(广告传媒)有线模拟电视
知识新编
有线模拟电视基础知识新编
林挺逵浙江省台州市路桥区乡镇广电站退休职工
近来,论坛里有许多新手网友不断提出模拟电视基础知识方面的问题,而且网友工头
在 2008年 5月 28日还发出《急求:模拟 550M网络设计培训教材》帖子。因此笔者认为,
论坛里除了要适应当前国内有线电视发展形势的需要,把重点放在数字电视和多功能开发方
面之外,对模拟电视基础知识、特别是对模拟电视知识的更新方面亦要有一定程度的重视,
所以特地把自己发表在省级及省级以上广播电视技术刊物上的 70多篇论文的相关内容,以
及发表在“中国有线电视技术论坛”上的 4600多个帖子中的相关内容,整理汇编成《有线
模拟电视基础知识新编》,分章陆续发在论坛里,仅供新手网友参考,也请大家指正。
本帖是第一章。
第一章有线电视放大器
目录
第一节有线电视基础知识………………………………………………………………3
对数
对数的基本概念
对数的基本运算
对数的基本应用举例
用对数表示功率比和电压比
用对数表示电平
有线电视的载噪比
有线电视的主要失真指标
二次差拍比 CSO
三次差拍比 CTB
交扰调制比 CM
非线性失真与系统内频道数目的关系
第二节有线电视放大器质量指标的图解分析………………………………………11
有线电视放大器输出特性分析图
利用放大器输出特性分析图求作放大器工作点
放大器多级串联后的图解分析
第三节有线电视放大器的各项电平指标和斜率………………………………………15
放大器的几个电平指标
放大器几个电平指标之间的数量关系
放大器的最大输出电平 Somax和标称输出电平 Sa
放大器各种电平曲线的特性
放大器设置输出斜率后对质量指标的影响
对放大器质量指标评议时应注意的问题
第四节有线电视放大器的净增益曲线…………………………………………………25
单元网络射频净增益和净增益曲线图
有线电视电缆的射频净增益曲线图
分立元件放大器净增益曲线图
目前使用的模块放大器射频净增益曲线图
第五节放大器输出电平设计和质量指标核算公式……………………………………28
各阶段放大器输出电平设计和质量指标核算公式
有线电视放大器输出电平第三套设计算式
第六节有线电视放大器的调试…………………………………………………………33
放大器调试参数完全计算公式
放大器输入衰减量 LAT计算公式
放大器输入均衡量 EQ计算公式
放大器调试参数完全计算公式的应用和分析
放大器调试参数简化计算公式
单模块放大器的调试
双模块放大器的调试
放大器间距简便计算式的推导说明
没有通过指标设计时放大器的调试方法
保证放大器载噪比指标的措施
第七节用户放大器工作状态设计与调试………………………………………………43
用户放大器要采取高输出电平工作方式以提高分配效率
采用高增益的放大器作为用户放大器
用户放大器要设置比较大的输出斜率
当用户放大器负担用户数量较少时输出电平不能降低
用户放大器不允许多级串联设置
光工作站下面需要用放大器延伸分配用户时得采用低增益的放大器
第八节有线电视传输系统设计新算式的汇总和说明…………………………………49
有线电视放大器载噪比 C/N计算式
复合三次差拍 CTB计算式
关于交扰调制比 CM指标计算式
复合二次差拍 CSO设计算式
放大器再大可串联级数计算式
放大器输出电平设计算式
放大器调试参数计算式
光发射机输入电平的确定
数字系统或模数混传系统各器件工作电平的确定
第九节有线电视放大器故障分析和程序化修理方法…………………………………58
有线电视放大器故障分析
有线电视放大器程序化修理程序
几个故障问题的专题分析、讨论
本章附件…………………………………………………………………………………64
附件 1:本章参考文献
附件 2:编写本章内容的依据论文
附件 3:常用放大模块参数表
附件 4:推挽放大模块和功率倍增放大模块电原理图
有线模拟电视基础知识新编
林挺逵浙江省台州市路桥区乡镇广电站退休职工
第一章有线电视放大器
有线电视放大器是有线电视系统中的重要器件,正确设计和调试它的工作状态、保证它
在系统网络中稳定运行,对于提高系统的质量指标和质量指标的稳定性至关重要。本章着重
对有线电视放大器的基本原理和工作状态的设计、调试进行知识更新方面的介绍,不做全面
的系统化分析。为了方便刚“入门”的新手读者阅读本章内容,首先简要介绍一下有线电视
的基本知识。
第一节有线电视基础知识
为了便于对有线电视基础知识了解得不多的读者阅读本书,在这一节中采用浅显、通俗
的方法,简单扼要地介绍阅读本书时必须掌握的一些有线电视基础知识。由于要做到“浅显、
通俗和简单扼要”,就不得不略去与阅读本书关系不大的那部分内容,因此所作介绍的某些
方面内容就必然会存在不够全面、不很准确或者欠深刻的问题。若有些读者希望对有线电视
基础知识了解得全面、准确和深刻一些,请再阅读其他专门的参考书。
对数
在有线电视指标核算和设计过程中尽管避免对数运算是本书中提出的新核算和设计方
法的显著特点之一,但是在传统的有线电视理论中对有线电视质量指标等参数的计算经常要
用到对数运算,计算的结果要用对数来表示,因此在本书中介绍有线电视的传统理论时以及
对许多问题的分析过程中也不得不列出对数的运算式,因此读者必须对对数有初步的了解。
下面就简要介绍对数的基本概念、基本运算和简单的应用。
对数的基本概念
如果用最简单的一句话来定义对数,那么“对数就是一个数字中有效零的个数”或者“对
数就是一个数字中最多可能具有的有效零的个数”。
例如,数字 1中没有有效零,因此 1的对数时 0;数字 10中有 1个有效零,因此 10的
对数是 1;数字 100中有 2个有效零,因此 100的对数是 2。根据同样的到里可得:1000的
对数是 3,10000的对数是 4,100000的对数是 5,1000000的对数是 6,等等。
在数学中,用“lg”表示对数,因此前面对那些数字的对数表述可以写成以下算式:
lg1=0,lg10=1,lg100=2,lg1000=3,lg10000=4,lg100000=5,lg1000000=6,等等。
在上述的对数运算式中,有效零前面的数字都是 1,如果不是 1,而是 2、3、4、5、6、
7、8、9时就需再用小数点以下的数字来表示,具体数值见表 -1。
表 -11至 9的对数值
数值 1 2 3 4 5 6 7 8 9
对数 0
根据表 -1,我们可以很快得出:
lg2=,lg20=,lg200=,lg2000=,lg20000=,等等。
lg5=,lg50=,lg500=,lg5000=,lg50000=,等等。
lg8=,lg80=,lg800=,lg8000=,lg80000=,等等。
求数字的对数,读者在阅读本书的过程中只要懂得以上算法基本上就可以了。对于像
lg8653=?一类的算式,或者求小数的对数,需用函数计算器或查对数表得出结果,具体方
法请看其他参考书。
对数的基本运算
⑴两数相乘的对数值,等于两数分别取对数的和,例如:
lg(100000×1000)=lg100000+lg1000=5+3=8。
⑵两数相除的对数值,等于两数分别取对数的差,例如:
lg(100000÷1000)=lg100000-lg1000=5-3=2。
⑶某数 n次乘方的对数值,等于某数的对数再乘以 n,例如:
lg10002=2×lg1000=2×3=6。
以上运算结果,读者不难自行检验。
通过以上例子的计算,使我们了解到,用对数可以将很大数的乘除运算,变成很简单数
的加减运算。这是对数运算的优点。
对数的基本应用举例
先打个比方来初步了解对数的应用。
在三个各盛水 2000㎏的金鱼缸中,悬浮在水中的泥沙微粒数量分别是:A缸 ㎏,B
缸 ㎏,C缸 ㎏。那么三缸水中泥沙含量的比例分别为:A缸 2万分之一,B缸 20
万分之一,C缸 200万分之一。其中以 A缸的泥沙含量最高,水的清晰度最低,C缸的泥沙
含量最低,水的清晰度最高。
以上用泥沙含量来表征水的清晰度时,泥沙含量与水的清晰度之间呈负相关,而且是分
数或者是小数,很不方便。如果改用水是泥沙的多少倍的倍数来表征,就可变成正相关了,
这时水与泥沙之比分别为:A缸 2万倍,B缸 20万倍,C缸 200万倍。A缸倍数最小,水的
清晰度最低,C缸倍数最大,水的清晰度最高。但还存在数值过大的问题,可以再用取对数
的办法来解决:
A缸:水/沙比的对数=lg(20000/1)=(单位:贝尔,Bel)
B缸:水/沙比的对数=lg(200000/1)=(Bel)
C缸:水/沙比的对数=lg(2000000/1)=(Bel)
这里又存在两个问题,其一是各缸水沙比递增 10倍的关系看不出来,算出来的对数值
仅仅相差 1;其二是还有一个小数点。
怎样解决这两个问题呢?
在日常生活中我们通常将“零点几斤”用“几两”来表示、将“零点几米(m)”用“几
分米(dm)”来表示。这种表示方法的实质就是“将数值乘以 10,使其扩大 10倍”然后“用
原单位的十分之一单位作为新单位,使量级缩小为原来的十分之一”。这样就去掉了小数点,
结果还是等效。如 斤=3两,=5dm。因此我们就可以将上面的算式乘以 10,再用单
位“贝尔”(代号 Bel)的十分之一的单位“分贝”(“分贝尔”的简称,代号 dB)来作为新
单位。这样,以上三个算式就可以写成:
A缸:水/沙比的(分贝为单位的)对数=10lg(20000/1)=43(dB)
B缸:水/沙比的(分贝为单位的)对数=10lg(200000/1)=53(dB)
C缸:水/沙比的(分贝为单位的)对数=10lg(2000000/1)=63(dB)
这样做的结果不仅数值大小适中,而且水沙倍数比提高 10倍,对数值就增加 10dB的关
系就很明确。因此在有线电视的指标运算中广泛使用以“分贝”(dB)为单位的对数运算。
读者只要懂得以上介绍的对数运算的基本原理就可以了,不一定要去掌握复杂的、难度
较高的对数和指数幂运算。因为本书中推出的有线电视质量指标核算和设计新方法叫做“系
统指标占用系数分析法”(简称“K法”),是采用查表和加、减、乘、除四则运算来进行有
线电视系统的指标分析、指标设计和指标核算,基本上不用复杂的、高难度的对数和指数幂
运算。
用对数表示功率比和电压比
两个功率 P1和 P2的数量比为 10000倍,那么它们用对数表示的“分贝比”为:
10lg(P1/P2)=10lg10000=40(dB)
因为功率 P和电压 U之间有如下的关系:
P=U2/Z。在有线电视系统中,阻抗 Z=75Ω,因此下面的算式中 Z1=Z2=75Ω。
所以功率 P1/P2的分贝比,可按下式变换成电压 U1/U2的分贝比:
10lg(P1/P2)=10lg(U12/Z1)/(U22/Z2)=10lg(U12Z2/U22Z1)
=10lg(U12/U22)=10lg(U1/U2)2
=20lg(U1/U2)
所以,用功率比表示时,前面乘的系数是 10;用电压比表示时,前面乘的系数是 20。
用对数表示电平
有线电视系统中某点的电平,是指该点的功率 P(或电压 U)对某一基准功率 P0(或基
准电压 U0)的分贝比:
10lg(P/P0)=20lg(U/U0)
当基准单位 P0为 1w时,对应的电平为 10lg(P/Iw),单位纪为“分贝瓦 dBw”;
当基准单位 P0为 1mw时,对应的电平为 10lg(P/Imw),单位纪为“分贝毫瓦 dBmw”,
通常将“分贝毫瓦”简写为“dBm”;
当基准单位 U0为 1mv时,对应的电平为 20lg(U/Imv),单位纪为“分贝毫伏 dBmv”;
当基准单位 U0为 1μv时,对应的电平为 20lg(U/Iv),单位纪为“分贝微伏 dBμv”,
通常将“分贝微伏”简写为“dB”。
电平四个单位 dBw、dBmw、dBmv、dBμv之间的换算关系见表 -2。
表 -2四单位电平换算表
新单位
原单位
dBw dBmw dBmv dBμv
dBw 0 +30 + +
dBmw -30 0 + +
dBmv 0 +60
dBμv -60 0
有线电视的载噪比
每套电视节目信号中都包含有图像和亮度信号、伴音信号、色度信号、行和场同步信号、
色同步信号等,这些信号各为几十赫之(Hz)到几千赫之(KHz)、几兆赫之(MHz)不等,
不能直接进行远距离传输,必须将它们按一定的规律调制到高频电波上载运发送,而且不同
节目内容的电视信号必须调制到不同频率(即不同的频道)的高频电波上载运发送,承载电
视信号的高频电波就叫做“电视信号载波”,简称“载波”,代号 C(英文 Carrier的第一个
字母)。
在电视信号的采集、调制、放大、传输过程中,不可避免地会产生“噪声”(代号 N,英
文 Noise的第一个字母),随着放大级数的增加,噪声会逐步增大。噪声就像鱼缸水中的泥
沙,会使清晰度降低,轻微时在电视画面背景上均匀地密布不规则的细微噪动点,严重时则
变成粗大的雪花点。
电视中噪声的轻重程度用“载噪比”(代号 C/N)来表征,单位是 dB,它就是“载波功
