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1、有线电视,第4章 同轴电缆网络,基本要求：了解同轴电缆干线传输系统的基本组成，掌握同轴电缆的结构和特性、放大器的基本组成、主要无源器件的工作原理、传统无源分配网的组成方式与计算主要内容：4.1同轴电缆4.2放大器4.3主要无源设备4.4传统用户分配网设计重点：放大器、主要无源部件的工作原理、同轴电缆的结构和特性、用户分配网设计难点：同轴电缆的特性学时分配：8学时,4.1同轴电缆,同轴电缆的结构与类型1.结构同轴电缆的结构对射频信号的传输有直接影响。它由里往外依次是内导体、塑胶绝缘层、屏蔽层和塑料护套而组成，铜芯与网状导体同轴，故名同轴电缆。,同轴电缆的内导体（又称芯线）用来传送RF信号，有时也
2、传送AC电源，通常是一股实心铜线或多股绞合铜线，对于大直径电缆也可以是“铜包铝”（一种镀有薄铜层的铝线）。为了提高强度，往往用“铜包钢”丝作为进户电缆（小直径电缆）的芯线（导体的趋肤效应：1MHz，趋肤深度：66m，100MHz，趋肤深度：6.6m，1000MHz，趋肤深度：2.1m）。介质绝缘层的基本任务是在保证内外导体之间有足够介电强度的同时，还要保持内外导体结构上的同心。绝缘层通常采用介质损耗很小的介电材料，例如聚乙烯等，目前渗氮聚乙烯应用最为普遍。一般来说，绝缘介质的相对介电常数越小，也就是介质中空气含量越大，它对电磁波阻碍越小，从而电缆的衰减量和温度系数也越小。因此，如何增加介质中的
3、空气含减小其相对介电常数，是决定同轴电缆性能的关键。同轴电缆的发展史就是一部如何利用技术手段改进绝缘介质层空气含量的历史。,外导体的作用是防止自身RF信号的泄露和外部RF信号的的侵入，同时它也是RF信号和AC电源的“地”，跟内导体一起构成完整的传输回路。外导体最常见的构成方式有三种：一是纵向搭接、拼接或焊接的铜管或铝管，管子可以是光滑的，也可以是皱纹管，后者多用于大直径电缆。二是铜丝编织的网状外导体或铝箔纵包加铜丝密编的复合外导体。三是铜箔纵包或铝带纵包，这类结构会对系统的屏蔽性能带来一定程度的改善。双向网络采用加厚屏蔽同轴电缆的原因：趋肤效应？,外护套仅起防护作用，用以增强电缆的抗磨损、抗机
4、械损伤、抗化学腐蚀的能力。室外电缆应使用抗紫外线辐射、寿命长、绝水的聚乙烯外护套，室内电缆则应使用天然阻燃、无挥发、对人体无害的聚氯乙烯外护套(聚氯乙烯的增塑剂必须是无挥发性，这样无毒、寿命长）。有些同轴电缆还针对机械损伤和腐蚀采取了额外的保护措施。为了防止机械损伤（如鼠咬、挖掘设备对其损伤及埋地挤压等），有些电缆常常用一层铠装外护套；为了防腐有些电缆外面再加一层特殊塑料护套；有些带外护套的电缆在外护套和外导体之间加有一种叫做复合流动）物（如聚异丁烯）的粘性流体，当外护套受损时大量的复合流动物暴露到空气中便会凝固，从而使护套的受损部分“自愈”；还有的电缆在外护套外装了附加的金属悬缆丝，以增加机
5、械强度。,2.类型按照同轴电缆的绝缘结构可以分成三种类型：实心绝缘型：防潮防水性能好但衰减大；半空气绝缘型：半空气贯通式：衰减小，但防潮防水不好；半空气封闭式：衰减小，防潮防水好；空气绝缘型：衰减很小但防潮防水差且不易制造。显然，使用时应首选封闭半空气式介质形式。现在应用最为广泛的有两种，即封闭竹节介质和封闭物理发泡介质。,按照同轴电缆在CATV系统中的使用位置也可分为三种类型：干线电缆：其绝缘外径多为9mm以上的粗电缆，要求损耗小，对柔软性的要求并不高；支线电缆：其绝缘外径一般为7mm或以上的中粗电缆，要求损耗较小，同也要求一定的柔软性；用户线电缆：其绝缘外径一般为5mm，损耗要求不重要，要
6、求良好的柔软性。,4.1.2 同轴电缆的特性和指标1.指标同轴电缆的质量指标主要体现在以下几个方面：电气性能：它是传输质量的主要标志，包括特性阻抗、衰减常数、相移常数、回波损耗、屏蔽性能等几项测试参数；机械性能：包括最小弯曲半径、最大拉力等测试参数；温度特性：主要是指衰减常数（衰减量）随温度的变化率，单位为%/；防潮性能；成本及使用寿命。,2.主要特性特性阻抗：同轴电缆的主体是由内、外两导体构成的，对于导体中流动的电流存在着电阻与电感，对导体间的电压存在着电导与电容。这些特性是沿线路分布的，称为分布常数。若单位长度的电阻、电感、电导、电容分别是以及、L、G和C表示，则其特性阻抗Z0为：如果我们
