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[技術資料] RF同軸電纜傳輸系統(tǒng)的設計與維護
P:2006-10-30 14:45:40
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RF同軸電纜傳輸系統(tǒng)的設計與維護.doc1 RF同軸電纜的結構與傳輸特性
1.1 結構
RF同軸電纜由內導體、絕緣體、外導體和護套4部分組成，絕緣體使內、外導體絕緣且保持軸心重合，這就是同軸電纜。內外導體由電介質（絕緣材料）隔開，電介質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、不易進水得到優(yōu)選應用。
1.2 傳輸特性
�。�1）同軸電纜內的電磁場分布
電場強度按正弦分布，在同軸電纜中傳輸?shù)碾姴ú粫孤┑诫娎|之外，在應用中，外導體通常是接地的，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）趨膚效應
高頻信號的電流流過電纜時，電流集中于導體表面而使導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。因為有趨膚效應，同軸電纜中的電流只沿內導體的外側和外導體的內側流動，因此，電纜的許多性質取決于內導體的外徑和外導體的內徑，電纜內、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體的直徑和導體間介質決定，與電纜長度無關。在CATV系統(tǒng)中，同軸電纜的特性阻抗均為75 Ω。
�。�2）衰減常數(shù)β與溫度系數(shù)
RF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。同軸電纜信號的衰減程度，以衰減常數(shù)（β）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數(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型進行測量的結果。
表1兩種常溫下的漢勝電纜-7與-5型的衰減常數(shù)(β)
頻道圖像載頻(MHz)
33℃dB/100 m13℃dB/100 m
-7型-5型-7型-5型
DS149.7534.7533.9
DS257.753.45.253.34.25
DS585.25463.85
DS6168.255.68.15.47
DS11208.25695.87.7
Z30400.258.112.27.610.5
DS13471.259.614.58.412.7
DS 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系，也和溫度系數(shù)關系密切。在CATV網(wǎng)絡實際應用中，隨著時間的增加，同軸電纜會老化,電纜的衰減特性改變很大，3年后電纜的衰減量大約增大15%，6年后大約增大40%。
2 CATV射頻傳輸干線設計技術
RF傳輸干線的功能是以同軸電纜為傳輸介質，利用干線放大器來補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?shù)碾娖街怠?/SPAN>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，要對信號進行電平補償和均衡，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、交調的影響減少到最小。
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resistance to ageing - 耐老化特性 （0） 投訴
P:2006-10-30 22:26:41
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RF傳輸干線由RF同軸電纜、干線放大器、衰減器、均衡器及定向耦合器構成。
射頻(RF)傳輸干線由CATV前端或由前端通過光纜傳輸給光接收機輸出RF信號來提供射頻電視信號進行傳輸。
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。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上，一般具有可調衰減器和可調均衡器，使干線放大器保持穩(wěn)定的輸出電平和適當?shù)男甭省?/SPAN>
衰減器可以適當調節(jié)輸入、輸出端信號電平，使其保持在適當?shù)姆秶鷥�。衰減器用電阻構成衰減網(wǎng)絡，由于沒有電抗元件，因此只有幅度的衰減而沒有相移。連續(xù)可調式衰減器是干線放大器的一個重要組成部分，可調范圍一般為0～20 dB，可以方便地調節(jié)放大器輸入端的信號電平。
均衡器的作用是補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，須用均衡器來補償這個電平差，以保證輸出電平穩(wěn)定在一定的斜率內。寬帶電視信號進入系統(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均衡器來補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。
干線放大器的作用是補償和均衡干線電纜的損耗和頻率失真，用來對信號進行長距離的傳輸，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)設計和技術維護，所以得到廣泛應用。