率与噪声功率之比的分贝值”:
C/N=10lg(载波功率/噪声功率)(单位:dB)
C/N数值愈大,说明载噪比愈高,电视画面清晰度愈好。国家标准 GY/T106-92中规定
有线电视系统(出口)的 C/N指标要求≥43dB(显然,此时载波功率是噪声功率的 20000倍),
通常在作系统设计时取 C/N=44dB为设计值,留 1dB设计裕量。
我们在计算单个放大器的载噪比时,可以先不考虑输入信号的“噪声功率”,认为输入
放大器的仅仅是信号的“输入载波功率”,此时这个放大器自身的“噪声功率”只有两项:
由于器件中电子不规则热运动而产生的“基础热噪声”和因放大器放大而使噪声增加的“噪
声增量”。这样,单个放大器 C/N指标的计算式就是:
C/N 单=10lg[输入载波功率/放大器的噪声功率]
=10lg[输入载波功率/(噪声增量×基础热噪声)]
=10lg输入载波功率-10lg噪声增量-10lg基础热噪声
由于“10lg输入载波功率”就是放大器的“输入电平”(代号 Si,单位 dB),“10lg噪
声增量”就是放大器的“噪声系数”(代号 NF,单位 dB),“10lg基础热噪声”按我国的电
视制式换算出来的数值是 (20℃时)。因此,前面的算式就成为:
(C/N)单=输入电平 Si-噪声系数
即:
(C/N)单=(dB)(-1)
(-1)式就是单个放大器 C/N指标基本计算公式。从这个算式中可以看出,放大器
的输入电平 Si提高(降低)1dB,其 C/N指标随之提高(降低)1dB,是 1对 1的正相关。
当 n台放大器级联使用,而它们的输入电平 Si、噪声系数 NF都相同时,其总载噪比(即
最后一级放大器输出信号的载噪比)(C/N)总可由下式算出:
(C/N)总=-10lgn(dB)(-2)
(-2)式说明,放大器级联数愈多,C/N指标愈差,当两只放大器级联时,C/N指标
降低 3dB(10lg2=3);当 3只放大器级联时,C/N指标降低 (10lg3=);当 10只放
大器级联时,C/N指标降低 10dB(10lg10=10),等等。
由于放大器的输入电平 Si一般情况下是无法测量得出的,因此算式(-1)、(-2)
仅仅是理论分析算式,一般不能用于实际计算。实际工作中通常要根据放大器的输出电平来
计算其 C/N指标,具体算式将在后面有关章节中介绍。
实际上放大器使用时,输入信号不可能仅仅是“输入载波功率”,必然会将噪声一起输
进去,因此放大器输出的噪声中必然还包含其前面所有器件所产生的噪声,所以此时的载噪
比就要进行“级联累加”计算。
设输入放大器信号的 C/N指标值为 C/N 信,不考虑输入信号 C/N指标时单台放大器自身
的 C/N指标按(1-1)式计算出来的数值为 C/N 单,包括输入信号 C/N指标时单台放大器输
出信号的实际 C/N指标为 C/N 实际,那么它们的计算关系式是:
C/N 实际=-10lg[10-(C/N信)/10+10-(C/N单)/10]
就是输入信号的载噪比 C/N 信和单台放大器自身载噪比 C/N 单的累加值。这是按传统方
法计算时的计算公式,比较难懂,这里不作详细的说明,因为本书使用的“K法”计算方法
非常简单,而且通俗易懂,将在后面的有关章节里介绍。
如果对放大器的 C/N指标有一个具体数值要求的话,那么对它的输入电平 Si的最低值
就有一个相应的数值要求,就是说它的最低输入电平 Si 低不能低于某个数值。这时可以将
(-1)、(-2)式移项变换一下,即可得到:
Si 低=C/N 单+NF+(dB)(-3)
Si 低=C/N 单+NF++10lgn(dB)(-4)
(-3)、(-4)式分别是单个和多个放大器级联时最低输入电平的基本计算公式。
有线电视的主要失真指标
电视信号经过放大器放大以后,除了原信号得到放大之外,还会新产生许多种类无用的
信号,叫做失真产物,这是由于放大器的非线性特性造成的,因此称之为“非线性失真”产
物。非线性失真产物与电视信号相互作用以后在电视画面上形成横条、竖条或各种各样的网
纹干扰。
每个频道的电视信号都具有两大基本特征:第一是幅度特征,简单地说就是同一频道内
各种信号总和的电平,如果用字母 A来表示它,那么第 1频道就是 A1、第 2频道就是 A2、
第 3频道就是 A3、……第 X频道就是 Ax、第 Y频道就是 Ay、第 Z频道就是 Az;第二是频率
特征,简单地说就是不同频道的频率不同,如果用希腊字母ω来表示电视频道的频率,那么
第 1频道就是ω1、第 2频道就是ω2、第 3频道就是ω3、……第 X频道就是ωx、第 Y频道
就是ωy、第 Z频道就是ωz。因此,要同时表征电视信号的两大基本特征,则第 1频道就可
以用 A1ω1来表示、第 2频道就可以用 A2ω2来表示、第 3频道就可以用 A3ω3来表示、……
第 X频道就可以用 Axωx来表示、第 Y频道就可以用 Ayωy来表示、第 Z频道就可以用 AZωZ
来表示。这就好比一个人的名字,由“姓”和“名”两部分组成。
下面就简单介绍三种最重要的非线性失真指标。
二次差拍比 CSO
当电视信号通过放大器放大以后,其中任意两个频道的信号 Axωx和 Ayωy相互作用可
产生以下非线性失真产物:
K2AxAy(ωx±ωy)
以上式子中的“K2AxAy”表示,这种非线性失真产物幅度是原来两个电视信号幅度 Ax和
Ay乘积的 K2倍,由于各频道电平幅度相等,因此单纯从幅度上看(即不考虑调制在里面的
信号内容),AxAy=Ax2=Ay2,即 K2AxAy就是原电平幅度的二次方的 K2倍,就是失真产物的幅度“与
原电平幅度的二次方成正比”,所以将这种失真叫做“二次失真”。由于 K2是远小于零的小
数,因此 K2AxAy的(功率或电压)数值仅仅是有用电视载波信号(功率或电压)数值的几百
到几万分之一。
以上式子中的“ωx±ωy”表示,失真产物的频率是原来两个信号频率的和或者差,即
两个频率的“差拍”。如果原信号中一个频道的频率是 200MHz,另一个频道的频率是
150MHz,那么失真产物的频率有两个,一个是它们的和为350MHz,另一个是它们的差为50MHz。
由于有线电视系统中频道数有几十个,每两个组合起来的组数很多,所产生的二次差拍
失真产物也很多,那些频率相近的二次差拍失真产物组合在一起落在某一个电视频道上,对
这个频道形成网纹干扰,这就是“组合(复合)二次差拍”失真。表征这种失真指标的高低
用“载波/组合二次差拍比 C/CSO”,本书简写为“二次差拍比 CSO”,就是指在系统的指定点,
电视信号载波电平与在频带内成簇集聚的二次差拍产物组合电平之比的分贝值,单位 dB。
CSO数值愈大,说明指标愈好,国标要求有线电视系统出口的 CSO指标≥54dB,通常在作系
统设计时取 CSO=55dB为设计值,留 1dB设计裕量。
三次差拍比 CTB
当电视信号通过放大器放大以后,其中任意三个频道的信号 Axωx、Ayωy和 AZωZ相互
作用可产生以下非线性失真产物:
K3AxAyAZ(ωx±ωy±ωZ)
以上式子中“K3AxAyAZ”表示,这种非线性失真产物幅度是原来三个信号幅度 Ax、Ay和
AZ乘积的 K3倍,由于各频道电平幅度相等,因此单纯从幅度上看,AxAyAZ=Ax3=Ay3=Az3,即
K3AxAyAZ就是原电平幅度的三次方的 K3倍,就是失真产物的幅度“与原电平幅度的三次方成
正比”,所以将这种失真叫做“三次失真”。由于 K3是远小于零的小数,因此 K2AxAyAZ的(功
率或电压)数值仅仅是有用电视载波(功率或电压)数值的几百到几万分之一。
以上式子中的“ωx±ωy±ωZ”表示,失真产物的频率是原来三个信号频率的和或者差,
即三个频率的差拍。如果原信号中一个频道的频率是 300MHz,另两个频道的频率是 200MHz、
50MHz,那么失真产物的频率就有 550MHz、450MHz、150MHz、100MHz和 50MHz等。
由于有线电视系统中频道数有几十个,每三个组合起来的组数很多,所产生的三次差拍
失真产物比二次失真产物更多,是最主要的失真。那些频率相近的三次差拍失真产物组合在
一起落在某一个电视频道上,对这个频道形成网纹干扰,这就是“组合(复合)三次差拍”
失真。表征这种失真指标的高低用“载波/组合三次差拍比 C/CTB”,本书简称为“三次差拍
比 CTB”,就是指在系统的指定点,电视信号载波电平与在频带内成簇集聚的三次差拍产物
组合电平之比的分贝值,单位 dB。CTB数值愈大,说明指标愈好,国标要求有线电视系统出
口的 CTB指标≥54dB,通常在作系统设计时取 CTB=55dB为设计值,留 1dB设计裕量。
交扰调制比 CM
当电视信号通过放大器放大以后,其中任意三个频道的信号 Axωx、Ayωy和 AZωZ相互
作用可产生六种非线性失真产物,先写出其中之一:
-K3Ay2Axωx
显然这也是三次失真,因为单纯从幅度上看,Ay2Ax=Ax3=Ay3;这个失真产物的频率和 X
频道(Axωx)完全一样,可以叠加在 X频道上;但是与原来 X频道不同的是,在它的幅度
调制信号中窜进了 Y频道调制信号的负像(-K3Ay2),因此我们在看 X频道节目时可以隐约看
到另外的 Y频道节目的负像(鬼影)和同步信号的负像(白色的粗竖条“雨刷”)。另外几个
失真产物-K3AZ2Axωx、-K3Ax2Ayωy、-K3AZ2Ayωy、-K3Ax2AZωZ、-K3Ay2AZωZ也是同样道理,都
是一个频道的信号受到另外频道负像信号的交叉干扰调制,因此把它称为“交扰调制失真”。
表征这种失真的大小用“交扰调制比”简称“交调比”,代号 CM,就是指在系统的指定点,
有用调制信号峰峰值与交扰调制成份峰峰值之比的分贝值,单位 dB。
交调比 CM指标,只在有线电视发展的初期阶段、系统内仅仅只有 10个左右频道时用于
系统指标的设计,现在通常都已经用不着它了。
非线性失真与系统内频道数目的关系
从前面的讨论中可知,有线电视系统中的非线性失真产物主要是二次失真和三次失真两
大类,由于放大器中普遍采用的推挽放大模块对二次失真有抵消抑制作用,因此影响最严重
的就是三次失真了(光链路不能抵消抑制二次失真,因此二次失真亦很重要)。所以我们在
早年一般根据三次失真中的交调比 CM指标来设计系统,而近年则根据组合三次差拍比 CTB
指标来设计系统。为什么近年和早年有所区别呢?这是因为早年系统内频道数量少,只有十
来个,以交调失真为主;近年系统内频道数量增多,达二十个以上,三次差拍失真成为最主
要的失真了。
当有 N个频道输入放大器时,由于放大器的非线性失真,会产生 N(N-1)个交调分量
项,(2/3)N(N-1)(N-2)个三次差拍分量项。随着频道数目 N的增加,三次差拍项增加得
很快,落入有用频道的干扰项也增加得很快。
当系统内的频道数 N分别为 12、28、47、59个时:
交调分量项的总数分别为 132、756、2162、3422项,其中落入失真最严重的某一个频
道内的项数分别是 11项(9频道)、27项(增补 7频道)、46项(11频道)、58项(12频道);
三次差拍项总数分别为 880、13104、64860、130036项,其中落入失真最严重的某一个
频道内的项数分别是 29项(9频道)、198项(增补 7频道)、781项(11频道)、1281项(12
频道)。
所以当系统中频道数达到 20个以上时,三次差拍失真是系统中最严重的失真,我们就
得根据组合三次差拍比 C/CTB指标来设计系统的失真指标,系统的 C/CTB指标合格了,其他
的失真指标通常都能合格。
第二节有线电视放大器质量指标的图解分析[2]
在无线电技术中,对元器件性能参数的分析以数学分析法和图解分析法最为常用,数学
分析法可以计算出各种参数的准确数值,而图解分析法则可以直观地展示出各项参数变化的
规律和相互关系。两种分析法结合使用,有利于对元器件的性能作出全面、直观的深刻了解,
便于正确运用。晶体管输入、输出特性曲线图是图解分析法应用最典型的事例之一,参照这
种曲线图,试对有线电视放大器性能参数进行图解分析,现把初步结果阐述如下,供读者参
考。
有线电视放大器输出特性分析图
设某型号干线放大器的增益 G=20dB,噪声系数 NF=,在标称输出电平 Sa=92dBμV
时的三次差拍比 CTBa=89dB。当这只放大器的输出电平 So分别为 80、90、100、110、120dB
μV时的输入电平 Si、三次差拍比 CTB值和噪声总和 NF总可由下列几个式子算出来:
Si=So-G;CTB=CTBa+2(Sa-So);NF总=NF+NT
式中:NT为基础热噪声,其值为 。
算出来的结果如表 1所示:
表 -1有线电视放大器参数采样试算表
采样顺序 1 2 3 4 5
输出电平 So(dBμV) 80 90 100 11
0
120
输入电平 Si(dBμV) 60 70 80 90 100
三次差拍比 CTB(dB) 11
3
93 73 53 33
噪声总和 NF总(dB) 9.
