RF同軸電纜的結(jié)構(gòu)與傳輸特性.doc

1、1 RF 同軸電纜的結(jié)構(gòu)與傳輸特性1.1 結(jié)構(gòu)RF 同軸電纜由內(nèi)導(dǎo)體、絕緣體、外導(dǎo)體和護(hù)套4 部分組成，絕緣體使內(nèi)、外導(dǎo)體絕緣且保持軸心重合，這就是同軸電纜。內(nèi)外導(dǎo)體由電介質(zhì)（絕緣材料）隔開，電介質(zhì)在很大程度上決定著同軸電纜的傳輸速度和損耗特性，常使用的絕緣材料是干燥空氣、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等材料的混合物。物理發(fā)泡電纜因損耗小、頻率特性好、不易進(jìn)水得到優(yōu)選應(yīng)用。1.2 傳輸特性（ 1）同軸電纜內(nèi)的電磁場分布電場強(qiáng)度按正弦分布，在同軸電纜中傳輸?shù)碾姴ú粫孤┑诫娎|之外，在應(yīng)用中，外導(dǎo)體通常是接地的，故具有良好的屏蔽作用，傳輸?shù)碾娨曅盘柌皇芡饨珉s波的干擾，里面的信號也不會輻射出去。（ 2）趨

2、膚效應(yīng)高頻信號的電流流過電纜時，電流集中于導(dǎo)體表面而使導(dǎo)體有效橫截面積減少、電阻值加大的現(xiàn)象稱之為趨膚效應(yīng)。因為有趨膚效應(yīng)，同軸電纜中的電流只沿內(nèi)導(dǎo)體的外側(cè)和外導(dǎo)體的內(nèi)側(cè)流動，因此，電纜的許多性質(zhì)取決于內(nèi)導(dǎo)體的外徑和外導(dǎo)體的內(nèi)徑，電纜內(nèi)、外部的電磁場也不相互干擾。趨膚深度與頻率 f （MHz ）的平方根成反比，因此，同軸電纜的導(dǎo)體損耗與頻率的平方根成正比。1.3 同軸電纜性能（ 1）特性阻抗特性阻抗Zc 定義為在同軸電纜終端匹配的情況下，電纜上任意點電壓與電流的比值。同軸電纜的特性阻抗由導(dǎo)體的直徑和導(dǎo)體間介質(zhì)決定，與電纜長度無關(guān)。在系統(tǒng)中，同軸電纜的特性阻抗均為75 。（ 2）衰減常數(shù) 與溫度

3、系數(shù)CATVRF 信號在同軸電纜中傳輸時的衰減量與電纜的尺寸、介電常數(shù)、工作頻率有關(guān)。同軸電纜信號的衰減程度，以衰減常數(shù)（ ）表示單位長度（如100 m）電纜對信號衰減的 dB 數(shù)。衰減常數(shù)與信號頻率的平方根成正比，即在同一段電纜，信號頻率越高，衰減常數(shù)越大；信號頻率越低，衰減常數(shù)越小。溫度系數(shù)表示溫度變化對電纜損耗值的影響，溫度上升，電纜的損耗值增大；溫度下降，電纜的損耗值減小。溫度系數(shù)定義為溫度升高或降低 1，電纜對信號衰減量增大或減小的百分?jǐn)?shù)。 表 1 是根據(jù)和平縣有線電視臺的頻道配置選出 8 個頻道，在 33和 13兩個常溫下，對漢勝 RF 同軸電纜 -5 型和 -7 型進(jìn)行測量的結(jié)果

4、。表 1 兩種常溫下的漢勝電纜頻道圖像載頻(MHz)-7與 -5 型的衰減常數(shù)()33 dB/100 m13 dB/100 m-7 型-5 型-7 型-5 型DS149.7534.7533.9DS257.753.45.253.34.25DS585.25463.85DS6168.255.68.15.47DS11208.25695.87.7Z30400.258.112.27.610.5DS13471.259.614.58.412.7DS 22543.2510.815.59.213.5上表數(shù)據(jù)顯示，衰減常數(shù)和信號的頻率有很大的關(guān)系，也和溫度系數(shù)關(guān)系密切。在CATV 網(wǎng)絡(luò)實際應(yīng)用中，隨著時間的增加，同

