6dB.那么，此時(shí)M2的質(zhì)量指標(biāo)為：（C/N）M2-2 =So2-NF2-2.4-f=106186-2.4-6=73.6 (dB查KC/N表，得K（S/N）M2-2=0.0011（C/CTB）M2-2 =（C/CTB）104 +2（104-So2）+f=67.5+2（104-106）+6=69.5 （dB）查K20表，得

21、K（C/CTB）M2-2=0.188那么此時(shí)光接收機(jī)電放大器總質(zhì)量指標(biāo)為：K（C/N）總2 =K（C/N）M1 +K（C/N）M2-2=0.0155+0.0011=0.0166查KC/N表，得（C/N）總2 =61.8dBK（C/CTB）總2 =K（C/CTB）M1 +K（C/CTB）M2-2=0.042+0.188=0.23查K20表，得（C/CTB）總2 =67.8dB計(jì)算結(jié)果表明，此時(shí)光接收機(jī)電放大器的載噪比C/N為61.8dB,指標(biāo)占用系數(shù)為0.0166，即占用全系統(tǒng)1.66%的載噪比指標(biāo)；三次差拍比C/CTB為67.8dB,指標(biāo)占用系數(shù)為0.23，即占用全系統(tǒng)23.0%的三次差拍比C/CTB指標(biāo)，與普通用戶放大器相當(dāng)。光接收機(jī)的兩種設(shè)計(jì)結(jié)果表明，當(dāng)光接收機(jī)電放大器按干線放大器方式要