7、假定内、外导体都是理想导体，即R和G可以忽略，则Z0=(L/C)1/2这样，特性阻抗就与频率无关，完全取决于电缆的电感和电容，而电感和电容则取决于导电材料、内外导体问的介质和内外导体的直径。,实用公式：式中r，为绝缘体的相对介电常数，随材料的种类和密度而异；D为外导体的内径；d为内导体外径。,衰减系数：衰减系数反映了电磁能量沿电缆传输时的损耗程度，它是同轴缆的主要参数之一。单位长度（如100m）电缆对信号衰减的分贝数。式中：f为工作频率(MHz)，Z0为特性阻抗()，D为外导体内径(cm)，d为内导体外径(cm)，K1、K2是由内、外导体的材料和形状决定的常数，r，为绝缘介对介电常数，tan为
8、绝缘介质损耗角的正切值（聚乙烯tan=5 x 10-2，发泡后可达到5 x 10-4）衰减斜率符合下式规律：,反射损耗：这里所说的反射，不是指由于电缆特性阻抗与负载或信号源不匹配所产生的反射，而是电缆本身的原因所引起的内部反射，主要分以下两种情况：a同轴电缆的必要特性之一是在长度方向上的均一性。b，当施工引起电缆变形或电缆老化引起材质变化时，也会因特性阻抗的不均匀而造成内部反射。反射的大小可用反射系数、驻波比或反射损耗来衡量，它们之间的关系为：,屏蔽特性：屏蔽特性是衡量同轴电缆抗干扰能力的一个参数。如果电缆屏蔽不好，传输信号不仅会受到外来杂波的串扰，而且也会泄漏出去干扰其他信号。屏蔽特性的好坏
9、可以用屏蔽系数、屏蔽衰减、表面转移阻抗（耦合阻抗）等指标来反映。温度特性：同轴电缆的衰减量随着温度的变化而变化，优质电缆衰减值的温度变化量大约为0.2%(dB)。传输速度与波长缩短率：电波在电缆内的传播速度主要是由其绝缘体的特性决定的。在之间。波长的缩短势必引起时间延迟，这正是接收机串入直射波后引起前重影或同频干扰的原因。,4.1.3 有线电视传输系统中常用的几种同轴电缆有线电袍视系统中所用的同轴电缆到目前为止大约经历了四个阶段。第一阶段，绝大多数场合是采用实芯聚乙烯绝缘同轴射频电缆，（即SYV、SYK系列），其机械强度较好，防潮性能也好，特性较稳定，但介电常数很大，衰减大。第二阶段使用的是以
10、SSYV型化学发泡聚乙烯绝缘同轴电缆为代表，它是一种半空气绝缘结构，它比实芯电缆的介电常数小，电气性能有所改善。但由于发泡度较小（约在50%以下），均匀度也不够，tan较大，因而在UHF频道传输时，衰减增大。第三阶段使用的为半空气聚乙烯绝缘同轴射频电缆，它又分为藕（状）芯纵孔式、竹节式和螺旋式三种，其中以SYKV纵孔聚乙烯绝缘同轴电缆为代表（俗称藕芯电缆），介电常数更低，减小了高频道的损耗，致命弱点是防潮防火性能差。四阶段主要使用两种电缆，一种是SYWV/SYWFY型物理（高）发泡聚乙烯绝缘电缆，另一种是竹节式半空气绝缘的MC2同轴射频电缆，这两种电缆衰减小，传输速率快，防潮防水性能也较好。,
11、RG59RG6RG11QR540MC2500是一种同轴电线，采用具有专利权的竹节式结构，其介质主要是空气，接近1，性能较好,4.2 放大器,4.2.1 放大器的类型和用途按在系统中使用的位置划分，放大器又可分为前端放大器和线路放大器两大类。线路放大器包括在传输系统中使用的干线放大器和在分配系统中使用的分配放大器、延长放大器和楼栋放大器等。干线放大器的主要作用在于补偿传输电缆的衰减，确保信号能够优质、稳定地进行远距离传输。它的种类很多，从控制方式上可分为：1)自动电平控制(ALC)或称自动增益斜率控制(AGSC)放大器（国标统称类干线放大器），它具有AGC和ASC两个功能，采用双导频信号控制，一
12、般用于要求较高的大型CATV系统中；2)自动增益控制(AGC)放大器（国标统称类干线放大器），采用单导频控制，它又分为A类和B类。其中，A类：带斜率自动补偿的AGC干线放大器，B类：无斜率自动补偿的AGC干线放大器，类干放一般用于要求不很高、电缆敷设条件不复杂的中、大型系统中；3)手动增益控制和手动斜率控制放大器（国标统称类干线放大器），也可分为两类：一类是A，与类干放间隔使用的干线放大器，另一类是B，单独使用或与类干放间隔使用的干线放大器。其中B类单独使用时一般只能用于要求不高的小型系统中。,为了改善非线性失真性能指标，干线放大器的末级放大模块通常采用以下几种方式：推挽型（PP型）、功率倍增