4
9.
4
9.
4
在直角坐标系中,用 Y轴代表分贝值 dB,用 X轴代表采样顺序。分别在 X=1、Y=80,X=2、
Y=90,X=3、Y=100,X=4、Y=110,X=5、Y=120的位置上标出输出电平 So的各个点,然后将
各点连结起来就得出输出电平曲线(So曲线),用同样方法可以得出输入电平曲线(Si曲线)、
三次差拍比曲线(CTB曲线)和噪声总和曲线(NF总曲线),结果如图 1所示。
从图 -1可以看出,输出电平 So曲线与输入电平 Si曲线是平行的倾斜直线,他们的
截距是放大器的增益 G,这是有线电视放大器一个非常重要的特性;而 CTB曲线则是与上述
两曲倾斜方向相反的直线,噪声总和曲线则是与 X轴平行的直线。由于以上曲线都是直线,
因此通常只要有两个采样点就可以作出来。
如果我们在输出电平 So曲线上左边一端,即输出电平比较低的地方,选取放大器的工
作点 Q1,过 Q1点作平行于 Y轴的一条虚线,它与 CTB曲线相交于 A1点,与 Si曲线相交于 B1
点,与 NF总曲线相交于 C1点,与 X轴相交于 O1点。那么线段 A1O1所对应的 dB值即
图 -1有线电视放大器输出特性分析图
为放大器工作点处于 Q1点时的 CTB值,Q1O1为其时放大器的输出电平值,B1O1为其时放
大器的输入电平值。Q1B1为放大器的增益 G,B1C1为其时放大器的 C/N值。如果将放大器的
工作点向右移到 Q2点,过 Q2点作平行于 Y轴的虚线分别相交于 B2、A2、C2、O2各点。从图
中很容易看出来,工作点右移、即输出电平 So提高以后,输入电平 Si相应提高,放大器的
C/N值增加、CTB值降低;工作点左移、即输出电平 So降低以后,输入电平 Si相应降低,C/N
值降低、而 CTB值提高。这是放大器又一个非常重要的特性。
利用放大器输出特性分析图求作放大器工作点
欲利用放大器输出特性分析图求作放大器的工作点 Q,先要设计计算出该放大器的 C/N
指标值和三次差拍比 CTB指标值,设其值分别为 C/N 单=,CTB 单=82dB。
由于放大器要求达到 的载噪比,加上噪声总和 NF总为 ,我们要在放大器输
出特性分析图(图 -2)上作一条 Y=+=的水平虚线为 C/N指标线,与 Si曲
线相交于 B1点,再过 B1点作平行于 Y轴的虚线 A1O1与 So曲线相交于 Q1点。Q1点即为满足 C/N
指标要求时放大器最低输出电平工作点。
由于放大器要求达到的 CTB指标为 82dB,可在放大器输出特性分析图(图 -2)上作
一条 Y=82dB的水平虚线为 CTB指标线,与 CTB曲线相交于 A2点,再过 A2点作平行于 Y轴的
虚线 Q2O2与 So曲线相交于 Q2点。Q2点即为满足 CTB指标要求时放大器最高输出电平工作点。
图 -2有线电视放大器工作点的图解确定
放大器的工作点可以在 Q1~Q2之间选取,如果我们将工作点选在 Q1的位置上,此时 C/N
指标刚好满足要求(B1~C1间数值),而 CTB指标有富裕(富裕量为 A1~A2’间数值);如果将
工作点选在 Q2的位置上,此时 CTB指标刚好满足要求(A2~O2间数值),而 C/N指标有富裕(富
裕量为 B2~B1’间数值)。通常我们应当将放大器的工作点选在 Q1~Q2的中间位置,这样,C/N
指标和 CTB指标都有富裕。
放大器多级串联后的图解分析
n级放大器串联后的载噪比 C/Nn与三次差拍比 CTBn以下面两式求得:
C/Nn=So-G-NF--10lgn
CTBn=CTBa+2(Sa-So)-20lgn
与单台放大器的算式相比,此时求载噪比的算式多了一项(-10lgn),我们把这一项称作
“噪声串联积累值”,可以把它直接加进噪声总和之中。此时噪声总和 NF总为:
NF总=NF+NT+10lgn
此时在分析图中所作的 NF总线要比单台放大器高出一截(图 -3),其高出的值即为
10lgN(噪声串联积累值)。
与单台放大器的算式相比,此时求三次差拍比的算式多了一项(-20lgn),我们把这一项
称作“三次差拍比串联累积劣化值”。与作 NF总相似的方法在图中作一条 y=20lgn的水平直
线来表示,把此线称作“CTB串联累积劣化曲线”,简称“CTB劣化线”。
为了方便使用,现将噪声串联累积值 10lgn与三次差拍比串联累积劣化值 20lgn列成表
-2。
图 -3多只放大器串联的输出特性分析图
表 -2噪声串联累积值与三次差拍比串联累积劣化值
串联数 n 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
10lgn 10.
8
20lgn 12.
0
16.
0
17.
0
18.
0
19.
0
21.
6
设使用上节例子的放大器,要求串联 10级以后的 CTB指标值达到 65dB,试求作工作点
Q2(最高输出电平工作点)。
先查表 2得出串联 10级放大器以后的 CTB累积劣化值为 20dB,在图 3中作 Y=20dB的 CTB
劣化曲线。然后以 CTB指标值 65dB加上串联累积劣化值 20dB的数值作 Y=65+20=85dB的 CTB
指标线与 CTB曲线相交于 A点,过 A点作平行与 Y轴的虚线,此线与 So、CTB、Si、NF总曲
线和 CTB劣化曲线分别相交于 Q2、A、B、C和 D点。Q2点即为所求作的工作点(So=94dB)。10
节放大器串联后的 CTB值即为 AD间距所对应的 dB数(65dB)(注意:不再是 AO间的 dB数
值!)。
以满足 C/N指标要求为目的,求作多级放大器串联以后的工作点 Q1(最低输出电平工
作点)的方法与求单级放大器工作点方法相同,只是在作 NF总曲线时要加上“噪声串联累积
值”10lgn。具体计算从略。
以上是对某一种型号增益为 20dB的放大器们作的输出特性分析图,对于其他型号和增
益的放大器,读者可参照本文介绍的办法自行制作分析图。对于有线电视放大器输出特性分
析图的改进和其它运用,请大家一起来进一步探讨。
第三节有线电视放大器的各项电平指标和斜率
当前有线电视网络上使用的放大器通常都是由专用放大模块来制造的,其结构大致如图
-1所示,本节就据此图来分析放大器的各项电平指标和相关参数。
图 -1放大器结构简图
放大器的几个电平指标[4]
⑴输入口电平 Si 口
放大器的“输入口电平 Si 口”,是指电视讯号通过电缆输送到放大器输入端口的电平。
绝大多数品牌的放大器在其输入端口设置有电平测试口,日常安装、维修时从中测量换算出
来的电平就是放大器的“输入口电平 Si 口”。而习惯上我们往往都把它称之“输入电平”,
严格来讲这是不准确的,特别要千万注意在分析和计算放大器的质量指标时绝对不可将它当
作放大器的“输入电平 Si”!
⑵输入电平 Si
放大器的“输入电平 Si”,是指电视讯号经过“输入衰减器 AT”和“均衡器 EQ”的衰减
和均衡以后到达放大模块信号输入口的电平。如果在放大模块信号输入口设置一个电平测量
口,那么测量出来的电平才是真正的放大器“输入电平 Si”!但是几乎没有一种放大器在
这里设置电平测量口,因此,放大器“输入电平 Si”通常是无法用场强仪测量出来的,只
能用相关的计算公式计算出来!
⑶输出电平 So
放大器的“输出电平 So”,是指电视信号经过放大模块放大以后输出的电平。通常在放
大器输出端口设置有输出电平测量口,用场强仪从此测量换算出“输出电平 So”数量值。
放大器几个电平指标之间的数量关系[11]
按常规,在没有特别说明的时候,我们在分析放大器各项电平指标的时候,通常都是指
系统最高频率频道的电平,因此,从图中可以得出放大器各项电平之间的数量关系是:
⑴输入电平 Si=输入口电平 Si 口-调节贮备电平 LAT
即:Si=Si 口-LAT,或者:Si 口=Si+LAT
上式中,LAT是输入衰减器 AT的衰减量,就是当放大器的输出电平 So调到设计数值时,
输入衰减器 AT所衰减的电平值。将来当温度升高或电缆老化造成输出电平 So降低时,调小
输入衰减器 AT的衰减量,就可以使输出电平 So恢复到设计值。所以把 LAT称之为“调节贮
备电平”,在网络设计时,调节贮备电平 LAT应取 4dB左右(放大器间距特长时应适量增加),
当放大器的输出电平 So调为设计值以后,还可以继续调高 4dBμV左右。
对于均衡器 EQ,它对系统最高频率频道电平的衰减量为 LEQ,LEQ通常称之为均衡器的“插
入损耗”。放大器中可调均衡器的插入损耗 LEQ通常小于 1dB,通常在计算放大器净增益时扣
除,可忽略不计;固定均衡器的插入损耗为 至 ,设计时就得考虑(加到 LAT中计
算 Si 口)。
⑵输入电平 Si=输出电平 So-标称增益 G
即:Si=So-G,或者:So=Si+G
由于放大器的标称增益(净增益)G是一个固定值,因此放大器的“输入电平 Si”和“输
出电平 So”由以上算式“捆”成一个整体,不能分别进行选择和调整,当其中的一个数值
确定以后,另外一个数值也就随之确定了。因此要设定“输入电平 Si”为某一个数值、同
时又要设定“输出电平 So”为另一个数值是很难办到的,除非两者的差值刚好等于 G。
由于放大器的输入电平Si通常是不可测量的,因此在许多情况下输入电平Si要用“So-G”
来取代,例如前面提到的放大器的载噪比 C/N的计算公式(-1)和(-2),必须将式
子中的“Si”用“So-G”取代以后,才能够得到可供实际运用 C/N指标计算式:
C/N)单=(dB)(-1)
(C/N)总=-10lgn(dB)(-2)
放大器的“输入衰减器 AT”,过去有些书本上把它称作“增益调节器”,给人造成了放
大器增益 G的大小可以人为调节的假象。实际上,由于放大模块的增益是固定不变的,因此
放大器增益 G的数值也是固定不变的!放大器的“输入衰减器 AT”衰减了“输入口电平 Si 口”,
导致放大器“输入电平 Si”降低,从而使放大器的“输出电平 So”降低。所以,调节“输
入衰减器 AT”时,放大器增益 G的数值是不会改变的。对这个问题读者要特别注意!