5、軸電纜會老化年后電纜的衰減量大約增大15%， 6 年后大約增大40%。,電纜的衰減特性改變很大，32 CATV射頻傳輸干線設(shè)計技術(shù)RF 傳輸干線的功能是以同軸電纜為傳輸介質(zhì)，利用干線放大器來補(bǔ)償和均衡電纜的衰減特性和溫度特性，使傳送的信號保持適當(dāng)?shù)碾娖街?。RF 信號在電纜中傳輸?shù)乃p量隨傳輸距離延長而增大，RF 同軸電纜的衰減特性使不同頻率的信號在電纜中衰減的程度不同，因此，在 RF 傳輸干線中，要對信號進(jìn)行電平補(bǔ)償和均衡，故要選用傳輸特性好的電纜和性能優(yōu)良的干線放大器，由于使用了有源器件放大器，就要把系統(tǒng)的截噪比、交調(diào)的影響減少到最小。2.1 傳輸干線的組成技術(shù)RF 傳輸干線由RF 同軸電纜

6、、干線放大器、衰減器、均衡器及定向耦合器構(gòu)成。射頻 (RF)傳輸干線由 CA TV 前端或由前端通過光纜傳輸給光接收機(jī)輸出供射頻電視信號進(jìn)行傳輸。RF 信號來提使用定向耦合器的目的是從干線中提取出一部分信號功率供給分配網(wǎng)絡(luò)。一般定向耦合器盡量選用接入損失較小的，盡可能安裝在干線放大器的輸出端，使其輸入電平較高。一般干線放大器具有分支器輸出口，使用起來較方便。干線放大器在放大電路基礎(chǔ)上，一般具有可調(diào)衰減器和可調(diào)均衡器，使干線放大器保持穩(wěn)定的輸出電平和適當(dāng)?shù)男甭?。衰減器可以適當(dāng)調(diào)節(jié)輸入、輸出端信號電平，使其保持在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。衰減器用電阻構(gòu)成衰減網(wǎng)絡(luò)，由于沒有電抗元件，因此只有幅度的衰減而沒有相移

7、。連續(xù)可調(diào)式衰減器是干線放大器的一個重要組成部分，可調(diào)范圍一般為0 20 dB ，可以方便地調(diào)節(jié)放大器輸入端的信號電平。均衡器的作用是補(bǔ)償電纜衰減傾斜特性，信號經(jīng)過電纜傳輸后，高、低端頻道的信號產(chǎn)生電平差，須用均衡器來補(bǔ)償這個電平差，以保證輸出電平穩(wěn)定在一定的斜率內(nèi)。寬帶電視信號進(jìn)入系統(tǒng)傳輸后，電纜對信號的衰減程度與所傳輸信號的頻率的平方根成正比，造成高端頻道電平高的現(xiàn)象。要解決高低端電平差，一般是采用電平均衡補(bǔ)償法，即在線路中根據(jù)信號傳輸距離和所用的電纜的衰減特性，利用干線放大器的可調(diào)均衡器來補(bǔ)償電纜對各頻道信號衰減的不均勻性，使干放的輸出信號保持在合適的斜率內(nèi)。干線放大器的作用是補(bǔ)償和均衡

8、干線電纜的損耗和頻率失真，用來對信號進(jìn)行長距離的傳輸，其特性是增益適中、輸出電平中等、工作頻帶寬、有良好的頻響特性和非線性失真性能，模塊干線放大器具有較好的傳輸特性，其平坦度較優(yōu)良。傳輸干線采用集中供電方式， 一般采用低壓交流 60 V 進(jìn)行集中供電， 頻率為 50 Hz 。在放大器中有電感扼流圈和隔直電容，電源電流可流經(jīng)電感扼流圈加到放大器里去，但不能通過隔直電容； RF 信號可通過隔直電容饋入放大器，但不能通過電感扼流圈，因而各有一條通路，只在電纜中合成一路。集中供電方式便于系統(tǒng)設(shè)計和技術(shù)維護(hù)，所以得到廣泛應(yīng)用。溫度補(bǔ)償是利用負(fù)溫度系數(shù)熱放電阻來維持電平穩(wěn)定的電子控制工作方法。它所用元件的