13、型（PHD型）和前馈型（FT型）。其中，使用推挽模块的干线放大器应用最广，是CATV系统中最基础的有源设备；功率倍增模块的干放在指标上较推挽放大器有较大幅度的提高，通常用于大型系统中；前馈放大器性能最好，但价格也贵，一般只在有特殊要求的场合使用。近年来，一种全新的半导体器件砷化镓器件发展很快，大大有取代传统单晶硅半导体器件之势。砷化镓器件工作动态范围大、线性好，由砷化镓器件做成的放大器其最大输出电平可以达到120dBV以上，可以大大扩展一台放大器的传输距离。,根据干线放大器的具体作用，它又可分为：干线（延长）放大器：它只有一路输出，用作干线的延长放大，补偿干线电缆的传输损耗；此种放大器最常见，
14、应用最为普通；干线分配放大器：它除了有一个主干线输出端外，还有几个分配输出端口，各分配输出端口的电平一般低于主干线输出端电平，用作传输几路干线之用；干线分支放大器：它除了有一个主干线输出端外，也还有几个分支输出端口，并设有分支放大器，使各分支端口的输出电平高于主干线输出电平，各分支端接在不很长的分支线上，可供直接分配之用。这种干线分支放大器也称为干线桥接放大器。,按照有线电视网络传输带宽的不同，干线放大器还可分为300MHz干放、450MH干放、550MHz干放、750MH干放、862MHz干放等。延长放大器在分配系统中所起的作用与干线放大器在传输系统中所起的作用大致相同，但由于所处的环境和使
15、用要求不同，它们的性能指标和具体构成大不相同，通常延长放大器输出电平较高，且不具备AGC和ALC功能。从性能指标和具体结构上看，延长放大器与前端放大器中宽带放大器最为类似。楼栋放大器是电缆传输的最后一级放大器，它的后面是无源分配网络。其作用是输出高电平以带动无源网，使用户能够获得足够的的信号电平。从本质上讲，楼栋放大器与分配放大器并无不同。,4.2.2 放大器的基本组成1.干线放大器干线放大器对电缆衰耗的补偿作用应包括两个方面，既要补偿电缆衰减的频率特性，又要补偿电缆衰减的温度特性，其实施办法如下：对电缆衰减量的补偿通常由放大器所具备的增益即可完成，对该衰减值的频变规律（即固定斜率或“静态”斜
16、率）的补偿则通过斜率均衡网络实现，而其温度特性（“动态”衰减和斜率）则要靠适当控制上述增益和斜率来进行弥补。,手动增益(MGC)和斜率均衡干线放大器（A类）：这种干放在常温下可以对电缆的衰耗进行很好的补偿，但随着温度的变化，这种补偿将失去平衡，需要人工调整增益来进行改善。,手控增益和手控斜率干线放大器（B类）：这种干放实际上是在A类干放的基础上增加了手控斜率的功能。由于它对斜率随温度的变化具备了一定的调节控制力，因而仍可在小系统中单独使用，也可以在要求不很高的中型系统中与类干放配合使用。,自动增益控制(AGC)干线放大器（B类）：这类干放采用单导频信号，只对增益进行自动控制，在常温下其输出频响
17、是平坦的，但由于它不具备斜率控制功能，随着温度变化，其输出的频响也会随之改变。,带有斜率自动补偿的AGC干线放大器（a类）：如图所示，这类干放在B类干放的基础上加上了开环的温度自动补偿措施，在一定程度上克服了由于温度变化引起的斜率变化。但这种自动补偿是不完全的，它本身必定存在某种误差，且这种误差能够积累。,ALC干线放大器（类）：在大型系统中，由于干线较长，一两个干放往往解决不了问题，势必要将多个干放级联使用，因而此时对于干放性能要求最高的并不是其增益大小，而是其非线性失真指标和输出电平的稳定度。ALC干放采用了双导频分别进行AGC和ASC控制，是一种功能最全、控制性能最好的干线放大器。一般而
18、言，其传输距离可达15Km，可级联30级左右。,2.分配放大器和延长放大器分配放大器：分配放大器用于传输网的最末端，它本身不存在级联问题，主要目的在于供给分配所需的高电平，因而对它来说高增益是第一位的，其他指标可以稍微放宽。分配放大器一般没有AGC和ASC电路，而只具备手动增益控制功能，末级常常用两级放大电路组成，其方框图见图。,延长放大器：对延长放大器的要求同样是输出高电平，因而它与分配放大器本一致，所不同的是它只是一路输出，在输出端不需要分配器，如图所示。另外，从结构上看，延长放大器与A类干放非常类似，但功能和技术要求却差别很大。,以上所介绍的各种放大器都是单向放大器，要实现双向功能，从组
19、成 输上看，只需要在它们的输入输出端分别加上双向分离器并另设一条相应的反向放大通路即可，如图所示。,4.2.3 放大器的电路结构,1.BON和均衡器要使干线放大器能够准确地补偿电缆的衰减特性，则其输入电平必须比较准确，两个导频信号的输入电平必须在其控制和跟踪范围之内，最好能在中心位置上。但由于干线电缆的架设误差和质量偏差等等，实际上这一点在施工中是难以完全满足的。在设计时电缆长度的理论值应该使电缆的衰减恰好等于包括均衡器在内的干线放大器的增益，而实际应用中，考虑到施工的种种因素，电缆的实际长度往往宁可比理论长度短一些，而不能比理论值更长。为了弥补电缆实际长度与理论值之间的差距，就必须在干放的输