放大器的最大输出电平 Somax和标称输出电平 Sa[12]
放大器最大输出电平 Somax,是指在系统中只有 2个频道时、当测出放大器的交调比 CM
指标为 48dB(或德国标准的“三音交调比”为 60dB)时的最大输出电平值。
放大器最大输出电平 Somax量值愈大,说明它的失真指标愈好。放大器最大输出电平
Somax的数值,早年的分立元件和国产模块放大器通常在 112~120dBμV之间。
在上世纪七、八十年代,光缆还没有国内的有线电视中全面采用,各地的有线电视还处
在共用天线或小型独立前端时期,加上当时中央和各省的电视节目还没有全面通过卫星向全
国各地传送,因此系统内的电视节目套数通常在 10个左右。这个时期有线电视放大器的输
出电平就根据交调比 CM指标和放大器最大输出电平 Somax来设计的。因此,当时的有线电
视放大器说明书中,都标示出最大输出电平 Somax和交调比 CM指标。
上世纪九十年代中期,各省市纷纷采用卫星传送电视节目,各地有线电视系统的节目套
数很快就超过 20个。从这时开始,有线电视放大器的输出电平就不能再根据交调比 CM指标
和放大器最大输出电平 Somax来设计。因此,目前的有线电视放大器说明书中,很少有标示
出最大输出电平 Somax和交调比 CM指标的。
有线电视系统的节目套数超过 20个以后,放大器的输出电平要根据放大器的“标称输
出电平 Sa”和“标称三次差拍比 CTBa”指标来设计。
“标称三次差拍比 CTBa”,是指系统内频道数满载(一般为 59个)、放大器工作在“标
称输出电平 Sa”时的 CTB指标值。因此,CTBa数值愈大,说明放大器的失真指标愈好。
放大器的“标称输出电平 Sa”的数值一般等于(标称输入电平 72+标称增益 G),所以,
放大器的“标称输出电平 Sa”量值愈大,说明它的增益愈高,并不表示它的质量愈好。这
与放大器最大输出电平 Somax是不同的。
近年厂家的放大器说明书中,一般都标示出“标称输出电平Sa”和“标称三次差拍比CTBa”
的数值,550MHz推挽放大模块放大器的指标参考值如表 -1所示,各厂家说明书标出的
CTBa数值与表中的数值相差一般不应超过±,如果相差 2dB以上(厂家标示值偏高是
比较普遍的,偏高量达 7、8dB都有),就得考虑其准确性问题。
表 -1550MHz进口推挽模块放大器的标称指标参考值
序
号
标称
增益
G
标称
输入电平
Sia(dBμV)
标称
输出电平
Sa(dBμV)
标称
三次差怕比
CTBa(dB)
将输出电平提高
到 104dBμV时的 CTB
指标 CTB104(dB)
1 20 72 92
2 24 72 96
3 26 72 98
4 30 72 102
5 33 72 105
在近年的书刊文章中,经常可以见到混淆放大器“最大输出电平 Somax”和“标称输出
电平 Sa”概念的事例。现针对现实中存在的问题列表 -2强调一下两者的特点和差异。
表 -2放大器的最大输出电平 Somax和标称输出电平 Sa的差异比较
比较的项目 最大输出电平 Somax 标称输出电平 Sa
参数定义
系统中只有一台放大器、2个频道,
当交调比 CM指标等于 48dB时放大
器的最大输出电平
标称输入电平 Sia
加上
标称增益 G
参数特性 放大器的极限参数 放大器的典型运用参数
适用条件 系统中频道数在 10个左右时
系统中频道数在20个以上直
至满载时
放大器输出电平 So计
算公式配套参数
交调比 CM 标称三次差拍比 CTBa
时效性 已经过时的淘汰参数 当前适用的参数
当前放大器说明书
中是否必须标示
可以不再标示,
多数已经不标示
必须标示,
都有标示
量值的大小 早年分立元件和国产模块放大器在
112~120dBμV之间
等于:72dB+增益 G
量值的大小含义
量值愈大说明放大器的失真指标愈
好
量值愈大说明放大器的增益
G愈高
放大器实际输出电
平 So与其相比较
远小于此值 相等或略高、略低于此值
放大器实际输出电
平 So超过它的后果
So不允许超过它、也不可能超过它。
如果超过,放大器可能会产生“爆
发失真”,系统的失真指标急剧劣化。
So超过它而达到 104dBμV
时,其 CTB指标等于 CTB104,
输入电平 Si和 C/N指标都将
相应提高
放大器各种电平曲线的特性[3]
本节试以比较直观易懂的列表与图解相结合的办法来分析有线电视放大器各种电平曲
线的特性。绘制电平曲线时,以频率为横坐标,以电平值为纵坐标。
如图 -2所示,设放大器 A之下安置有两只放大器:A1、A2,其中 A1安放在 A的边
上,间距 L1=0米(用户放大器常见的设置方式);A2安放在与 A相距 200米远处,即
图 -2放大器电平曲线特性分析设置图
间距 L2=200米。又试将 A2(记作 A2')后移延伸 100米,即此时间距 L2'=300米,作
为比较。又设各放大器的性能参数和工作方式全部相同,其标称输出电平 Sa=96dBμV,标
称增益 G=24dB。使用-12物理发泡电缆连接放大器,电缆对低端(50MHz)讯号的百米衰减
值为 2dB,对高端(550MHz)讯号的百米衰减值为 7dB。A之下的过流分支器 WZ120插入损
耗为 2dB,分支损耗为 20dB。以此图为例分析放大器各种工作电平曲线和质量指标。
(1)输出电平斜率为 0dB时的电平曲线
放大器的输出斜率 f=0,即高端输出电平 SoH与低端输出电平 SoL相等,f=SoH-SoL=0。
当放大器的输出电平 So=96dBμV,f=0dB时,图 -2中各放大器及有关电平参数如表 1所
示。
放大器 A的输出电平 So,减去分支器 WZ120的衰减值,再减去电缆的衰减值,就是下
一只放大器的输入口电平 Si 口。因此,A1高低端的输入口电平 Si 口都是 76dBμV(96-20-0);
将 A1的输出电平 So调成 0dB斜率以后,那么它的高低端输入电平 Si都是 72dBμV
(So-G=96-24)。可见,A1的输入口电平 Si 口(76dBμV)比输入电平 Si(72dBμV)要高 4dB
μV,是由输入衰减器(增益调节器)AT衰减吸收,放大器输入衰减量 LAT可由下式求出:
LAT=Si 口 H-SiH=76-72=4(dBμV)(-3)
放大器的输入均衡量 EQ可由下式求出:
EQ=Si 口 L-Si 口 H+f=76-76+0=0(dBμV)(-4)
两式中,Si 口 L表示输入口电平低端值;
Si 口 H表示输入口电平高端值;
SiH表示输入电平高端值。
用以上办法和算式很容易算出放大器 A2的输入口电平 Si 口 L=90dBμV,Si 口 H=80dBμV,
输入衰减量 LAT=8dB,输入均衡量 EQ=10dB;放大器 A2'的输入口电平 Si 口 L=88dBμV,Si 口
H=73dBμV,输入衰减量 LAT=1dB,输入均衡量 EQ=15dB(见表 -3)。
表 -3斜率为 0dB时各放大器有关电平数值表(单位:dBμV)
放
大
器
高
低
端
放大器
A输出
电平 So
WZ120
衰减量
电缆
衰减
量
输入
口电
平 So 口
输出
电平
So
输入
电平
Si
输入
衰减
量 LAT
输入
均衡
量 EQ
低端 96 20 0 76 96 72
A1
高端 96 20 0 76 96 72
4 0
低端 96 2 4 90 96 72
A2
高端 96 2 14 80 96 72
8 10
低端 96 2 6 88 96 72
A2'
高端 96 2 21 73 96 72
1 15
图 -3斜率为 0dB时放大器输入口电平 Si 口、输入电平 Si和输出电平 So曲线图
将放大器 A1、A2和 A2'的输入口电平 Si 口、输入电平 Si和输出电平 So曲线标在直角
坐标系上,即可得出图 -3。
⑵输出电平斜率为 10dB时的电平曲线
当放大器的输出电平为 96dBμV,f=10dB时,即此放大器的高端输出电平 SoH=96dBμ
V,而低端输出电平 SoL=86dBμV。放大器如图 -2布设时各项电平数值如表 -4所示,
曲线图如图 -4所示。
表 -4斜率为 10dB时各放大器有关电平数值表(单位:dBμV)
放
大
器
高
低
端
放大器
A输出
电平 So
WZ120
衰减量
电缆
衰减
量
输入
口电
平 So 口
输出
电平
So
输入
电平
Si
输入
衰减
LAT
输入
均衡
EQ
低端 86 20 0 66 86 62
A1
高端 96 20 0 76 96 72
4 0
低端 86 2 4 80 86 62
A2
高端 96 2 14 80 96 72
8 10
低端 86 2 6 78 86 62
A2'
高端 96 2 21 73 96 72
1 15
图 -4斜率为 10dB时放大器输入口电平 Si 口、输入电平 Si和输出电平 So曲线图
⑶放大器电平曲线特性分析
仔细分析比较前面两表的数据与两图的曲线,可以使我们透彻了解单模块放大器各种电
平曲线的特性,并且从中可以得出几条重要的新概念、新结论:
第一,放大器输入电平 Si曲线与输出电平 So曲线斜率始终相同;在不同的间距设置和
调试状态下始终保持平行状态;其截距为放大器的增益 G。
所以,我们不能根据放大器输入电平 Si曲线与输出电平 So曲线倾斜状况的差异来分析
放大器的工作状态与质量指标的关系。
第二,放大器输入口电平 Si 口曲线会随着放大器的间距改变而发生变化;无论放大器
的输出斜率 f的数值是 0或者是一个比较大的数(也就是说无论它是“平坦输出”、“半倾斜
输出”还是“全倾斜输出”),放大器输入口电平 Si 口曲线都有可能是平坦的、或者是倾斜
的。可见,放大器输入口电平 Si 口曲线的形状与数值没有特定的模式,而且与放大器的输
出斜率 f的大小是不相关的,与输入电平 Si曲线与输出电平 So曲线的形状也是不相关的。
所以,我们不能根据放大器输入口电平 Si 口曲线的倾斜状况来分析放大器的工作状态
与质量指标,在分析放大器的质量指标时可以不必理会输入口电平 Si 口的倾斜特性与数值。
第三,当电缆的型号和长度确定以后,放大器的输入均衡量 EQ仅仅与放大器的间距大
小有关,与放大器输出斜率 f的数值大小无关,也与输入电平 Si曲线与输出电平 So曲线的
形态不相关,因此均衡量 EQ的大小与放大器的质量指标没有直接的关系,不能用它来分析
计算放大器的质量指标。
放大器设置输出斜率后对质量指标的影响[11]
放大器的质量指标与输入口电平 Si 口的高低和斜率 fi 口的大小无关,与放大器内部的
衰减量 AT和均衡量 EQ的大小无关!那么放大器的质量指标究竟与哪些参数有关呢?理论分
析和实际经验证明,放大器的质量指标除了与输出电平 So相关(自然与“So-G”即输入电
平 Si相关)外,还与输出斜率 f有关。放大器由平坦输出改为倾斜输出后,质量指标会发
生重大变化,在系统设计和调试时必须注意!下面就分析、讨论放大器由平坦输出改为倾斜
输出后质量指标的计算方法,先试算两个例题。
例题 1:设某放大器的标称输出电平 Sa=102dBμV时标称 CTB指标 CTBa=63dB,分别试
求输出电平 So为 96dBμV和 102dBμV时的 CTB指标 CTB96和 CTB102。
解:当放大器的输出电平为 So时,当前适用的 CTB指标的简化计算公式是:
CTB=CTBa+2(Sa-So)
分别将 So两个数值代入上式即可得出计算结果:
CTB96=CTBa+2(Sa-So)=63+2(102-96)=75(dB)
CTB102=CTBa+2(Sa-So)=63+2(102-102)=63(dB)
例题 2:又设上述放大器的高、低端输出电平分别为 102dBμV和 96dBμV,即放大器输
出电平 So=102dBμV,斜率 f=6dB,试分析它在这种工作状态时的 CTB指标。
解:根据例题 1的计算结果:
如果这个放大器的高、低端输出电平全是 102dBμV,那么它的 CTB指标 CTB102=63dB;
如果这个放大器的高、低端输出电平全是 96dBμV,那么它的 CTB指标 CTB96=75dB。
现在,仅仅是高端输出电平为 102dBμV,低端输出电平是 96dBμV,因此它的 CTB指标
数值肯定高于 63dB、低于 75dB,即在 63dB至 75dB之间,由于具体的数值没有肯定的把握
选得很精确,只好按照习惯的做法取它们的中间数值,即平均数(63+75)/2=69dB,结果是
这个 CTB指标比放大器 102dBμV平坦输出时的 63dB要高出 6dB,刚好等于斜率 f的数值,
多个例题计算结果相同。因此我们可以近似的认为:放大器设置输出斜率 fdB,那么它的 CTB
