CATV放大器及其調整

一、 電纜的特性

　　電纜是組成CATV網絡的主要器材，它具有三大特性：阻抗特性、傳輸特性和溫度特性。 放大器在網絡中的主要作用是用它的增益補償電纜的損耗，所以，了解電纜的特性將有助于我們理解放大器的組成、原理和調試。

　　1、 電纜的傳輸特性

　　①、電纜對不同頻率的高頻信號有著不同的衰減量，單位長度（一般取100米）的電纜，在其上面傳輸的信號頻率越高，衰減就越大。電纜的損耗大小隨頻率變化的這種特性我們稱為電纜的斜率特性，理想的電纜它的傳輸衰減量與傳送信號頻率的平方根成正比。由于電纜存在這種斜率特性，為此在CATV系統中，要進行斜率補償或叫均衡處理。下面是幾種常用電纜的傳輸特性表：

　　通常我們都是以所傳送信號的最高工作頻率時電纜的衰減量來設計線路的。這里我們引入一個稱為電長度的概念，在CATV系統中，常用電纜在最高工作頻率下的損耗分貝數來表示電纜的長度我們稱之為電纜的電長度。

　　在網絡中對電纜所產生的負斜率進行補償的器件是均衡器，其均衡量一般有兩種表示方式：一種是直接標注高低頻參考點的損耗分貝差；一種是標注電長度，這種標注法稱當量均衡值。某段電纜的斜率等于其電長度除以系數μ=1/1-(fL/fH)1/2，式中fL是低端頻率，fH是高端頻率。根據此公式計算出：頻率范圍為50—750MHZ時μ=1.35，在50—550MHZ則μ=1.43，這一關系在網絡的設計和調試時很有用。

　　上面我們所論述的電纜斜率是線性的，是理想化的，如圖1中的黑線所示，而實際上電纜的斜率曲線呈弧形，是非線性的，如圖1中的紅線所示，這個弧型的頂點在400MHZ附近，也就是說在中間頻段電纜的損耗實際上要比理想衰減曲線值要小，至使在線路較長時形成整個通道內靠近中間頻段的電平發生凸起的現象。

　　②、電纜對高頻信號的衰減量與電纜的長度成正比。

　　2、 溫度特性

　　電纜的斜率和損耗還與環境的溫度有關。我們用一個溫度系數參數來描述電纜的這種溫度特性。一般電纜的溫度系數是0.2%/C0，即溫度增加一度，損耗將增加0.2%。在我國的大部分地區，氣溫對電纜所造成的損耗變化量為±5%，當電纜網較長時，電纜的溫度特性所造成的影響就不容忽視。

　　3、 阻抗特性

　　常用的CATV電纜其標稱特性阻抗均為75Ω，當電纜因受長期的自身重量、風壓負荷等作用使其機械特性變差時，電纜的特性阻抗將會發生變化，其結果使網絡的反射損耗變小，嚴重時使圖像產生重影現象。在網絡的鋪設施工中，我們常對電纜的彎曲程度和綁扎工藝都有一定的要求，其目的就是防止因為施工不當造成電纜的機械性能變差，使電纜的特性阻抗變值，從而使網絡的反射損耗指標變差。

　　二、 放大器概述

　　1、 放大器的增益

　　為了保證CTB的指標正常，必須要降低放大器的輸出電平，一般來說電平下降1db，CTB的指標可提升2 db。而放大器的輸入電平則是由C/N來決定的，這些指標都和網絡中所用的放大器臺數N有關。把輸入電平和輸出電平及放大器臺數N的關系畫成曲線，就形成一個V字形曲線圖，如圖2所示，圖中上下直線之差稱為放大器的極限增益。從圖2可見，隨著臺數N的增加，放大器的極限增益也將減少，即放大器的增益不能高于極限增益，否則將會不能滿足指標的要求。對某一個N來講就有一個極限增益以之對應，因此，正確選擇放大器的增益是很重要的。