9、溫度特性與電纜的溫度特性相反，即當(dāng)溫度下降時，電纜的衰減常數(shù) 變小，干線放大器的輸入電平變大，相應(yīng)溫補(bǔ)元件衰減量變大，使放大電路的輸入電平趨于穩(wěn)定；當(dāng)溫度上升時，電纜的衰減常數(shù) 變大，干線放大器的輸入電平變小，相應(yīng)溫補(bǔ)元件衰減量變小，使放大電路的輸入電平趨于穩(wěn)定。這樣，系統(tǒng)傳輸就達(dá)到了溫度補(bǔ)償?shù)哪康?。具有溫補(bǔ)的干線放大器分為單溫補(bǔ)式和雙溫補(bǔ)式，后者為最理想。CATV工程設(shè)計時應(yīng)選擇具有溫補(bǔ)電路的干線放大器，以方便技術(shù)維護(hù)。2.2 傳輸干線放大器的級聯(lián)間距干線放大器級聯(lián)的間距取決于放大器的增益、電纜的衰減特性和被傳輸信號的頻率。干線放大器的增益一般在20 32 dB 之間，輸出電平在95 105

10、 dB 之間。兩個放大器的間距 (L) 可用下式計算：L=GB 式中： L 傳輸間距 (mG 干放實際利用的增益(dBB 電纜的衰減常數(shù)(dB/100 m) ；);)。在工程設(shè)計中，干線放大器的增益應(yīng)保留有一定的提升裕量，以便滿足日后技術(shù)維護(hù)的需要。2.3 傳輸干線工作方式根據(jù)干線放大器的輸入、輸出信號電平與信號頻率的高低的相互關(guān)系，在工程上，可將傳輸干線分為全傾斜、平坦輸出和半傾斜3 種工作方式。(1) 全傾斜工作方式全傾斜方式實質(zhì)上是平坦輸入方式。在干放的輸入端的信號中，電平值是一致的，而在輸出端的信號中，高端的電平值高于低端的電平值。輸入信號的電平值相等減小交調(diào) ,但輸出信號的斜率不能太

11、大 ,應(yīng)小于 10 dB 。,有利于(2) 平坦輸出工作方式平坦輸出方式和全傾斜方式相反。在干放的輸出端的信號中，電平值是一致的，而在輸入端的信號中，低端的電平值高于高端的電平值。這種工作狀態(tài)，高端信號的載噪比會較低，且易出現(xiàn)交調(diào)，故應(yīng)避免采用這種方式。(3) 半傾斜工作方式半傾斜方式是上兩種工作方式的折中。在干放的輸入端的信號中，低端的電平值略高于高端的電平值，而在輸出端的信號中，高端的電平值略高于低端的電平值。在傳輸干線中，應(yīng)盡量采用全傾斜工作方式或半傾斜工作方式。最低電平是指干線放大器的最低輸入電平，最高電平是指干線放大器的最高輸出電平。3 分配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計技術(shù)分配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計任務(wù)是根據(jù)用戶終

12、端的分布情況來確定分配網(wǎng)絡(luò)的組成形式及所用部件的規(guī)格和數(shù)量，其要求是保證用戶終端的信號電平符合系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范，所用的材料數(shù)量最少。分配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計方法基本有兩種。一種是由前向后逐點進(jìn)行計算，得出所用分配器、分支器和放大器的規(guī)格、數(shù)量，另一種是由后向前推進(jìn)，逐點計算，得出所用部件的規(guī)格、數(shù)量，最后求出進(jìn)入分配網(wǎng)絡(luò)的電平值和用戶終端的電平值。在設(shè)計中，抓住各分配點的信號電平變化是關(guān)鍵，因此就要了解清楚分配器的分配損耗、分支器的接入損耗和電纜的損耗量，設(shè)計時可參考下列數(shù)據(jù)：二分配器4 dB 三分配器6 dB四分配器8 dB 六分配器10 dB一分支器8 dB 二、三、四分支器10 dB在實際應(yīng)用中，每串