指标就提高 fdB。
放大器设置输出斜率后失真指标 CTB的提高量,还可以用以下办法推理得出:因为放大
器输出电平降低 1dBμV,CTB指标提高 2dB。当放大器设置输出斜率为 f(dB)时,那么放
大器的平均输出电平降低值为 f/2(dBμV),此时放大器的 CTB指标提高值为 2×f/2=f(dB),
即放大器的设置输出斜率 f(dB)时 CTB指标的提高量为 f(dB)。
黄吴民先生在他的《有线电视的设计原理》一书中说,“最高频道的电平和最低平道的电
平之差值设为ΔdB,通常称为倾斜量。……,作成倾斜型放大器的结果,根据理论和经验均
可得出,……,复合三次差拍比CTB大约可以提高ΔdB”[A]。可见“放大器设置输出斜率f(dB)
时 CTB指标的提高量为 f(dB)”是近似的数量关系值,有待进一步的理论分析和测量实验
去得出准确的数量关系值。在得出准确的数量关系值之前,我们只好采用前面的近似数量关
系算式(多数有线电视指标算式也是近似值算式或经验值算式),虽然计算结果的精确度很
难说清有多高,但是如果全部计算都采用这个关系式,利用计算结果互相进行质量指标的优
劣比较,应该是可行的,因为毕竟放大器设置输出斜率 f值愈高,CTB指标的提高量也愈高
这一“质”的关系是确定无疑的。
当放大器设置输出斜率f后,放大器低端输出电平降低fdBμV,低端输入电平也降低fdB
μV,其低端 C/N指标降低 fdB。由于有线电视系统 C/N的计算时习惯取系统中 C/N最低处
的数值,因此认为放大器的 C/N指标降低 fdB。所以,放大器设置输出斜率 fdB,C/N指标
就降低 fdB。
所以,放大器设置输出斜率后,放大器质量指标的简化计算公式是:
CTB=CTBa+2(Sa-So)+f
C/N=-f
以上的结论和计算式适用于单模块放大器,将双模块放大器拆分成两个单模块放大器来
分析质量指标时,也就适用以上结论和算式。
可见,设置放大器的输出斜率是一把“双刃剑”,既是提高放大器失真指标的措施,同
时又会带来降低放大器 C/N指标的副作用。
C/N指标是有线电视系统的重要质量指标,对它的要求也很高,既然放大器设置输出斜
率会降低 C/N指标,那么为什么放大器还要设置输出斜率呢?这是因为放大器所需要的失真
指标分配(占用)系数 K值,远大于 C/N指标分配(占用)系数 K值,其中以用户放大器为
最。例题 4中 96dBμV输出是干线放大器常用的输出电平,此时 CTB指标是 75dB,CTB指标
为分配(占用)系数 K值为 ;102dBμV输出是用户放大器常用的输出电平,此时 CTB指
标是 63dB,CTB指标为分配(占用)系数 K值为 。此例题中,用户放大器的 CTB指标需
要(占用)量是干线放大器的 4倍。
一个有二级光缆、三级干放、一级用放的有线电视系统,如果全部放大器的输出斜率都
为 0dB,那么 CTB指标分配(占用)系数 K值总数可能超过 (超用 ),CTB指标只
能达到 ,比设计值 55要低 ;而 C/N指标分配(占用)系数 K值总和不超过
(富余 ),C/N指标值达 45dB以上,要比设计值 44dB高出 1dB以上。一个不足,一个富
余,不足的只好向富余的要点指标。显然,放大器设置输出斜率,就是失真指标向 C/N指标
要点指标分配(占用)系数 K值的有效措施。因此,在保证 C/N指标能够达标的前提下,放
大器要尽可能设置多一点的输出斜率,只有这样做,系统的失真指标才有可能与 C/N指标同
时都达到设计值。
如例题 1两种放大器,在 96dBμV和 102dBμV平坦输出情况下,CTB指标分别为 75dB
(KCTB=)和 63dB(KCTB=);若它们的增益 G分别为 24dB和 30dB、噪声系数为
8dB,在平坦输出时的 C/N指标(C/N)96、(C/N)102为:
(C/N)96=-f=-0=(dB)
(C/N)102=-f=-0=(dB)
查 KC/N表得,KC/N96=,KC/N102=,即仅仅只占用 %的 C/N指标。
如果设置输出斜率 f为 6dB,那么 CTB指标分别增加到 81dB(KCTB=)和 69dB
(KCTB=)。C/N指标各降低 6(dB),指标值为 ,指标占用系数 KC/N分别为
。
就是说,在平坦输出的情况下,两种放大器各占用 %的 C/N指标和分别占用 10%、
%的 CTB指标,两类指标的占用量相差悬殊;设置输出斜率 f为 6dB以后,两种放大器
各占用 %的 C/N指标和分别占用 %、%的 CTB指标,两类指标的占用量差距大为
缩小。
通常,用于驱动光发射机的总前端和分前端的放大器,斜率 f可设置为 2~3dB,通过
分支、分配器以后以基本平坦的信号送进光发射机;干线放大器斜率 f可设置为 4~6dB,
用户放大器和某些双模块放大器斜率 f可设置为 6~10dB;不允许将所有放大器的斜率 f都
设置为 10dB;更不允许为了缩小远程分配时用户高低端电平差而在总前端预先设置大的斜
率。不过,放大器(包括光接收机末级电放大器)设置斜率的数值必须通过设计计算得出,
以免过度劣化系统的 C/N指标。
对放大器质量指标评议时应注意的问题[11]
对放大器质量指标分析评议时应注意:对于失真问题,应以放大器的输出电平来评议;
对于 C/N问题,应以放大器的输入电平来评议。比如说:“放大器的输出电平愈高,失真指
标愈差;输出电平愈低,失真指标愈好”;又如:“放大器的输入电平愈高,则 C/N指标愈
高;输入电平愈低,则 C/N指标愈低”。如果把以上两句话中的“输出电平”和“输入电平”
对调一下,结论就不可靠了。比如,两个同类放大模块放大器的输入电平分别是 72dBμV
和 80dBμV,我们能够肯定判断出后者的 C/N指标高于前者,但不能判断它们的失真指标谁
优、谁劣,必需加上增益算出输出电平才能知道。比如说它们的增益已分别是 33dB和
20dB,那么它们的输出电平分别是 105dBμV和 100dBμV,显然后者的 CTB指标比前者要高
出 10dB!
但是在一些书刊的文章中,常常可以见到“反其道而行之”的事例,在近期举办的技术
培训班中,有学员提出:“以放大器的输出电平来评议放大器的失真指标,那岂不是放大器
的输入电平与失真指标就没有关系了?我们书刊中和在实际工作中发现,放大器的输入电平
过高也会引起(饱和)失真阿!”、“以放大器的输入电平来评议放大器的 C/N指标,那岂不
是放大器的输出电平与 C/N指标就没有关系了?我们在书刊中和实际工作中发现,放大器的
输出电平提高也会使 C/N指标提高啊!”
我们可以用以下方法来分析、解释前面议论中提到的问题。
用放大器的输出电平来分析评议放大器的失真指标的一个结论是:
⑴、“放大器的输出电平 So提高 1dBμV,则 CTB指标就降低 2dB”。
由于“输出电平 So=输入电平 Si+增益 G”,因此前面这句话可改成:
“放大器的(输入电平 Si+增益 G)提高 1dBμV,则 CTB指标就降低 2dB”。
这样又可从中得出两个等效结论⑵、⑶:
⑵、“在输入电平 Si固定不变(或者说相同)的条件下,放大器的增益 G提高 1dB,则
CTB指标就降低 2dB”;
⑶、“在增益 G固定不变(或者说相同)的条件下,放大器的输入电平 Si提高 1dBμV,
则 CTB指标就降低 2dB”。
这就说明,结论⑴、⑵、⑶是等效的,用它们之中任何一个来评议放大器失真指标的时
候,实际上都已经把输出电平、输入电平、增益 G与失真指标的关系全部包含在内了。因此,
前面三个结论都可以单独用来评议失真指标,只不过是如果用输入电平来评议放大器的失真
指标的时候,必须提出一个先决条件:“增益 G固定不变(或者说相同)”,这显然是很不方
便的,如果在评议时没有提及先决条件,可能会造成评议失准。
用放大器的输入电平来评议放大器的 C/N指标的一个结论是:
⑷、“放大器的输入电平 Si提高 1dBμV,则 C/N指标就提高 1dB”。
由于“输出入平 Si=输出电平 So-增益 G”,因此前面这句话可改成:
“放大器的(输出电平 So-增益 G)提高 1dBμV,则 C/N指标就提高 1dB”。
这样又可从中得出两个等效结论⑸、⑹:
⑸、“在输出电平 So固定不变(或者说相同)的条件下,放大器的增益 G降低 1dB,则
C/N指标就提高 1dB”
⑹、“在增益 G固定不变(或者说相同)的条件下,放大器的输出电平 So提高 1dBμV,
则 C/N指标就提高 1dB”。
这就说明,结论⑷、⑸、⑹是等效的,用它们之中任何一个来评议放大器 C/N指标的时
候,实际上都已经把输出电平、输入电平、增益 G与 C/N指标的关系全部包含在内了。因此,
前面三个结论都可以单独用来评议 C/N指标,只不过是用输出电平来评议放大器 C/N指标的
时候,必须提出一个先决条件:“增益 G固定不变(或者说相同)”,这显然是很不方便的,
如果在评议时没有提及先决条件,可能会造成评议失准。
所以,我们在分析评议放大器的失真指标高低的时候,一定要以放大器的输出电平来评
议(如现实中放大器或放大模块的失真指标都是以某一输出电平值时的失真指标量值来表
示);我们在分析评议放大器的 C/N指标高低的时候,一定要以放大器的输入电平来评议。
这样,不管放大器的增益如何,结论都是正确的。在特殊情况下需要改变这种评议方法的时
候,一定要记住并提出“增益 G固定不变(或者说相同)”这个先决条件。正确掌握对放大
器质量指标的评议方法,有利于正确分析、设计放大器的质量指标和调试好放大器的工作状
态。
第四节有线电视放大器的净增益曲线[12]
分析、研究单元网络射频净增益特性,特别是有线电视放大器的净增益特性,是评判放
大器的频响特性、调节特性和探讨解决有线电视系统中段电平凸起(俗称“鼓包”)问题的
有效措施。.
单元网络射频净增益和净增益曲线图
“单元网络射频净增益”,是指将整个有线电视系统划分成若干个单元,某单元射频输
出端口电平值(So 口)减去输入端口电平值(Si 口)所得出的差值,叫做该单元射频净增益
G 净。在直角坐标系中,以横轴表示频道顺序号,以纵轴表示净增益 G 净,所绘制出来的曲
线图就叫做“单元网络射频净增益曲线图”。单元网络的划分根据需要可大可小,例如可以
将一级光链路或几级光链路合起来作为一个单元,也可以将一个放大器、一个分支器或一段
电缆分别划分为一个单元,也可以将整个电缆网络甚至整个系统作为一个单元。因此单元网
络射频净增益数值的高低或正、负,在大多数情况下无需我们去注意,或者甚至是没有什么
实际意义的,我们通常只是研究它的曲线形状来判别该单元是不是产生了中段电平凸起、以
及凸起的程度。方法是这样的:单元网络射频净增益曲线不管它的倾斜程度如何,如果是一
条(近似的)纯直线,那么该单元就没有发生系统中段电平凸起;如果直线的中段向上凸起,
就说明该单元发生系统中段电平凸起;如果直线的中段向下凹陷,就说明该单元发生系统中
段电平向下凹陷。
某些有线电视设备和器件的射频净增益曲线可以用扫频仪等设备测量出来,没有上述设
备时,也可以用捷变频电视信号调制器和场强仪测量计算出来,具体测量方法是,用一台没
有调制视、音频信号(可使场强仪电平读数的十分位保次较长时间稳定)的捷变频电视信号
调制器作为信号源(图 -1),在其信号输出口先接一个可调衰减器,再接一个 2分配器,
2分配器的一个出口接待测单元设备的信号输入口,另一个出口用于测量接待测设备的信号
输入口电平 Si 口(不测量时接 75Ω负载电阻);再用同一台场强仪(可减少测量误差)轮流
测量待测设备的信号输入口电平 Si 口和输出口电平 So 口,记录并算出净增益;测好一个频
道后再换另一个频道。
图 -1用无视、音频信号调制的电视信号测量净增益特性接线图
有线电视电缆的射频净增益曲线图
图 -2是-12物理发泡电缆百米增益曲线图(其它型号电缆的增益曲线图与此相似),
因为电缆会造成电视信号衰减,所以它的射频净增益曲线是负值。从这个图中可以看出,电
缆的增益曲线图是略带微小弧形的近似直线,而且弧形是下陷的,即中段衰减量至比两端略
大,因此正常的电缆只可能造成系统中段电平的微小下陷、不会引起中段电平凸起。
图 -2KYWY-75–12物理发泡电缆百米净增益曲线图
分立元件放大器净增益曲线图
作者测试过网络更新时从系统中拆下后至今存放在仓库中的多台 450MHz分立元件放大
器,发现它们的净增益曲线普遍存在中段凸起现象,即使是标示其频响达到±以内的
分立元件放大器,它只在某一个工作模式时可能基本上达到这个指标;但当它的 ATT(输入
衰减)和 EQ(均衡)旋钮调整、改变工作模式以后,频响曲线可能发生急剧变化,净增益
曲线变形、中段凸起,导致系统中段电平凸起的后果。图 -3是一款 1994年出厂的 450MHz