20、入部分人为地附加一段模拟电缆线，使这段模拟电缆线的等效长度与电缆实际长度相加后正好等于理论值。模拟电缆线实际上是由一个与电缆有相同特性的附加模拟网络来充当的，在国际上统称为BON（Building Out Network）。BON电路是一个高频下降的衰减器。,2.干线放大组件干线放大组件的方框图如图所示，此组件采用了两块混合集成放大电路，承担主干线路的放大任务。为了保证尽可能低的噪声系数和优良的线性以及最佳的控制效果，在两集成块之间设置了电子可变衰减网络（用于增益控制）、频响调整网络（也称响应均衡网络，用以消除整个宽带信号响应的起伏，可插换）及可变均衡网络（用于斜率控制）。此组件具有自动或手动
21、增益斜率控制的转换功能，供实际中选用。,3.AGSC组件其方框图见图，此组件的输入信号是从干线放大组件输出端取出的信号，经放大、分波、滤波后分别得到高、低导频信号，再经整流然后与一固定的直流参考电压进行比较，两者的差值就作为激励信号，激励后面的集成运算放大器去分别控制放大组件中的可变衰减与可变均衡网络的工作状态，达到自动控制的目的。,4.桥接放大组件桥接放大器只放大正向信号，其输入信号也取自干线放大组件的输出端，经放大后再通过分支器分路输出。由于桥接放大器的输入信号在进入桥接放大组件之前已经由干放组件所校正，所以桥接放大器本身并不需要均衡器或衰减器。如果有反向要求，则反向信号在分支器合成后经双
22、向滤波器的低通部分取出，再送至反向放大组件。5.反向放大组件该组件在反向信号的传输频带内放大干线和支线中的上行信号。由于反向放大组件所处理的信号带宽远远小于干放组件和桥接组件的传输带宽，所以技术难度较小。从结构上看，它与一般的正向线路放大器并没有什么两样，只不过是增益较低，因为上行传输信号一般是低频率，其电缆损耗要小得多。反向放大器用一般推挽电路即可，也可采用分立的单端晶体管放大电路。,6.双向分离器目前，有线电视双向电缆传输系统一般采用频分复用的方式，即分别用不同的频段来传输上、下行信号。广电行业标准GY/T106-1999中规定，用5MHz-65MHz频段传送上行信号，87MHz以上频段信
23、号，65MHz-87MHz作为保护带。这样，双向分离器实质上是一个低通滤波器和一个高通滤波器的组合，其分割区域是65MHz87MHz，留有足够的过渡带，因而其技术实现难度并不大，一般可用LC滤波电路来构成。双向分离器中另有一个端口，它利用截至频率很低的低通滤波器将同轴电缆中的低压交流电源取出来，一方面供本放大器的电源用，另一方面可再送至下一台放大器。这条电源支路是可逆的，实际使用时通过电源开关或插塞来确定放大器从哪端接受交流电源以及该交流电源是否要继续送人其他放大器。,7.直流稳压电源它的作用是将同轴电缆所提供的交流电源转换为放大器工作所需的直流电源，一般输出为DC24V。由于线路放大器的指标
24、要求很高，对各部分的工作稳定性要求也很高，因而对稳压电源的输出电压稳定性、纹波和噪声指标等也提出了较高的要求。目前生产的放大器绝大多数采用开关电源来取代传统的变压器电源。8.远程状态监测器组件该组件是双向有线电视系统的状态监测(ASM)系统的一个有效组成部分，即应答机部分。在状态监测ASM系统控制下，可以监测干线站的各种运行参数，并且用轮询方式将获得的数据应答给ASM系统中每一个遥远状态监测器组件都拥有一个惟一的地址，在收到ASM的地址指令后，连续监测正向信号，然后借助反向通道，回答ASM指令并发送一个含有干线站状态的数据包返回至ASM。,4.2.4 提高放大器性能的措施1.推挽电路,2.功率
25、倍增电路(也称并联混合电路),3.前馈放大电路,4.三种放大电路的性能比较（采用同一类型混合放大模块）,4.2.5 放大器的供电和保护1.供电线路放大器的供电一般均采用电缆芯线集中供电，即利用同轴电缆的芯与外导体来传输低压交流电。低压交流电必须是安全电压（我国采用交流60V），由电源供给器提供，通过电源插入器送入到线路放大器中，如图所示。集中供电具有很多优点，主要是：,安全：系统内部无强电进入并和市电完全隔离，电缆外层可靠接地，有效地保证了人身安全。可靠：系统可采取多种措施（如使用UPS电源、双路供电、蓄电池备分等）有效地保证供电点的可靠供电。电源供给器（或称交流供电器）实质上是一个降压变压器