　　當兩種放大器的增益不同（如一個為35db,一個為27db）但其最大輸出電平和噪聲系數相等時，如某CATV系統使用增益為35db的放大器串接數為10個，那么同樣一個系統，使用增益為27db的放大器，其串接數為則為13個。在兩個系統的CTB相等下，那么后者的C/N將得到改善，其改善值為：35-27-20(lg13-lg10)=5.8db，如果在C/N相等的情況下，那么CTB指標可改善5.8*2=11.6db。從以上分析可見，采用低增益的放大器對一般系統特性的改善有一定作用。那么是不是放大器的增益越低越好呢？回答是否定的。當干線放大器的增益降至8db以下時，C/N和CTB都將會變壞，因為此時串接的放大器數增多，CTB將由于20lgN的增加而變壞；C/N也因為10lgN的增加而變差。另外，如果增益低，對于同一輸出電平，在輸入端輸入的信號值要求變高，各級放大器也因此而容易產生非線性失真。為此，當線路較長時，干線放大器增益選取在27db左右較為合適。

　　2、 放大器的工作方式

　　在CATV網絡中放大器的幅頻特性必須與電纜傳輸特性相關，為此，放大器主要有如下三種工作方式。

　　①、 使干線放大器的輸入信號電平與頻率無關（即輸入信號是平坦的），輸出信號電平補償電纜的衰減變化值，即輸出信號的正斜率（高低端輸出電平差為正值）剛好補償電纜所產生的負斜率（高低端輸出電平差為負值），該方式稱為輸出全傾斜方式。如圖3 a

　　②、 使干線放大器的輸出信號電平與頻率無關（即輸出信號是平坦的），放大器的增益補償電纜的衰減變化值（即放大器所產生的正斜率剛好補償電纜所產生的負斜率），該方式稱為平坦輸出方式。如圖3 b

　　③、 介于上述兩者之間的方式，稱為半傾斜輸出方式。如圖3c
　
　　工作于全傾斜方式的放大器出現在早期，這種放大器將整個傳輸頻率范圍分為高低兩個通道分別進行放大，高端通道增益比低端通道高，現在已經很少采用。

　　工作于平坦輸出方式的放大器是使用均衡與具有平坦特性的放大器組合在一起的，這種工作方式由于輸入到放大模塊的信號是平坦的，所以對改善非線失真有好處，但要使用大均衡量的均衡器，所以多使用在450MHZ及以下的CATV系統。

　　現在的放大器由于其工作的最高頻率達750MHZ甚至860MHZ，所以無論是干線放大器、延長放大器，基本上都采用半傾斜輸出方式。這種放大器通常由兩塊以上的放大模塊所組成，它內部設置了兩個均衡器，一個是輸入均衡器，它的作用是保證輸入到第一塊放大模塊的信號是平坦的；一個是級間均衡器，它使輸出信號產生我們所需要的斜率。放大器工作方式的選擇并非是隨意的。例如放大器在設計時確定為平坦輸出工作方式，如在實際應用中，該放大器不是置于平坦輸出狀態下工作，而是在半傾斜輸出方式下工作，這樣在調試時勢必通過加大放大器輸入端的均衡器的均衡量來達到半傾斜輸出方式，這將會導致低端信號的C/N嚴重劣化。

　　3、放大器的增益控制功能

　　放大器對電平的波動控制方式有：手動控制（MGC）、自動增益控制（AGC）、自動電平控制（ALC）、自動斜率控制（ASC）。手動控制由手動控制增益及均衡所組成，控制單元可以是機械的也可以是電調的，這種控制方式的放大器多用在網路較短的網絡上。當網絡較長時，由于電纜的溫度特性影響，用戶端的信號電平將會有較大的變化，這是不容許的，為此必須要采用具AGC控制的放大器，這類放大器是將工作頻帶內，靠近中間點的頻道載波作為參考導頻，來控制放大器的增益，從而穩定放大器的輸出電平。但是從電纜的溫度特性可知，當溫度變化時不只是信號的電平會發生變化，信號的斜率也會發生變化，為此引入了自動斜率控制（ASC），通常將既有AGC功能又具有ASC功能的稱為自動電平控制（ALC），ALC常采用如下兩種方式：