分立元件放大器的净增益曲线图,当高端净增益在 24dB时,曲线的整体偏差基本上在±
之内,中段 10频道的凸起程度略超 1dB(曲线②);而当高端净增益在 28dB时,10频道的
凸起程度接近 3dB(曲线①);当均衡量达 10dB时,净增益曲线中段凸起很明显,其中 10
频道的凸起程度达 4dB多(曲线③)。其它几台放大器测出曲线中段凸起程度更大。
分立元件放大器净增益曲线中段凸起很明显,与同轴电缆基本平直的衰减特性曲线不相
吻合,因而引起系统中段电平凸起。所以在使用分立元件放大器的时期,系统中段电平凸起
的最主要原因是由于“放大器的均衡特性和电缆的频率衰减特性不能完全吻合”。
图 -3450MHz分立元件放大器在不同工作模式时的净增益曲线图
目前使用的模块放大器射频净增益曲线图
目前使用的放大器通常都是由专用的放大模块来制造,而放大模块的频响指标相当好,
通常在±至±之间;因此用放大模块制造的有线电视放大器的频响指标也会相当好,
通常在±以内,而且在斜率和净增益大幅度变化的各种工作方式时基本不变。
图 -4采用专用放大模块制造的放大器之射频净增益曲线图
图 -4是笔者测量得出的一款用进口放大模块制造的有线电视干线放大器净增益曲
线图,其中曲线①、③、⑤分别是放大器的净增益为 25dB、15dB和 5dB时的曲线,可见它
们都是偏差在±以内的(近似)平坦直线,中间没有凸起;而曲线②、④则分别为衰
减 0dB、固定插片均衡 6dB和衰减 0dB、可调均衡 15dB时的曲线图,可见用放大模块制造的
有线电视放大器一般不会引起系统中段电平凸起。
本品牌放大器内置的均衡器属于“非线性均衡器”,由它均衡后放大器净增益曲线中段
明显下陷,厂家的意图是用于纠正系统电平中段凸起现象。
作者也测量过其他厂家放大器的净增益曲线,结果基本上都是和上述放大器相同。只不
过有些厂家的放大器内置的均衡器属于“线性均衡器”,由它均衡后放大器净增益曲线是一
条倾斜的直线,中段没有下陷现象。
由于用场强仪作以上测量时难以完全排除反射信号叠加的影响,不能得出平滑曲线。
第五节放大器输出电平设计和质量指标核算公式
虽然国内的有线电视发展历史还不长,但是已经经历了“初期”和“近期”两大发展时
期,每个时期又各分两个阶段;在每个时期都有一套当时特定的、规范的放大器输出电平设
计计算公式,而在同一时期的各个发展阶段中,计算公式又略有差别。因此总共产生了两套、
4种放大器输出电平设计计算公式。
由于有不少有线电视工作者没有注意到放大器输出电平计算公式会随着有线电视发展
时代变迁而改进和变换,把自己当初学习有线电视基础理论时掌握的放大器输出电平计算公
式一直运用至今,也有些同仁在学习有线电视技术时采用了过时的书刊,只知道所读书刊介
绍的那一种设计算式,导致各人所用放大器输出电平设计算式各不相同,致使当前书刊文章
中 4种放大器输出电平计算公式常常混杂出现;也有些书刊作者,在同一本书或同一篇文章
中不加区别和说明,将适用于不同阶段的几种算式同时推出来供读者使用,而且也都会得到
一些同仁的肯定。由于以上这些原因,造成了业界“尚无统一规范的放大器输出电平计算公
式”的假象,影响有线电视系统指标的设计和放大器的运用、调试。因此每个读者都应当清
楚当地有线电视是处于哪一个发展阶段、适用哪一套设计计算公式,必须做到算式“专时专
用”。现在就把有线电视的发展时期、阶段和各时期、各阶段的计算公式简单介绍一下。
各阶段放大器输出电平设计和质量指标核算公式[9][10]
国内有线电视发展的初期,没有实施卫星传送电视节目,各地有线电视系统的频道数目
仅仅为 10个左右,因此采用放大器最大输出电平 Somax和交调比 CM指标的有线电视放大器
输出电平第一套设计算式。这个时期又分两个阶段,设计算式又略有不同:
⑴第一阶段——无干线的同轴电缆网络阶段
也是国内有线电视发展过程的第一阶段,是无干线的同轴电缆网络阶段,即共用天线系
统和小型独立前端系统阶段(上世纪八十年代初、中期),那时系统中既没有干线放大器,
更没有光缆,只有 n级用户放大器串联(见图 -1),而且系统中的节目套数 N少于 20套,
因此采用放大器最大输出电平 Somax和交调比 CM指标来计算放大器的输出电平,由于系统
中 100%失真指标都由 n级串联用户放大器占用,因此无需进行“指标分配”,可以直接用下
列公式计算放大器的输出电平 So:
So=(N-1)(-1)
当放大器的输出电平为 So时,失真指标 CM的计算公式是:
CM=48+2(Somax-So)-20lgn-15lg(N-1)(-2)
图 -1无干线同轴电缆网络示意图
必须注意!(-1)式是“无干线的同轴电缆网络阶段”专用的计算公式,运用
(-1)式计算放大器输出电平的先决条件有两个:第一,n级放大器要占用全系统的 100%
的(失真)CM指标;第二,全部放大器要平均占用指标,即每只放大器的输出电平相同、
指标相等,任何一个条件不具备,就不能应用这个计算公式。因此,当系统中有干线放大器
或者有光链路以后,干线放大器或用户放大器都不可能占用全系统 100%的失真指标,就绝
对不能再使用这个计算公式来计算干线放大器或用户放大器的输出电平了!
⑵第二阶段——有干线的同轴电缆网络阶段
国内有线电视发展过程的第二阶段,是有干线的同轴电缆网络阶段,即用电缆干线延伸
图 -2有干线的同轴电缆网络示意图
的大型独立前端系统阶段(上世纪八十年代末期、九十年代初期),这时系统中有 n 干级串
联干线放大器和 n 用级串联用户放大器(见图 -2)。系统设计时就必须首先分别给干线放
大器部份和用户放大器部份分配“指标占用比例”K 干总、K 用总,再用下式算出指标值 CM 干总
和 CM 用总:
CM 干总=CM 设计值-20lgK 干总
CM 用总=CM 设计值-20lgK 用总
然后用下列算式分别计算放大器的输出电平 So 干和 So 用:
So 干=Somax+1/2(48-CM 干总)-10lgn 干(N-1)(-3)
So 用=Somax+1/2(48-CM 用总)-10lgn 用(N-1)(-4)
放大器失真指标的计算公式同(-2)。
现在再回过头来分析计算公式(-3/4)和计算公式(-1)的关系。第一阶段系统中
既没有光缆,也没有干线放大器,仅仅只有 n级用户放大器串联,那么这 n级用户放大器可
占用 100%CM指标份额,即它们的 CM指标分配(占用)系数 K=1,指标值 CM 用总为:
CM 用总=CM 设计值-20lgK 用总=47-20lg1=47(dB)
将上式的计算结果代入(2)式中的第二项,得出的数值为:
1/2(CMm–CM)=1/2(48-47)=(dB)
通常把这 略去不计,那么(-3/4)式中的第二项取消,就变成了算式(-1)。
可见,算式(-1)是算式(-3/4)的特例,是 n级放大器可以占用系统中 100%C/M指
标使才适用的,当系统中有干线放大器或者有光链路以后就不适用了,这一点需要特别注意。
如果在第二阶段仍然采用算式(-1)来分别计算干线放大器和用户放大器的输出电平,
那么干线放大器就占用了系统的 100%指标、用户放大器又占用系统的 100%指标,一个系统
就会有两个 100%指标(后阶段还要加光链路),这是指标重复分配、重复占用,显然是错误
的。
由于放大器最大输出电平 Somax是在系统中只有 2个频道时、当测出放大器的交调比 CM
指标为 48dB(或德国标准的“三音交调比”为 60B)时的最大输出电平值。因此,只有在系
统内的频道数比较接近 2个频道时,如几个至十几个,用(-1)至(-4)式来计算放
大器的输出电平和质量指标才比较准确。超过十几个频道时由于准确性太差就不能再用
(-1)至(-4)式来计算了。所以,现在大部分厂家的有线电视放大器说明书上,不
再标示出放大器的“最大输出电平 Somax”和 CM指标值。
现引用几位专家的话来证明这一点。
黄吴明先生在《有线电视设计原理》一文中说,“从经验上得出,载波交扰调制比(CM)
只适用于 10个频道以下的系统,频道多了就不能正确反映系统的质量,所以有线电视已不
再使用此项指标”,“载波复合交扰调制比 CCM……由于干扰调制的相位不定,很难测准确,
测量的重复性和精确度度比较差,因此目前在设计中采用的很少”,“现在的有线电视系统大
多数采用 CTB和 CSO两项指标来衡量系统的非线性失真”[A]。焦方性先生 1995年在《有线
电视系统的升级改造》一文中指出:“由于标称最大输出电平(Somax)离实际使用的电平
相差太大,即使按实际情况计算修正,误差也太大,且易引起误解,所以现在都不用了”,“现
在一般应以组合三次差拍比(CTB)作为非线性失真的代表”[B]。1996年,作为广播电影电
视部培训中心的培训教材《有线电视技术》中,编著者李鉴增先生指出,“放大器的最大输
出电平由非线性失真指标来确定。其中频道数超过 20个时,主要由复合三次差拍比 CTB来
确定”[C]。
实际上,在系统中有了光链路的条件下是无法采用计算公式(-3/4)来进行系统指
标设计的,因为有两个难以解决的具体问题,第一是无法进行各单元网络的交调比 CM指标
分配,第二是难以得到比较准确的放大器最大输出电平 Somax数值。
采用计算公式(-3/4)进行系统指标设计的第一步,必须算出前端、光链路、干线
放大器和用户放大器的 CM指标占用比例 KCM前、KCM光、KCM干和 KCM用。众所周知,当前的光端
设备只给出光链路的 C/N、CTB和 CSO指标,没有 CM指标,无从确定 KCM光的数值,因此也
就无法分配和确定 KCM前、KCM干和 KCM分的数值。所以系统中一旦有了光链路,设计时只能进
行 C/N、CTB和 CSO的“指标分配”,不能进行 CM指标的“指标分配”,所以也就无法采用计
算公式(-3/4)进行放大器输出电平 So的设计了。
国内外许多厂家的放大器说明书,近年已经不再标示最大输出电平 Somax指标;少数标
示最大输出电平 Somax指标的厂家,通常都把最大输出电平 Somax统统标为早年老数值
120dBμV,这是不准确的数字。因为当前采用的进口推挽放大模块和功率倍增模块放大器的
最大输出电平估计都超过 120dBμV,但具体准确的数据又无法得到。虽然进口放大模块的
原始参数中都有“复合交调比”CCM指标(或称为 XMOD指标),这是系统满载时测出的交调
比指标,要把它换算成 2个频道时的数据,说不清有多大的误差,因此不能作为系统设计参
数值使用。
国内有线电视发展的近期,此时中央和许多省市纷纷用卫星转播电视讯号,各地有线电
视系统的频道数目超过 20个,因此采用放大器标“称输出电平 Sa”和此时的 CTB指标“标
称三次差拍比 CTBa”的有线电视放大器输出电平第二套设计算式。这个时期又分两个阶段,
也即是国内有线电视发展过程的第三阶段和第四阶段,设计算式又略有不同:
⑶第三阶段——采用一级光缆实行大区域网络联网阶段
国内有线电视发展过程的第三阶段,是县市总前端用光缆与乡镇电缆网络联网阶段(上
世纪九十年代中期),系统中有一级光缆和 n 干级干线放大器和 n 用级用户放大器串联(见图
-3)。
图 -3一级光缆联网时期网络示意图
这个阶段采用放大器“标称输出电平 Sa”和此时的“标称三次差拍比 CTBa”指标来设
计计算放大器的输出电平 SO的“系统频道数非满载设计”计算式:
So=Sa+1/2(CTBa-CTB 分配到指标)-10lgn-10lg(N-1/N 满-1)(-5)
当放大器的输出电平为 So时,失真指标 CTB的计算公式是:
CTB=CTBa+2(Sa-So)-20lgn-20lg(N-1/N 满-1)(-6)
上式中的 N 满为系统满载时的频道数,对于 550MHz系统,一般取 N 满=59。
⑷第四阶段——多级光缆联网,光缆到小区或楼幢阶段
国内有线电视发展过程的第四阶段,是多级光缆联网、光缆到小区或楼幢阶段(上世纪
九十年代后期开始,见图 -4)。系统中的频道数进一步加,通常达 30个以上,多功能
图 -4多级光缆联网时期网络示意图
开发已经开始或即将开始,为留好发展裕量和设计裕量,应当采用满载设计方式;由于县市
总前端通常采用总调制度恒定型的高档光发射机,采用这类光发射机以后,无论系统中频道
数是多少,都会保持光链路的失真指标为满载值(如 CTB光=65dB),此时就无法实施真正的
非满载设计。因此当前放大器输出电平的设计必须实行“系统频道数满载设计”,放大器的
输出电平的计算式就是去掉算式(-5/6)的末项,变成为:
So=Sa+1/2(CTBa-CTB 分配到指标)-10lgn(-7)
当放大器的输出电平为 So时,失真指标 CTB的计算公式是:
CTB=CTBa+2(Sa-So)-20lgn(-8)