26、，该变压器具有稳压限流和断路保护功能。另外，在供电器的输入、输出端通常还装有压敏电阻(MOV)，可以防止脉冲冲击损坏供电器。电源插入器实际上是一个分频电路，它必须在不影响电缆中射频信号正常传输的同时，定向地让低压交流50Hz的电源也通过电缆的芯线和外导体送入到线路放大器中。,电源供电器,电源插入器,2.保护放大器的保护措施由附加安全电路（防冲击保护）来实现。通常，为防止通过同轴电缆进入的高电压破坏放大器，在线路放大器的输入、输出端应装气体放电管等防冲击器件，这样，无论何种原因，只要有高压传至放大器均可自动进行保护，以防止放大器和人身安全遭受危害。,4.2.6 放大器的技术指标有关放大器性能指标
27、，在广播电视行业标准(GY/T124)有线电视系统设备入网技术条件中对类干线放大器的性能参数要求，供参考。,4.3 主要无源部件,4.3.1 分配器分配器能将一路输入信号的功率均等地分成几路输出，它具有一个输入端和几个输出端。通常，分配器一般都按输出路数的多少来进行分类，即所谓的二分配器、三分配器、四分分配器和六分配器等。分配器的其他分类方法也很多，按使用场所；不同可分为室内型和室外防水型，馈电型和普通型，明装型和暗装型，普通塑料外壳和金属屏蔽型；按基本电路组成可分为集中参数型和分布参数型，其中集中参数型又可分为电阻型和磁芯耦合变压器型两种，分布参数型即微带线分配器，下而我们分别讨论应用最广的
28、磁芯耦合变压器型分配器。,1.分配器工作原理,分配器,2.分配器的电气特性分配损失：分配损失是分配器特有的特性指标。所谓分配损失，是指在各输出端良好匹配的情况下，传输信号在输入端与输出端的信号电平之差。Ls=10lgn阻抗：分配器的输入阻抗定义为输入端电压与电流的比值，输出阻抗定义为输出端电压与电流的比值。为了与电缆等匹配，分配器的输入阻抗和输出阻抗都是75相互隔离度：在指定频率范围内，从某输出端加入一个信号，其电平与其他输出端测得的输出电平之差称为该分配器的相互隔离度，一个分配器的相互隔离度越大，各输出口之间的相互干扰就越小。按国标GY/T106-99的要求，分配器的相互隔离度至少应是22d
29、B以上，邻频传输时要求更高，应达到30dB 以上。,驻波比与反射损耗：驻波比与反射损耗的定义已在前面章述及。它们表示分配器与前后电缆阻抗匹配的程度。在理想情况下，分配器的输入、输出阻抗都是75，与75的同轴电缆完全匹配，相应的驻波比为1，反射损耗为无穷大。实际上不可能完全实现阻抗匹配，驻波比在之间，对应的反射损耗为13-26dB之间。对于隔频传输系统，反射损耗大于12dB即可，对于邻频传输系统，则应大于16dB以上才行。否则信号来回反射，不仅会出现重影，还能造成各频道电；不均均匀匀，使非线性失真加大。频率特性：频率特性是描述分配损失等参数随频率变化的情况。在使用频率范围内，要求各参数的变化越小
30、越好。,分配器性能指标（GB/T11318.10）,4.3.2 分支器分支器的作用是从传输线路中取出一部分信号并馈送到用户终端盒。它一般有一个主路输出端和多个分支输出端，其分类方式也是根据分支输出端口的多少来划分。另外，它同样也有集总参数型和分布参数型之分。由于分支器在能量的分配上与分配器截然不同（分配器的输出无主次之分，各路输出均分能量；而分支器的输出有主次之分，主路所分得的能量较分支器输出端来说占绝对主导地位），因而二者在作用、使用场合、电路结构、技术要求上都完全不一样。,串接单元也是一种特殊的分支器，它将分支器和系统输出口合二为一，常常在分配系统中串联使用。分支器中信号传输具有方向性，即
31、只能由主路输入端向分支输出端传送信号，而不能反过来由主路输出端向分支输出端传送信号，因而常把分支器称为定向耦合器。,1.分支器的基本原理,2.分支器的电气性能插入损失Ld:分支器的引入必然要使主路输出信号比主路输入信号要小。其原因主要是有一部分能量从分支输出口输出去了，而且还有一部分能量被吸收或通过散热方式消耗掉。为了描述主路输出端能量的损失情况，我们定义主路输入端电平与主路输出端电平之差为分支器的插入损失。Ld=10lg(P1/P2)分支损失C:分支损失是描述分支器的分支输出端电平比主路输入端电平减少的情况。定义为主路输入端电平与分支输出端电平之差，用功率表示为：C=10lg(P1/P3),