13、接一個分支器，VHFL頻段電平下降1 dB ，UHF 頻段電平下降 3 dB 。3.1 分配網(wǎng)絡(luò)的基本組成形式(1) 分配 分配形式。這種形式采用的部件是分配器。使用這種形式時，每個端口不能空載，以保持分配網(wǎng)絡(luò)的匹配狀態(tài)。分配器的反向隔離指標(biāo)不高，若大量使用，個別部位出現(xiàn)故障時，易造成全分配網(wǎng)絡(luò)的影響，因此在設(shè)計中要適當(dāng)運(yùn)用，最多采用 3 級。(2) 分支 分支形式。這種分配網(wǎng)絡(luò)使用的都是分支器，適用于用戶數(shù)量不多、分布較分散及傳輸距離較遠(yuǎn)的分配網(wǎng)絡(luò)，使用這種形式未端要保證網(wǎng)絡(luò)的匹配。(3) 分配 分支形式。這種分配網(wǎng)絡(luò)形式適合在樓棟內(nèi)使用，使用得最多。(4) 分支 分配形式。要獲得各用戶端的

14、信號電平一致，須選用不同損失值的分支器。其他分配網(wǎng)絡(luò)方式還有分配 分支 分配形式和不平衡分配形式3.2 用戶端電平的確定用戶端電平也稱系統(tǒng)輸出口電平。這個圖像載波電平的范圍不能過高，也不能過低。電平過低信號的載噪比會下降，圖像會不穩(wěn)定、雪花大；電平過高會有非線性失真，出現(xiàn)不同步、 扭曲和互調(diào)、 交調(diào)干擾。 這個電平的控制應(yīng)適宜，VHF 波段為 7 83 dB，UHF波段為 60 83 dB，鄰頻傳輸系統(tǒng)的技術(shù)要求更為嚴(yán)格。（ 1）根據(jù)當(dāng)?shù)仉娨曅盘柕膱鰪?qiáng)和干擾信號的場強(qiáng)確定。干擾場強(qiáng)較弱的區(qū)域用戶端電平可以選擇為 60 70 dB 的范圍，干擾場強(qiáng)較強(qiáng)的區(qū)域用戶端電平可以選擇在65 75dB 的

15、范圍，在強(qiáng)干擾區(qū)域用戶端電平可選擇為70 80 dB 的范圍。（ 2）在屏蔽作用好的建筑物場合，用戶端電平可相對低一些，在屏蔽作用差的建筑物場合，用戶端電平可適當(dāng)高一些。（ 3）電視機(jī)靈敏度高的，用戶端電平可以低些，電視機(jī)靈敏度低的，用戶端電平要適當(dāng)高些。4 RF 傳輸干線技術(shù)維護(hù)RF 傳輸干線維護(hù)的關(guān)鍵是放大器電平檢測、調(diào)試和維護(hù)。干線放大器的輸入電平不能低于設(shè)計值，這樣才能確保載噪比不低于系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)。同時，輸入電平也不能過高，以免進(jìn)入非線性工作區(qū)，產(chǎn)生交調(diào)和互調(diào)現(xiàn)象。干線放大器的輸出電平不能高于設(shè)計值，這是為了避免交擾調(diào)制比和載波互調(diào)比變差。干放不宜在高輸出電平下工作，可適當(dāng)降低輸出電平來改善交、互調(diào)指標(biāo)，同時，應(yīng)選擇性能較好的模塊干線放大器。熟悉系統(tǒng)前端、傳輸干線和分配網(wǎng)絡(luò)及其分布走向和各節(jié)點的電平值，有利于系統(tǒng)的維護(hù)。同時，應(yīng)能分析故障情況、判斷其出現(xiàn)部位，其