溫度補償是利用負溫度系數(shù)熱放電阻來維持電平穩(wěn)定的電子控制工作方法。它所用元件的溫度特性與電纜的溫度特性相反，即當溫度下降時，電纜的衰減常數(shù)β變小，干線放大器的輸入電平變大，相應溫補元件衰減量變大，使放大電路的輸入電平趨于穩(wěn)定；當溫度上升時，電纜的衰減常數(shù)β變大，干線放大器的輸入電平變小，相應溫補元件衰減量變小，使放大電路的輸入電平趨于穩(wěn)定。這樣，系統(tǒng)傳輸就達到了溫度補償?shù)哪康�。具有溫補的干線放大器分為單溫補式和雙溫補式，后者為最理想。CATV工程設計時應選擇具有溫補電路的干線放大器，以方便技術維護。
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 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(m)；
G——干放實際利用的增益(dB);
B——電纜的衰減常數(shù)(dB/100 m)。
在工程設計中，干線放大器的增益應保留有一定的提升裕量，以便滿足日后技術維護的需要。
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,有利于減小交調,但輸出信號的斜率不能太大,應小于10 dB。
(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，故應避免采用這種方式。
energy cable - 電力電纜 （0） 投訴
P:2006-10-30 22:26:57
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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)絡設計技術
分配網(wǎng)絡的設計任務是根據(jù)用戶終端的分布情況來確定分配網(wǎng)絡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)技術規(guī)范，所用的材料數(shù)量最少。
分配網(wǎng)絡的設計方法基本有兩種。一種是由前向后逐點進行計算，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，逐點計算，得出所用部件的規(guī)格、數(shù)量，最后求出進入分配網(wǎng)絡的電平值和用戶終端的電平值。在設計中，抓住各分配點的信號電平變化是關鍵，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
在實際應用中，每串接一個分支器，VHF―L頻段電平下降1 dB，UHF頻段電平下降3 dB。
3.1 分配網(wǎng)絡的基本組成形式
(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)絡的匹配狀態(tài)。分配器的反向隔離指標不高，若大量使用，個別部位出現(xiàn)故障時，易造成全分配網(wǎng)絡的影響，因此在設計中要適當運用，最多采用3級。
(2)分支——分支形式。這種分配網(wǎng)絡使用的都是分支器，適用于用戶數(shù)量不多、分布較分散及傳輸距離較遠的分配網(wǎng)絡，使用這種形式未端要保證網(wǎng)絡的匹配。
(3)分配——分支形式。這種分配網(wǎng)絡形式適合在樓棟內使用，使用得最多。
(4)分支——分配形式。要獲得各用戶端的信號電平一致，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、交調干擾。這個電平的控制應適宜，VHF波段為7～83 dB，UHF波段為60～83 dB，鄰頻傳輸系統(tǒng)的技術要求更為嚴格。
�。�1）根據(jù)當?shù)仉娨曅盘柕膱鰪姾透蓴_信號的場強確定。干擾場強較弱的區(qū)域用戶端電平可以選擇為60～70 dB的范圍，干擾場強較強的區(qū)域用戶端電平可以選擇在65～75 dB的范圍，在強干擾區(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，用戶端電平可適當高一些。
�。�3）電視機靈敏度高的，用戶端電平可以低些，電視機靈敏度低的，用戶端電平要適當高些。
4 RF傳輸干線技術維護
RF傳輸干線維護的關鍵是放大器電平檢測、調試和維護。干線放大器的輸入電平不能低于設計值，這樣才能確保載噪比不低于系統(tǒng)的技術指標。同時，輸入電平也不能過高，以免進入非線性工作區(qū)，產(chǎn)生交調和互調現(xiàn)象。干線放大器的輸出電平不能高于設計值，這是為了避免交擾調制比和載波互調比變差。干放不宜在高輸出電平下工作，可適當降低輸出電平來改善交、互調指標，同時，應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)絡及其分布走向和各節(jié)點的電平值，有利于系統(tǒng)的維護。同時，應能分析故障情況、判斷其出現(xiàn)部位，其方法是檢查故障情況及區(qū)域，了解故障發(fā)生的時間及發(fā)生前的收視情況，排除故障時用倒推法測量懷疑點的電平值。
還要根據(jù)溫度變化維護網(wǎng)絡。在南方地區(qū)，一般在春分至清明間(農(nóng)歷3月間)對干線放大器的增益進行適當提高，以補償電纜衰減量的增大；在小暑前(農(nóng)歷6月間)對干放的增益再次提高。在秋分至寒露間(農(nóng)歷9月間)對干線放大器的增益進行適當降低，以補償電纜衰減量的減小；在小寒前后(農(nóng)歷12月間)對干放的增益再次降低。若網(wǎng)絡溫補效果理想，這種措施可以免去。
unload thin wire cable - 非加感細線電纜 （0） 投訴
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