32、分支隔离度：分支器的分支隔离度是指该分支器各分支输出口之间相互影响的程度。在测量时也是从一个分支输出端加进去一个信号，测量其电平与其他分支输出端所得到的输出电平之差。分支隔离度同国标中规定的相互隔离度略有一点区别。相互隔离度指的是任意用户（不一定是同一个分支器的用户）之间的隔离，分支隔离度则是指同一分支器不同分支输出间的相互隔离。但不同分支器的分支输出之间的隔离一般总是大于同一分支器不同分支输出间的分支隔离。故只要同一分支器不同分支输出间的分支隔离满足国标的要求（非邻频传输时大于22dB，邻频传输时大于30dB)，其他用户间的相互隔离也一定满足要求。,反向隔离度：反向隔离度定义为从主路输出端加
33、入的信号电平与分支输出端测得的电平之差。反向隔离越大，分支损失越小，说明分支器的定向耦合性能越好。我们希望反向隔离度越大越好，一般应大于40dB。反向隔离度较大，可使干线上由于阻抗不匹配而产生的反射波不会从主路输出端进入分支输出端，而影响分支输出的信号。,3.常用分支器由分支器基本电路和二分配器、四分配器基本电路组成二分支器和四分支器，其分支损失为一分支器和二分配器、四分配器分配损失之和（即二分支器可以看成是一个一分支加上一个二分配组成）。,分支器性能指标I GB/T11318.10),4.分支器与分配器的比较分配器与分支器都是把主路信号馈送给支路信号的无源部件，但它们的组成方式不同，性质也有
34、较大的区别。分配器的几个输出端大体平衡，分成不同路数的分配器具有不同的分配损失：二分配器的分配损失约3-4dB，三分配器的分配损失约5-6dB，四分配器的分配损员失约7-8dB。而分支器则没有这样的对称性，一般说来，主路信号比分支输出信号要大得多。不同分支器的分支损失在8-24dB之间，主路信号的插入损失约1-3dB。分配器的任一输出端口开路，会破坏其对称性，在隔离电阻及中流过电流，使系统阻抗不匹配，容易形成反射波影响整个系统的性质，同时，因为分配器无反向隔离本领，支路信号容易对主路干扰，在使用中一定不能使任一支路开路。分支器中分支输出的能量较小，开路后对主路影响不大，故用户电视机可以不接在分
35、支器上。但其主路输出端最末端的电阻也不能开路。在用户分配网络中，分支器一般联成一串，而分配器则常采用树枝型联接。,4.4 同轴电缆传输网,4.4.1 同轴电缆传输网络的基本结构形式传输网络的基本结构形式主要有三种：树枝形、星形和环形。,树枝形传输网络它是一种典型的连续分支的传输方式，其主要优点是可以根据客观需要就近分路和连接，到任何一个分配点都能够找到一条“捷径”，符合“最短路径”原则，因而安装方便，节省传输材料，很显然它是广播式业务的最佳网络模式；其缺点是纵联较多，指标损失大；另外，它在双向传输的实现有诸多不使（因下行时环节太多），可靠性也较差，当有一处（尤其是主干部分）损坏时，影响面非常大
36、。目前树枝形拓扑结构仍是同轴电缆干线传输系统的主要网络形式。,星形传输网络它采用了一种从前端（或信号分配中心）到一用户分配点之间都是“直通”的传输方式。星形网指标较高，适合信息的交换，可靠性也较高，适合信息的交换，可靠性也较高，当有一处损坏时，影响面相对较小；传统的电话通讯网就是采用这种结构。星形网的缺点是线路总长度非常大，传输材料（电缆或光缆）的需要量惊人；另外，在网络中，用户与用户之间并不存在直接的通路，用户间的通讯需要通过第三者（如交换机）的转接，因而在用户间信息传送的实现上仍不是最理想的模式。,环形传输网络它的每一路传输信号从前端送出后最终又回到前端，从而形成一种“闭环”结构。其优点是
37、不仅可以把传输系统的终端信号变化情况送回到前端，作为系统反馈控制的信号；同时还可以比较方便地监测系统的运行和变化情况，而且也为双向功能的实现提供了极大的方便（因为可以实现用户之间的直通）。其突出缺点是可靠性很差，有一处损坏势必引起整个通路的瘫痪。针对此，目前实际运行的环形网几乎都是双环形结构，即每一通路都由顺时针环形网和逆时针环形网同时传送相同内容的两套信号，以防不测，也可以双环互为主备，随时切换，使网络具备故障自愈的能力，这样就可以大大提高可靠性。双环形网可以作为光缆传输的一种基本形式。,三种基本的网络拓扑结构各有特点，各有短长，也都拥有各自最为适合的应领域和具体业务。传输网络结构形式（拓扑
