有線電視傳輸線阻抗設(shè)置問題研討

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本文作者：唐殿寶 單位：沈陽傳媒網(wǎng)絡(luò)有限公司

從傳輸線等效電路看出，阻抗是電阻、容抗及感抗在向量上的和。用途較廣的兩種同軸電纜，一種是用于數(shù)字基帶信號(hào)傳輸?shù)奶匦宰杩?0Ω的基帶同軸電纜，另一種就是用于射頻調(diào)制信號(hào)傳輸?shù)奶匦宰杩?5Ω的頻帶同軸電纜，二種同軸電纜相似，但不能互換使用。在高頻時(shí)，傳輸線本身是一種分布參數(shù)電路，如圖2是無損耗情況下的傳輸線的等效電路。傳輸線上的波一般為入射波和反射波的疊加，波的反射現(xiàn)象是最基本的物理現(xiàn)象。

傳輸線的工作狀態(tài)與負(fù)載有關(guān)，傳輸線有三種工作狀態(tài)。一是當(dāng)負(fù)載與傳輸線特性阻抗相等時(shí)，負(fù)載吸收全部入射波功率而沒有反射，這時(shí)傳輸線中只有去向負(fù)載的單向行波，傳輸線工作在行波狀態(tài)。二是當(dāng)終端開路或者是短路狀態(tài)下，負(fù)載不吸收有功功率，入射波的功率全部由反射波帶回，傳輸線工作在駐波狀態(tài)。還有就是行駐波狀態(tài)，這時(shí)負(fù)載吸收入射波的部分功率，其余部分反射回去，傳輸線上有行波分量也有駐波分量，負(fù)載與傳輸線特性阻抗不完全匹配，大多數(shù)情況下傳輸線都工作在這種狀態(tài)之下。在第一種工作狀態(tài)時(shí)，負(fù)載與傳輸線特性阻抗相匹配，稱阻抗匹配，反之稱為阻抗失配。阻抗匹配在高頻傳輸及網(wǎng)絡(luò)日常維護(hù)中至關(guān)重要。綜上所述，阻抗匹配是有線電視網(wǎng)絡(luò)中最常見的工作狀態(tài)，它反映了網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備，器材及傳輸電纜之間的功率傳輸關(guān)系。當(dāng)線路實(shí)現(xiàn)阻抗匹配時(shí)，將獲得最大的功率傳輸。反之，當(dāng)電路阻抗失配時(shí)，不但得不到最大的功率傳輸，還可能對(duì)傳輸信號(hào)產(chǎn)生損傷，甚至損壞傳輸器件。傳輸線上的材料之間的介電常數(shù)的任何變化都會(huì)導(dǎo)致特性阻抗的變化，從而引起阻抗失配引起信號(hào)的反射。

阻抗匹配常出現(xiàn)在各級(jí)放大器之間，放大器與負(fù)載之間，無源器件之間，測量設(shè)備和所測線路之間，EOC設(shè)備與分配網(wǎng)絡(luò)之間等等。實(shí)際工作中電纜連接器件及轉(zhuǎn)換接頭的氧化接觸不良，電纜的彎折變形，終端負(fù)載缺失等都是引起阻抗失配的原因。掌握了信號(hào)反射的原理，有助于日常的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行和維護(hù)工作，高頻段相比低頻段更容易產(chǎn)生反射導(dǎo)致功率損耗，降低信號(hào)傳輸效率。若使信號(hào)能夠有效地傳輸，必須使線路工作在阻抗匹配狀態(tài)，即放大器的內(nèi)阻等于下級(jí)線路的輸人阻抗，線路的輸出阻抗等于所接負(fù)載的阻抗。在實(shí)際的線路中，常會(huì)遇到信號(hào)源與放大電路或放大電路與負(fù)載的阻抗不相等的情況。阻抗的匹配與否關(guān)系到所傳輸信號(hào)的質(zhì)量優(yōu)劣，甚至是某些頻點(diǎn)丟失。