　　①、用檢溫器，如使用熱敏電阻或熱敏半導體等溫感元件取出溫度的變化量來控制放大器的斜率和增益。

　　②、 采用二個頻率的導頻信號，一個作AGC控制，而另一個作ASC控制。通常用低導頻作ASC（可采用我國標準頻道1或3 的載頻）；用高導頻信號作AGC（可選標準頻道42頻的載頻），這樣使高端電平牢牢鉗位不變，ASC以此作為參考電平通過其控制使低導頻點與高導頻點的相對電平保持在最佳值。

　　第一種的辦法控制精度不高，但電路簡單；第二種方法控制精度很高，但電路較復雜。通常高檔的放大器均用第二種方法。

　　4、 放大器的供電

　　放大器的供電電壓一般有兩種：一種是交流220V供電，屬于市電供電方式；一種是交流60V供電，屬于線路供電方式。 市電供電方式的放大器其電源電路結構是：變壓器+橋式整流+簡單的穩壓電路所組成。它對市電電壓變化的適應能力較差，在±10%范圍內，當市電電壓波動較大時會出現交流聲調制指標下降，造成50HZ或100HZ的干擾，反映在電視屏幕上是一條上下滾動的黑帶（50HZ）干擾或兩條黑帶（100HZ）干擾。

　　線路供電方式的放大器其電源電路一般是采用開關式穩壓電源，其電路結構是利用一個振蕩器，產生幾十KHZ的振蕩信號，經放大、穩壓、整流處理后，產生放大器所需的工作電壓。這種電源電路穩壓范圍寬，當外電源在35V---90V變化時都能輸出穩定的工作電壓，所以現在大多主干放大器或延長放大器都使用這種電源電路。

　　在線路供電方式中，我們在線路上還需安裝供電器和電源插入器。供電器是供給放大器電源的一個設備，此設備實際上是一個鐵磁式的交流穩壓器，輸入市電220V的交流電壓后，在其輸出端將輸出穩定的60V交流電壓。電源插入器是供電器與線路間的接口器件。

　　5、 放大器的幾項重要參數

　　①、 放大器的最大輸出電平：此參數的意義是指放大器在滿負荷（對于750MHZ系統為78個PAL頻道）時，放大器在一定的失真指標下所輸出的上限電平。

　　②、 放大器的噪聲系數：由于放大器是一個有源器件，自身也必會產生噪聲，放大器在對信號進行放大的同時也將噪聲疊加到輸出端，這樣輸出信號的載噪比必然低于輸入信號的載噪比，噪聲系數是輸入載噪比和輸出載噪比的比值。 ③、 CTB與CSO：這兩個參數都是放大器的失真參數。CTB稱為組合三次失真，CSO稱為組合二次失真，它反映了滿負荷下放大器在最大輸出電平時所產生的失真狀況。

　　④、 增益：放大器對信號的放大能力。

　　以上幾個參數在進行CATV網絡設計和調試時都必不可少。

　　6、 放大器的放大模塊

　　現在的CATV放大器內部都使用了放大模塊，一般放大模塊有三種：普通放大模塊、功率倍增輸出放大模塊、四倍增功率輸出放大模塊。這些模塊內部的放大電路均采用推挽型放大電路，這種電路能減少諧波失真，特別是二次失真。所以在進行系統設計時，我們只考慮CTB指標就行了，只要CTB指標達到了，CSO指標也就達到了。功率倍增型是并聯了兩個或四個推挽電路同時工作，采用這種模塊的放大器在同樣的失真指標下，輸出電平可提高3db或6db。

　　7、 反向放大通道

　　由于多功能業務開展的需要，現在的放大器都設有反向通道，反向通道常采用手動增益控制，手動斜率控制電路和放大模塊組成，可根據系統是否需要反向功能而選擇。反向放大器帶寬根據雙向分割頻率分3種：低分割（5~40MHZ）、中分割（5~112MHZ）和高分割（5~174MHZ）。