综合前面的分析可知,有线电视处于那个发展阶段,就必须采用这个阶段的放大器输出
电平计算公式和质量指标核算公式,否则便是不适当的、错误的。当前,全国的大部份地区
属于有线电视发展的“第四阶段”,因此在设计计算放大器输出电平和核算失真指标时应采
用系统满载设计的算式(-7/8)。但在近年书刊的相关文章和一些设计文书中发现,算式
的使用情况相当混乱,采用(-7/8)式计算者为数不是很多,而采用其他算式计算的相
当普遍,甚至采用算式(-1)的情况还常常可以见到,这是很不正常的现象。对于这个
问题,需要引起高度重视。否则,设计计算的结果就会发生错误,或者就留不好系统指标裕
量、降低系统指标的稳定性。
有线电视放大器第三套设计算式[15]
当前适用的算式(-7)虽然是相当科学的,只要原始数据准确,计算出来的数据也
是比较准确可靠的。但是,由于算式(-7)是利用厂家提供的放大器标称输出电平 Sa时
的失真指标 CTBa来进行计算的,由于国内有相当多厂家提供的放大器 CTBa指标值存在失准
问题(指标值偏高六、七个 dB是常见的),因此计算出来的结果就不准确了;另外,光接收
末级电放大器实际上是电缆系统的第一级放大器,必须和电缆系统的普通放大器一样进行输
出电平设计和指标考核,但国内厂家几乎都没有标示其失真指标 CTBa,就无法利用算式
(-7)设计其输出电平和考核其失真指标。再者,传统的有线电视放大器工作状态的设
计方法,是根据放大器需要达到的 C/N指标设计计算出它的输入电平 Si,根据放大器需要
达到的失真指标设计计算出它的输出电平 So。由于当前有线电视放大器都是由专用放大模
块来制造,它的增益在放大器调试过程中是不会改变的,放大器的输入电平 Si随着输出电
平 So的调试变动而同步变动,所以放大器的输入电平 Si和输出电平 So既不应该分别进行
单独的设计,也不可能进行单独的调试;而且放大器通常都没有输入电平 Si的检测口(从
放大器设置的“输入电平测量口”测出来的电平是放大器的“输入口电平 Si口”,不是“输
入电平 Si”!),输入电平 Si是不可测量的,无法对它进行单独调试和检测。因此,传统的
有线电视放大器工作状态的设计方法已经不适合当前运用,必须进行改进。为此,笔者提出
了有线电视放大器输出电平第三套设计算式的方案,提供给同仁讨论和试用。这种设计算式
同时兼顾放大器的 C/N指标和失真指标,最终得出放大器输出电平 So和斜率 f的数值。只
要在现场调试时将放大器的输出电平 So和斜率 f调在设计值上,放大器的 C/N指标和失真
指标都会符合设计要求,放大器的设计和调试都可以不必再考虑输入电平 Si;同时还在设
计时全部采用放大模块的原始参数、和原始参数 CTB指标直接换算出来的指标 CTB104(59
个频道、104dB输出时的 CTB指标值)(表 -1,见附件 1)来进行设计,排除了厂家放大
器自行标示指标失准的影响。
笔者设计的有线电视放大器第三套输出电平设计算式共有 6个计算式。
其中的中间算式有 3个:
放大器的最低输出电平:
So 低=C/N 分配值+G+NF+(dBμV)(-9)
放大器的最高输出电平:
So 高=104+(CTB104-CTB 分配值)/2(dBμV)(-10)
放大器输出斜率最大可取值:
f 最大=2(So 高-So 低)(dB)(-11)
选择算式有一个,放大器实际选用的输出斜率:
f≤f 最大(dB)(-12)
最终算式有一个,最终得出放大器的输出电平:
So=So 高+f/2(dBμV)(-13)
指标余量算式有一个,放大器 C/N指标的设计余量:
C/N 富余=(f 最大-f)/2(dB)(-14)
详细的具体设计举例,将在以后的相关章节里介绍。
第六节有线电视放大器的调试[11][14]
本节先分析推导“从前一级放大器输出电平 So 前起算”的放大器调试参数“完全计算
公式”(A)、(E)和“从输入口电平 So 口起算”的放大器调试参数“简化计算公式”(a)、(e),
以便比较深入、全面地说明放大器调试参数的计算方法、这些参数量值的变化规律和对质量
指标的影响;然后叙述单模块放大器和双模块放大器的具体调试方法。
放大器调试参数完全计算公式
当前,长距离电缆干线通常已由光缆干线所取代,干线放大器通常都是处于用户分配网
络之中,既要分送一部分信号给附近的用户放大器,又要向下一级干线放大器输送信号,因
此干线放大器的输出口可能要设置过流分支器或过流分配器,于是就可能有了它们的插入损
耗或分支、分配损耗 L 分;过流分支器或过流分配器的损耗高端值通常比低端值高 左
右,会使信号电平斜率相应降低,由于其量较小、而且数值基本固定,在下面的讨论中忽略
不计;可调输入均衡器 EQ对全部电视信号的衰减量即插入损耗 LEQ通常为 1dB左右,一般
都在计算放大器的净增益时扣除,因此讨论时可不再考虑;按照惯例,我们在讨论放大器各
项常规电平指标的时候,如果没有特别的说明,通常都是指高端的电平值。
图 -1放大器调试参数分析图
放大器输入衰减量 LAT计算公式
从图 -1可以看出,前级放大器的输出电平 So 前减去输出口分支器的损耗 L 分、再减
去电缆的衰减总量(百米衰减值 L 百米×放大器间距 S 百米)就是下一级放大器的输入口电平 Si
口:
Si 口=So 前-L 分-(L 百米 S 百米)(-1)
输入口电平 Si 口减去可调衰减器的衰减量 LAT就是放大器的输入电平 Si:
Si=Si 口-LAT(-2)
输入电平 Si加上放大器的增益 G就是输出电平 So:
So=Si+G(-3)
将(-1)式代入(-2)式,再将所得结果代入(-3)式,即可得到:
So=So 前-L 分-(L 百米 S 百米)-LAT+G(-4)
上式可变换成:
LAT=So 前-So-L 分-(L 百米 S 百米)+G(A)
算式(A)就是放大器输出电平调试参数输入衰减量 LAT的“完全计算公式”。
放大器输入均衡量 EQ计算公式
前级放大器的输出电平斜率 fo 前减去电缆高低端的衰减差总量(百米衰减差Δ×放大器
间距 S 百米)就是下一级放大器的输入口电平斜率 fi 口:
fi 口=fo 前-(ΔS 百米)(-5)
输入口电平斜率 fi 口加上放大器的均衡量 EQ就是输出电平斜率 fo:
fo=fi 口+EQ(-6)
将(-5)式代入(-6)式,即可得到:
fo=fo 前-(ΔS 百米)+EQ(-7)
上式可变换成:
EQ=fo-fo 前+(ΔS 百米)(E)
算式(E)就是放大器输出斜率调试参数均衡量 EQ的“完全计算公式”,此算式说明,均
衡量 EQ的大小与前后级放大器斜率的差值(fo-fo 前)有关、与电缆对高低端信号百米衰
减差Δ有关、与放大器间距 S有关,因此放大器的均衡量不是恒定值;当电缆确定以后,级
联放大器的输出斜率无论大小如何,只要数值相等(fo-fo 前=0)时,均衡量就与其他任何
参数无关,仅仅与放大器的间距有关,间距愈大、均衡量也愈大。因此我们不能根据放大器
内均衡器的均衡量的大小来分析计算放大器的质量指标。
放大器调试参数完全计算公式的应用和分析
利用算式(A)和算式(E),可以分析计算有关放大器间距设置、输出电平和斜率调试的各
项参数。现试举几个计算的例子供读者参考。
例题 1、在早年的长距离电缆干线中,设前后两级干线放大器的标称净增益 G都是
24dB,输出电平 So 前、So相同,中间没有分支、分配器,计划留调节贮备电平(即输入衰
减器的衰减量)LAT≥4dB,所使用的电缆衰减量 L 百米=,试求两放大器的最大间距 S 百米。
解:先将算式 A变换成放大器间距通用计算公式:
S 百米=(So 前-So-L 分-LAT+G)/L 百米(-8)
再化简上式,由于前后两级干线放大器的输出电平相等,So 前-So=0,两项可消去;两
放大器中间没有分支、分配器,L 分=0,此项也可去掉,最后将算式 A变换,就得出长距离
电缆干线中干线放大器间距计算公式:
S 百米=(G-LAT)/L 百米(-9)
=(24-4)/=(百米)
计算结果放大器的最大间距是 308米,通常取整数为 300米。
例题 2、当前处于用户分配网络之中的电缆干线,由于常常有若干个分支线,因此不能
像长距离干线那样有基本统一长度的间距,设前后两级干线放大器的输出电平相等、输出斜
率 fo 前、fo相等(无论数值大小),所使用电缆的百米衰减差Δ=(高端 -低端 )。
试求两放大器间距 S分别为 100m(短距离分支线)、200m(干线等距三分支时最大长度)、
300m(干线无分支时最大长度)时的均衡量 EQ1、EQ2和 EQ3。;分析各放大器质量指标的差异。
解:先简化算式 E,由于前后两级干线放大器的输出斜率相等,fo-fo 前=0,两项可消
去,最后得出放大器的输出斜率相等时均衡量 EQ的计算公式是:
EQ=ΔS 百米(-10)
将上述各种放大器间距代入(-10)式,即可分别计算出它们的均衡量:
EQ1=ΔS 百米=×=(dB)
EQ2=ΔS 百米=×=(dB)
EQ3=ΔS 百米=×=(dB)
计算结果是,当放大器间距分别是 100m、200m、300m时,均衡量 EQ1、EQ2和 EQ3分别为
、、;由于各放大器的输出电平和斜率都相等,因此他们的质量指标相
等;在调试过程中调出各放大器不同的均衡量,只是补充不同长度电缆高、低端的损耗差值,
不会影响放大器的质量指标。
例题 3、从 1999年起,笔者设计过 100多个村居的电缆分配网络图纸,针对当地没有
明显自然村、民居散布在整个行政区内的特点,首先按照先“倒推法”、后“顺推法”和“葡
萄结果状分配法”落实好各用户放大器的具体位置,以保证所有住户的有线电视信号供应;
然后从光节点开始向各个方向设计若干条电缆干线,为各个用户放大器提供电视信号。图
-2是笔者在村居网络设计中经常碰到的实例,前级干线放大器输出信号先用一只过流分
支器 WZ116(设插入损耗 2dB,分支损耗 16dB),分出一路信号给设在同一棵电杆上的用户
放大器 A 用 1;再设一只过流分支器 WZ210(设插入损耗 4dB,分支损耗 10dB)分成三路,两
个分支路分别接左、右两地的用户放大器 A 用 2、A 用 3,间距分别为 75m(当地农田长度基本
间距)和 150m(农田机耕路基本间距,即前后两排农村居民住房基本间距),这里为了减
图 -2电缆分配网络实例分析
少干线电缆接头和分支器的附加损耗,两条分支线共用一个分支器;主输出口接下一级干线
放大器 A 干,用以继续向下延伸干线信号,要求该放大器的调节贮备电平 LAT≥4dB。各干线
放大器的输出电平都为 96dBμV,斜率 f都为 4dB,标称净增益为 24dB,标称 NF=;各
用户放大器的输出电平都为 104dBμV,斜率 f都为 8dB,标称净增益为 33dB,标称
NF=;电缆的衰减量 L 百米=,高、低端衰减差Δ=。试求:①前后两台干线
放大器的最大间距;②各台放大器的调试参数。
解:①,前后两台干线放大器之间串接两只过流分支器,总插入损耗为 L 分=6dB,将它
和其他参数代入放大器间距通用计算公式(-8):
S 百米=(So 前-So-L 分-LAT+G)/L 百米
=(96-96--+24)/=(百米)
取整数 200米,即前后两台干线放大器的最大间距为 200米。
②.1,用户放大器 A 用 1与前级干线放大器同杆安装,间距 S=0米;WZ116分支损耗 L 分
=16dB,将它们和其他参数分别代入算式 A、算式 E:
LATA用 1=So 前-So-L 分-(L 百米 S 百米)+G
=96-104-16-(×0)+33=9(dB)
EQA用 1=fo-fo 前+(ΔS 百米)
=8-4+(×0)=4(dB)
计算结果用户放大器 A 用 1的调试参数 LAT=9dB、EQ=4dB。
②.2,用户放大器 A 用 2与前级干线放大器之间有过流分支器 WZ116的插入损耗 2dB、
WZ210分支损耗 10dB,总计 L 分=12dB,将它和其他参数分别代入算式 A、算式 E:
LATA用 2=So 前-So-L 分-(L 百米 S 百米)+G
=96-104-12-(×)+33=8(dB)
EQA用 2=fo-fo 前+(ΔS 百米)
=8-4+(×)=(dB)
计算结果用户放大器 A 用 2的调试参数 LAT=8dB、EQ=。
②.3,用户放大器 A 用 3与前级干线放大器之间有过流分支器 WZ116的插入损耗 2dB、
WZ210分支损耗 10dB,总计 L 分=12dB,将它和其他参数代入算式 A、算式 E:
LATA用 3=So 前-So-L 分-(L 百米 S 百米)+G
=96-104-12-(×)+33=(dB)
EQA用 3=fo-fo 前+(ΔS 百米)
=8-4+(×)=(dB)