38、）的确定，一般来说取决于网络承载的业务类型和网络所采用的传输媒介。从业务类型看，通常情况下，纯粹的广播式业务适合于树枝形的结构，而交互式的业务则最好采用星、环结构；从传输媒介来讲，同轴电缆由于衰大、中继环节多、直径也粗，因而根本没有条件构筑星形或环形网，只能采用树型结构（实际应用中由于具体需要可以在很小的局部范围内形成星形结构但从整体来看其本质还是树枝形）。而光纤的情况正好相反，由于具备衰减小、多数情况下无需中继、纤径很细、方便成缆等突出特点，因而完全有条件构成星形或环形结构，光纤也可以组成树枝形的网，但实际应用中考虑到双向业务的需要，多数情况是星形网或环形网。,现代的有线电视网络已经形成了环
39、星树的混合网络结构。国家广电传输骨干网、省级广电传输骨干网和大中城市广电传输骨干网构成了三级光纤环网（也有个别地区采用星形结构），然后是光纤干线，主要是采用星形结构，再往下就是树枝形同轴电缆分配网部；它们有机地联系在一起，构成了HFC完整的网络体系。,4.4.2 同轴电缆传输网络的基本组成某县城树型同轴电缆传输网,4.4.3 同轴电缆传输网络的工作状态1.干线放大器的工作方式为了弥补由于电缆对高频信号的衰减大于对低频信号的衰减所造成的高低频道之间的电平的增益。根据包括均衡器在内的干线放大器高低频道的输入电平和输出电平之间的关系，可把干线放大器的工作方式分成全倾斜、半倾斜和平坦输出三种。,入,入
40、,全倾斜方式：在这种方式中，高、低频道的输入电平相同，高频道的输出电平比低频道的输出电平高。由于上一段干线放大器输出的高频道电平比低频道电平高，经过一段电缆的衰减，高频道电平比低频道电平下降得更快，到达下一段干线放大器的输入端，高、低频道电平又变得相同。这种工作方式输入电平较低，放大器容易工作在线性区，有较高的非线性失真指标。,半倾斜方式：半倾斜方式的工作状态介于前两种方式之间，高、低频道电平变化情况如图中B所示。即高频道随的输入电平比低频道输入电平低，高频道的输出电平比低频道的输出电平要高。其非线性失真指标和载噪比指标也介于A、C两者之间。平坦输出方式：平坦输出方式中高、低频道电平的变化情况
41、如图中C所示。由该曲线可以看出，平坦输出方式的输出电平，对高、低频道都是相同的，但输入电平不同。高频道的输入电平比低频道输入电平要低。一般的干线放大器多采用这种工作方式。,这三种工作方式，它们的共同点是，包括均衡器在内的放大器对高频道的增益比低频道要大，以弥补电缆对高频部分的较大损失。它们的区别在于输出、输入电平和非线性失真指标不同。因为全倾斜方式的非线性失真指标最好，但载噪比指标最差；平坦输出方式的非线性失真指标最差，但载噪比指标最好。,2.干线放大器的工作电平电长度的概念：要建立一条传输距离很长的传输干线，就需要串接许多放大大器来弥补电缆的损耗。干线的长度与串接放大器的级数和增益直接相关。
42、但在实际工作中，串接放大器级数要受到载噪比和非线性失真等指标的限制，因而放大器的级数是不能任意增加的，亦即干线长度是有限的。干线放大器是间隔配置在于线中的，它的增益G正好补偿了每个间的电缆在最高工作频率上的衰耗LH（即G=LH），因此，干线长度可以用串接放大器的增益之和来间接表征。这个增益和就是所谓的干线电长度，即：E=Gi(dB)，式中i从1到n,n为放大器的级联数。一般情况下干放的增益相同，即等间距配置，此时E=nG(dB)。干线的实际长度与其电长度的关系为：D=E/lH(m)(4-23)式中，D为干线的实际长度，lH为电缆在最高工作频率处单位长度的衰减值(dB/m)。,干线放大器的最大输
43、出电平由于干线放大器存在非线性失真，它三不可避免给传输信号带来一定的损伤。从第2章中，我们已经了解到，干线非线性失真指标的大小与干线放大器的实际工作电平有关，式(2-46)给出了这种关系：C/CTB2=C/CTB0+2(S0t-S0)-20lgn式中，n是干线放大器串接的级数，S0是干线放大器的实际工作电平，C/CTB0是厂家给出的干放在满频道工作时对应测试输出电平为S0t（一般情况下选为干放的额定输出电平）时所测得的载波组合三次差拍比指标，C/CTB2则是n台上述干放串接后工作电平为S0时整条干线的载波组合三次差拍比指标。假定已知干线应该满足的载波组合三次差拍比指标为C/CTB2min，则从
44、上式不难得到：S0 S0t-1/2(CCTB2min-C/CTB0)-10lgn(4-24),干线放大款器的最小输出电平仅从非线性失真指标的角度考虑，干线放大器的输出电平当然是越低越好，但输出电平太低了，其输入电平势必也随之很低，此时放大器内部的噪声影响便相应变大，亦即输入电平太低了会使载噪比指标劣化。从第2章的式(2-26)和式(2-28)我们已知C/N2=Si-F-10lgn-2.4式中，F是干线放大器的噪声系数(dB)，n是放大器的串接级数，Si是每台干线放大器的实际输入电平，C/N2是n台干放组成的整条干线的载噪比指标。假定已知干线应该满足的载噪比指标为C/N2min，则从上式不难得到