　　三、放大器的調試

　　放大器的調整主要包括兩個方面，一是電平的調整，二是斜率的調整。一般是先調整好斜率再調整電平。

　　1、干放的調試

　　在這里我們以GI的MB-75SH型干線放大器為例加以說明，它是一個四模塊的放大器，有一個輸入口，三個輸出口（一個主輸出口和兩個副輸出口）。里面配備了插入式輸入均衡器和衰減器，還配有頻響特性校正板和波特板（ALC板），采用線路供電方式，工作在半傾斜輸出方式。放大器的工作增益為：30±4db。

　　頻響特性校正板（MDR）：它主要是為了校正放大器在整個工作帶寬內的幅頻特性而設。它將放大器的整個通帶分成六個點、段進行補償校正，使得放大器的整個通帶特性趨于平坦均勻。此板的調整必須要用專用設備進行調整。此板還附設了一個均衡量（750MHZ）為10db的均衡器。

　　波特板（BODE）：此板主要是與ADU板或TDU板（又叫自動增益控制板或溫度補償控制板）配合使用，達到ALC的目的，ADU板或TDU板都是自動控制插件，它通過對高低導頻的取樣比較產生控制電壓或通過對環境溫度的取樣比較產生控制電壓，去控制波特板，從而達到AGC和ASC的目的。該板的控制量為±4db。

　　橋口輸出方式選擇跳線（SPLIT）：如果將跳線1和2連接，則橋口4有信號輸出，橋口3為空口；如果將跳線2和3連接，則橋口3有信號輸出，橋口4為空口；如果在此位置插上二分配器或一分支器，則橋口3和橋口4都有信號出。

　　設此干放的調整要求：主輸出口和輸出橋口輸出電平為100db。它補償電長度為29db（750MHZ）的電纜損耗，電纜所產生的斜率為：-29/1.35=-21db，那么輸出斜率應為21/2=10.5db。

　　首先測量輸入電平，比較高低端頻道的電平差（低端的參考頻道選3頻，高端頻道選42頻），選擇均衡值與電平差相等的均衡器，插入放大器中，這樣做的目的是使得輸入到第一個放大模塊的信號為平坦信號。由于放大器內的頻響特性校正板已經預設了+10db的斜率，所以，此時輸出電平的斜率就應該是10db。然后作下面的調整：

　　①、安裝自動增益控制（ADU板）的調整：

　　a、 選擇好作為控制用的導頻信號，把信號電平測試儀器連結到放大器測試點，測量高端頻道信號，例如：743.25MHZ。將ADU板插上（ADU板上的所要求的導頻信號必需與所選擇的導頻信號頻率一致）同時將DRIVE UNIT的跳線接到“自動”位置。

　　b、 旋轉主板上標記為ADU的電平控制旋扭使其衰減量到最大值。計算目前溫度下要求的控制余量值。計算過程：設氣溫的變化范圍是-21C0--49C0，在最高溫度下的控制余量設為2db，溫度每升高一度所引起的附加損耗是29*0.2%=0.058（29是電纜的電長度），以14C0為一個溫度變化數量級來推算出所需的控制余量：0.058*14=0.82db，取1db，我們將溫度的變化范圍分為六級并將它們所對應的控制余量列于表2。儀器測到的電平應該等于要求的輸出電平加上目前溫度下要求的余量。如果輸出電平過大，則應插上適當衰減量的輸入衰減器，使輸出電平與要求的電平誤差在0.5db 以內。放大器要求的輸出電平是100db。如果測量的電平是105db，并且周圍的溫度是21度C。查表2，找出在此溫度下要求的余量是4db。應插入衰減器的衰減量是105-(100+4)=1db。

表2

　　c、 調整ADU電平控制旋扭，使輸出電平等于我們需要的輸出電平（100db）。這樣通過ADU板的控制，導頻信號輸出變化在95db--105db范圍內，放大器的輸出能維持在我們所需要的輸出電平不變。