傳輸線路上某處匹配不良，會(huì)造成信號(hào)在傳輸線上的反射，這樣到達(dá)數(shù)字電視機(jī)頂盒的信號(hào)就不只是入射波還有反射波存在，它們之間存在一定時(shí)間差。在高頻傳輸時(shí)，在同軸電纜中入射波和反射波同時(shí)傳輸時(shí)，其幅度按矢量相加。當(dāng)兩者的時(shí)差使相位改變2π弧度時(shí)兩者同相，其幅度相加，這有可能會(huì)使放大器進(jìn)入非線性工作區(qū)域，產(chǎn)生非線性失真；當(dāng)兩者相位相差π時(shí)，相位相反，其幅度相抵消，引起傳輸鏈路中某些點(diǎn)或區(qū)域的幅頻特性嚴(yán)重不平。相位相反也會(huì)引起信號(hào)幅度下降，使C/N降低。上述情況均能引起數(shù)字電視誤碼率升高，在頻譜儀上則可看到被干擾頻道的頻譜頂部不再是平坦?fàn)?，而是凹凸不平，出現(xiàn)明顯的起伏或傾斜。當(dāng)反射波在同頻不同相時(shí)，則擾亂了QAM的相位。QAM調(diào)制信號(hào)的幅度和相位捎帶有數(shù)字信息，入射波和反射波都調(diào)制著同一信號(hào)的碼流信息，它們將會(huì)以不同的相位疊加，特別是高階的64QAM對(duì)鏈路的相位特性十分敏感。相位的準(zhǔn)確性會(huì)影響解碼時(shí)對(duì)符號(hào)的正確判定，雖然這時(shí)用戶電平基本正?；蜃兓淮?，但隨之而來的是其誤碼率升高了，接收的圖像會(huì)出現(xiàn)馬賽克或停頓現(xiàn)象。

HFC有線電視網(wǎng)絡(luò)干線系統(tǒng)采用光纖傳輸，特別是EPON網(wǎng)絡(luò)，干線系統(tǒng)無源，干線網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定安全，維護(hù)簡單。而EOC技術(shù)的使用，仍利用原有的分配網(wǎng)絡(luò)，分支器和分配器是分配網(wǎng)絡(luò)中最常見和使用最多的器件。分支器和分配器不僅具有功率信號(hào)的分配功能，更重要的是它在分配信號(hào)的同時(shí)，對(duì)端口的設(shè)備起到阻抗匹配的作用。這在高頻網(wǎng)絡(luò)中非常重要。分配器由于結(jié)構(gòu)上的原因，分配器只有在各路輸出都接有標(biāo)準(zhǔn)阻抗75Ω時(shí)，在分配器的輸入口才能呈現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)阻抗相等的輸入阻抗，這時(shí)分配器才具有匹配、隔離的特性。分配器如果有一個(gè)輸出口開路或短路，分配器的性能就會(huì)產(chǎn)生變化，導(dǎo)致所傳輸信號(hào)強(qiáng)烈的反射，致使信號(hào)指標(biāo)劣化。如果傳輸模擬信號(hào)就會(huì)產(chǎn)生重影，如果傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)會(huì)使誤碼率增加，出現(xiàn)馬賽克，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)“斷崖效應(yīng)”，甚至黑屏，導(dǎo)致服務(wù)中斷。實(shí)際使用中分配器如果存在空口必須接上75Ω終端負(fù)載，以確保各個(gè)端口的阻抗匹配。分支器也叫定向耦合器，在一路主信號(hào)輸出情況下，耦合分出一部分低于主輸出的一路或幾路相等的信號(hào)電平，具有很好的隔離性，因此分支器只要在主輸出口接有75Ω阻抗的同軸電纜或終端負(fù)載，分支口開路或短路對(duì)輸入口網(wǎng)絡(luò)的阻抗匹配性能影響不大。