45、：Si C/N2min+F+10lgn+2.4(4-25),V型曲线：V形曲线所形成的V形区域是非线性失真指标和载噪比指标同时都得到满足的区域，因而也就是干线放大器允许的工作区域。,同轴电缆干线的最远传输距离：从V形曲线上还可以看出，Simin直线与S一线的交点P所对应的乃值就是理论上的极限级联数，用nm表示。这个理论数值并没有实际意义，因为此时对应的放大器增益为零，放大器之间的间距也就为零。Simin直线与Somax直线之间的距离称为放大器的极限增益，放大器的实际增益决不能超过这个值，否则，不是输出电平太高使C/CTB指标不满足要求，就是输入电平太低，使C/N指标不满足要求。显然，极限增益（
46、放大器增益可取值的上限）与n有关，n越大，其极限增益越小。放大器增益取值不同时所对应的最大传输距离也不同，其中以增益为8.69dB的放大器组成的干线传输距离最远，我们称该增益为放大器的最佳益。,G=8.69dB虽然是理论上的最佳增益，但此时无论从放大器的效率还是从成本（因为此时的nG值非常大，即放大器级联要求非常多）与工程难度（此时放大器间距很小）上考虑，放大器的工作增益选择该值都是不可取的。实践证明，综合技术质最指标、经济指标来多进行全面考虑，放大器的工作增益应选择在G=22dB左右，此时放大器的最大级联数约为45级以QR540电缆为例，其衰减在550MHz时为5.19 dB/100m，此时
47、对应的最远传输距离为D=19(km)这便是目前指标最好的放大器和衰减最小的电缆在实用状态下（增益取22dB时）所能传输的最远距。,干线放大器最佳工作电平的确定：当干线系统所需要的放大器台数n和所使用的放大器性能以及干线应满足的指标确定以后，可以很方便地计算出相应的Somax值和Simin值。实际使用的放大器增益一定会大于极限增益，或者说此时实际的放大器台数n一定是小于nG，因而此时放大器的工作电平便会有一定的取值范围。设放大器的实际增益为G，则放大器的最佳工作电平应为：S最佳=1/2（S0max+S0min)=1/2(S0max+Simin+G)(4-29)此时对应的输入电平为：S i最佳=S
48、 0最佳-G,3.干线放大器的控制方式在传输系统中，放大器的引人是为了全面补偿电缆的衰减特性。由于同轴电缆的衰减特性具有“动态”特点，它是温度变化的函勁改，随着环境温度的变化，电缆的衰特性会引起系统电平的波动而最终使系统电长度E大大缩短。另外，在实际工程中不可避免的间隔误差、电缆的老化等因素都要求传输系统放大器具备“动态”电平控制能力，即对系统的增益和斜率都能加以控制。电缆的衰减温度系数=0.2%/，假定传输系统中允许电平变动的最大范围为S0=5dB，那么，当温度变化为t=25时，一条没有任何温度补偿措施的传输线路的最大允许传输长度只有E=S0/t=5/0.2%x(25)=100dB，对增益为
49、22dB的放大器来说最多只允许级联4个。,采用有温度补偿作用的放大器，如使用热敏元件作检温器来控制放大器的增益和斜率。采用有导频信号的自动控制放大器。采用温度系数较小的电缆或埋地式敷设，可大大减小温度变化的直接影响。,4.4.4 同轴电缆传输网络的设计1.传输系统设计的主要任务传输系统的设计任务就是针对系统传输频带、传输距离、双向功能的要求，通过设计计算，优选器材、设备，合理布置网络，正确设定工作方式和工作状态，以实现优质稳定的传输。2.传输系统设计的主要内容网络结构的确定同轴电缆传输系统阮网络结构的主要形式应该是纯树枝分支形结构或树枝、局部星形混合结构，其干线、支干线部分一般都是树枝形，支线
50、部分则可根据实际需要灵活选择树枝状结构或星形结构。,传输线路的布置和路由选择：a.根据用户的总数及分布情况来确定是否需需要设置支干线，即是采用干支结构，还是采用干支干支结构；b.为使传输系统高质量、低损耗地传输信号，传输线路的布置应尽可能选择短而直的路由（所谓最短路径设计原则），以减少放大器串接级数、节约电缆、降低工程造价，另外，也要兼顾埋地管道、电线杆等现有设施的可利用情况；c.传输线路应远离强电线路和干扰源，电缆与其他架空明线共杆架设时，在设计过程中应考虑使它们的间距严格符合国标的规定；d.干线系统中可通过分支放大器向分配网馈送信号，而应尽量少用分配放大器或直接开口。e.干线放大器、分支放