　　②、安裝溫度補償控制（TDU板）的調整：

　　a、 將TDU板補償電纜的電長度選擇跳線跳至30db處（有10db、20db、30db供選擇）并調整TDU上的Thermal level電位器使波特板在損耗最小狀態。

　　b、 把信號電平測試儀器連結到放大器測試點,測量輸出端最高頻率信號的電平記為V0，根據周圍的溫度，查表2找出在此溫度下要求的控制余量，調整TDU上的Thermal level電位器，使輸出的最高頻率信號電平=V0-余量值。

　　c、 插入相應的輸入衰減，使輸出的最高頻率信號電平等于要求的輸出電平。

　　③、供電方式的選擇

　　MBS-75SH干放是采用線路供電，供電電壓范圍是~38V--~90V，供電方式非常靈活，有輸入口供電、主輸出口供電、橋口供電。它內置了四個保險絲，通過對這四條保險絲的接插或空置來達到15種供電方式的設置。

　　2、 樓放的調試

　　樓層放大器設計的工作方式多為平坦輸出方式，它一般為單模塊放大器，所以各項指標相對較低，為此建議輸出電平調整不要超過100db。在斜率調整方面，由于其工作在平坦方式下，所以輸出的信號斜率不能≥5db，否則會使低端信號的載噪比劣化。按規定用戶輸出端口的高低端頻道電平差（即斜率）不能大于10db，在調整斜率時，我們可以這樣進行估算：分配網的分接線是采用SYWV-75-9類型的電纜，一般最長不超過100米，100米的SYWV-75-9電纜所產生的斜率是-7db；入戶線為SYWV-75-5電纜，一般不超過20米，20米的SYWV-75-5電纜所產生的斜率是-3db。分支分配器所造成的斜率為-1db左右，那么所產生的總斜率是：7+3+1=11db。用戶端的電平斜率最大容許量為9db，所以樓放輸出電平的斜率應為11-9=2db。

　　上面曾提到，電纜對射頻信號所產生的負斜率不是線性的，在靠近工作帶寬的中段，電纜的損耗比理想情況要小，形成的斜率特性如圖1的紅色曲線所示，從而造成信號電平在中端凸起的現象。在網路較長的情況下，我們必須要采取一些補償措施，有兩種方法：

　　①、在網絡上隔兩個或三個放大器（以電平凸起3—4db為準）安裝一種均衡特性具有圖1藍線所示特性曲線的均衡器，從圖中可看到，此種均衡器能很好地補償電纜所造成的中段電平凸起的現象。

　　②、在網絡中安裝可調陷波器，這種陷波器的陷波點頻率和陷波量均可調整，這樣我們可根據網絡電平的實際情況來調整陷波點頻率和陷波量，從而達到較好的補償作用。

　　三、 總結

　　CATV網絡中放大器的主要作用是補償電纜對傳輸信號所造成的損耗，根據電纜的傳輸特性和溫度特性，放大器內設置了自動增益控制電路（AGC）、自動斜率控制電路（ASC）和溫度補償電路。放大器的輸入電平大小由載噪比（C/N）指標來確定，放大器的輸出電平則由組合三次失真（CTB）指標來確定，放大器的增益則由串接的級數來定。

　　放大器的工作方式有輸出全傾斜方式、平坦輸出方式、半傾斜輸出方式三種，現在大多數主干放大器都是半傾斜輸出方式的，而樓層放大器多是平坦輸出方式的。

　　放大器的調整主要包括兩個方面，一是電平的調整，二是均衡的調整。一般是先調整斜率再調整電平。如果放大器采用導頻控制模塊（ALC）則要合理選取高低端的導頻信號，一般來說低端的導頻信號是利用低端信號的視頻載波頻率，高端的導頻信號是利用高端信號的視頻載波頻率。如果放大器采用溫度補償模塊則要注意該模塊所標定的溫度補償范圍和該模塊的控制量，然后根據這兩個參數設置好余量值以便調試。