计算结果用户放大器 A 用 3的调试参数 LAT=、EQ=。
②.4,后级干线放大器 A 干与前级干线放大器之间有过流分支器 WZ116、WZ210的插入
损耗总计 L 分=6dB,将它和其他参数分别代入算式 A、算式 E:
LAT干=So 前-So-L 分-(L 百米 S 百米)+G
=96-96-6-(×)+24=(dB)
EQ干=fo-fo 前+(ΔS 百米)
=4-4+(×)=(dB)
计算结果干线放大器 A 干的调试参数 LAT=、EQ=10dB。
放大器调试参数简化计算公式
根据放大器的输入口电平 Si 口来计算放大器的调试参数 LAT、EQ,可以使调试参数计算
得更加准确,而且在实际调试中往往会用到,因此就有必要继续推导出“从输入口电平 So
口起算”的放大器调试参数“简化计算公式”。
将 节的算式(-1)代入算式(A),即可得到放大器输出电平调试参数输入衰
减量 LAT的“简化计算公式”(a):
LAT=So 口-So+G(a)
将 节的算式(-6)变换一下,即可得到放大器输出斜率调试参数均衡量 EQ的“简
化计算公式”(e):
EQ=fo-fi 口(e)
现利用放大器输出调试参数的“简化计算公式”(a)和(e)来试算几个例题。
例题 1,安置在总前端的电缆干线放大器的增益 G=24dB,要求设计输出电平为 96dBμ
V、斜率 fo=4dB。前端混合器输送到放大器端口的高端电平 Si 口高=78dBμV、低端电平 Si 口
低=77dBμV。试求放大器的调试参数衰减量 LAT和均衡量 EQ。
解:先求输入口电平的斜率 fi 口:
fi 口=Si 口高-Si 口低=78-77=1(dB)
根据算式(A简)和(E简)可得:
LAT=Si 口-So+G=78-96+24=6(dB)
EQ=fo-fi 口=4-1=3(dB)
计算结果得出该放大器调试参数为:衰减量 LAT=6dB,均衡量 EQ=3dB。
某些总前端专用 19英吋机箱放大器没有任何调节器件,那么就要外置 6dB的衰减器和
3dB的均衡器;如果前端放大器是采用插片式衰减器和均衡器的话,那么就可以直接选用衰
减量 LAT=6dB、均衡量 EQ=3dB的插片(如果以上均衡器片有 2dB的插入损耗时,衰减器的衰
减量要相应减少 2dB)。如果放大器是采用可调式衰减器和均衡器的话,那么就需在放大器
的输出(测量)口接上场强仪,分别调可调衰减器和均衡器,使场强仪高、低端电平读数分
别为设计值 So(96dBμV)、So-fo(92dBμV),这时必然是衰减量 LAT=6dB、均衡量 EQ=3dB。
例题 2,光接收机输出的平坦讯号,通过 300m-12物理发泡电缆送到下一级放大器的输
入口的电平 Si 口=75dB,斜率 fi 口=-15dB,下一级干线放大器要求输出电平 So=96dBμV、
输出斜率 fo=4dB,试求该干线放大器调试参数 LAT和 EQ。
解:将数据代入根据算式(a)和(e)可得:
LAT=Si 口-So+G=75-96+24=3(dB)
EQ=fo-fi 口=4-(-15)=19(dB)
计算结果得出该放大器的调试参数为:衰减量 LAT=3dB,均衡量 EQ=19dB。
各种型号放大器内在设置 1~18dB可调衡器的同时,通常还设置有 10dB左右的固定均
衡器(设通、断开关)或固定均衡插片插孔。某些型号的放大器(如 Lonver公司的 LA5300
系列放大器,见)的固定均衡器件的均衡量曲线呈中段凸起状态,使均衡后的放大器输出电
平曲线中段凹下一些,以纠正系统电平曲线中段凸起的现象,所以厂家要求用户一般应首先
使用固定均衡器件,均衡量尚不足部分再用可调均衡器补足。在本例,如果先开通 10dB的
固定均衡器(或用固定均衡插片),那么可调均衡器的均衡量为 9dB。固定均衡插片一般有
1~2dB的插入损耗 LEQ,如果用上它以后,衰减量 LAT要相应减少。
从以上例题分析计算可知,当前光节点以下电缆分配系统中,干线放大器与用户放大器
之间的间距、干线放大器之间的间距参差不齐,从 0米至 300米之间各种数值的长度都可能
会有,因此各放大器在输出电平 So和斜率 fo都相同(即质量指标相同)的情况下,实际的
均衡量 EQ数值差别很大,从 0至 20多 dB之间的各种数值都可能会有,不存在一个固定的
数值,而且均衡量 EQ与放大器的质量指标没有直接的关系,因此不能利用放大器均衡量 EQ
的数值来计算放大器的质量指标。
如果放大器的输入衰减量 LAT=0,说明放大器没有留下“调节贮备电平”,没有调节的余
地,一旦网络电平降低以后,就不可能通过调节放大器的输入衰减量来恢复系统电平,因此
这是不正常的,是电缆网络寿命即将中止的重要特征之一。正常的电缆网络,通常放大器的
实际输入衰减量 LAT在 4dB左右,当放大器间距大时还要更大一些,作为必备的调节贮备电
平。因此,在分析放大器调试方法与质量指标关系时,不能设定放大器的输入衰减量 LAT=0。
单模块放大器的调试
单模块放大器通常都设置可调衰减器、可调均衡器,调试这类放大器时,将场强仪接在
被调试放大器的输出电平测量口,先调输入衰测器 AT,使放大器的高端输出电平等于设计
值 So;再调均衡器 EQ,使低端输出电平值等于 So-f;再重复一次上述调试即可。不需要测
量和计算放大器输入口电平 Si 口和斜率 fi 口的量值,也不需要计算调试参数,因为调试结
果的调试参数,自然会和计算值相同。
如果遇到调试设置固定插片衰减器、固定插片均衡器的放大器(极罕见)时,应先测量
和计算放大器输入口电平 Si口和斜率 fi口的量值,按前一节的方法计算出调试参数衰减量 LAT
和均衡量 EQ的数值,插入相应数值的插片,用场强仪测量校对一下放大器输出电平即可。
对于新安装网络放大器的调试,接下去还要进行调节备电平 LAT测量。方法是,继续调
高放大器的输出电平至最大值,看一看此时输出电平能否再提高 4dB左右或以上。如果能,
说明放大器间距设计正确,调节备电平 LAT已经留足;如果不能继续调高输出电平,或者调
试时连输出电平 So的设计值也达不到,说明放大器间距过大,或干线中插入件的插入损耗
过大(过流分支器、电源插入器等),应对症处理。
由于放大器通常没有设置真正的“输入电平”测量口,因此放大器的输入电平 Si通常
是不可测量的,所以,既不可能直接测量出放大器的输入电平,更不可能直接调试出放大器
的输入电平是 xxdB,在调试时不要试图去测量输入电平,也根本没有必要去测量输入电平。
只要放大器调试时输出电平 So调在用本章介绍的办法设计出来的数值上,放大器的最低输
入电平 Si和 C/N指标值自然会附合设计标准的要求,用不着再去测量它。如果读者一定要
知道放大器的最低输入电平 Si的数值,那么可以用下式计算出来:
放大器输入电平 Si,通常指的是高端的输入电平 Si 高:
Si=Si 高=So-G.
如果要知道放大器低端的输入电平 Si 低:
Si 低=So-G-f
在调试单模块放大器时候,只要 So和 f能调出来、LAT也满足了,那么就没有必要去测
量放大器的输入口电平 Si 口了。因为 Si 口的高端数值超高部份会被输入衰测器 AT全部吸收,
变成调节预备电平 LAT;Si 口的低端数值超高部份除了和高端超高电平一起被 AT吸收之后,
剩下的部分会被均衡器 EQ完全吸收。因此,对于单模块的放大器来说,只要 Si 口的超高数
量值不大于 18dB或 20dB(衰减器最大衰减值、均衡器的最大均衡值),衰减器和均衡器都
能将它们完全吸收掉,不会影响放大器的质量指标。所以,输入口电平 Si 口的数值大小和
曲线的倾斜状况都不会影响放大器的质量指标。
双模块放大器的调试
双模块放大器中有两只串连的放大模块,前级(输入)模块 M1和末级(输出)模块 M2。
在设计工作状态和现场调试时都要分别单独进行。
对于前级模块只要确定一下输入电平Si1就可以了,通常的M1的输入电平Si1可以取70~
72dBμV中的某个数值,输出斜率 f1=0dB(不至于影响 C/N指标)。这样选取,前级模块 M1
的 C/N指标已经很高了,为 ~,指标分配量 K值为 ~,仅占用系
统 ~%的 C/N指标,设有必要再提高输入电平,否则指标分配(占用)量 K值降低
很有限,但放大器前后级间距缩短很显著,要增加前级干线放大器的用量。
对于末级模块 M2,只要根据 CTB指标的要求按本章介绍的单模块放大器最高输出电平
的设计方法设计出 So 高和斜率 f2就可以了,这里不再赘述。双模块放大器的突出优点是,
可以增大末级模块 M2输出的斜率 f2,使放大器的 CTB指标提高得多一些,又不会降低整个
放大器的 C/N指标,因为双模块放大器的 C/N指标基本上是由前级模块 M1决定的。
由于双模块放大器有各种不同的结构形式,因此调试法不尽相同。
(1)、如果双模块放大器的前级模块 M1讯号输出处有电平测量口,那么在这里接上场
强仪,调 M1前的 AT和 EQ(可调或插片),使高、低端输出电平都是设计值输入电平 Si1加上
模块增益 G就可以了。例如:设计 Si1=70dBμV,模块增益 G=18dB,则调高、低端输出电平
都是 88dBμV;然后将场强仪接放大器的输出口,调节 M1和 M2之间的 AT和 EQ(可调或插片),
使输出电平等于设计值 So2、斜率等于设计值 f2就行了。
(2)、通常,现实中使用的双模块放大器,很少在 M1输出口处设 M1输出电平测量口,
就得用以下办法调试 M1。
先测出送到放大器输入端口的放大器输入口电平 Si 口和斜率 fi 口,然后用放大器输出
调试参数的“简化计算公式”(a)和(e)来计算出 M1之前衰减插片的衰减值 LAT1、均衡插
片的均衡值 EQ1;
LAT1=So 口-So1+G1=Si 口-(Si1+G)+G1=Si 口-Si1
EQ1=fo1-fi 口
例如:M1的设计输入电平 Si1=70dB,实测 Si 口=76dBμV,fi 口=-6dB,那么选用的衰减
插片的衰减量 LAT1=76-70=6dB(如果均衡插片的插入损耗 LEQ=2dB,则取 LAT1=4dB),均衡插
片的均衡量 EQ1=0-(-6)=6dB,这样就保证 M1的输入电平为 70dBμV,f1=0dB。末级模块 M2
的调试方法同前。
(3)、有些双模块放大器,如 19英寸机箱的机型,只在面板上设有一只衰减器 AT和均
衡器 EQ,这实际上就是 M1和 M2之间的 AT和 EQ,就是说前级模块 M1既没有调节的地方、又
没有测量的地方。调试这样的双模块放大器,一定要首先将场强仪接在这台双模块放大器的
信号输入口的电缆接头上,调节电缆接头前面的分支器或可调衰减器,使场强仪的电平读数
为 72dBμV左右,斜率 f=0dB,然后将电缆接头接入放大器的信号输入口。再调面板上的衰
减器 AT和均衡器 EQ,使输出电平 So和斜率 f符合设计值。
(4)、也有些前端或分前端使用的 19英寸机箱的双模块放大器(或单模块放大器),没
有任何允许用户调节的地方,这种类型的放大器,只能按照说明书的规定或设计上的要求,
将它的输入端口电平和斜率调成合适的信号(通常为 Si 口≥72dBμV),使它的输出电平调
成等于或略大于 72+标称增益 G,同时使它的斜率符合设计要求。
如果调试双模块放大器时,按照调试单模块放大器的方法去做,不测量放大器的输入端
口电平、不调试前级放大模块,仅仅用调节 M1与 M2之间的 AT和 EQ来使放大器的输出电平 So2
和斜率 f2附合设计值,就可能会出现两种严重后果:当放大器输入口电平 Si 口超低十几个 dB
时,通过减少 M1、M2之间的 LAT量值的方法,放大器仍然可以调出正常的输出电平值,此时,
由于 M1的输入电平过低,可能造成放大器的 C/N指标恶化;当放大器的输入口电平 Si 口超
高十几个 dB时(如双模块放大器直接接在光接收机或前端混合器之下),通过加大 M1、M2
之间 LAT量值的方法,放大器仍然可以调出正常的输出电平值,此时,由于 M1的输入电平过
高,可能造成放大器的失真指标恶化。在实践中不乏两方面的事例。
以上是普通双模块放大器的调试方法,对于具有自动增益控制、自动电平控制和自动斜
率控制(AGC、ALC、ASC)性能的放大器,可参考上述放大器的调试原理和方法,再参照放
大器说明书进行调整。因为各种类型、各厂家生产的自动控制型双模块放大器的调试方法都
可能会有些差别。有些自动控制型的放大器,只需将输入口电平 Si 口按第(3)种或第(4)
方法或说明书提供的方法调准就可以了,其它地方不能作调整或只能作为微量的调整,否则
会影响自动控制特性。
放大器间距简便计算式的推导说明:
放大器间距通用计算式为:
S 百米=(So 前-So-L 分-LAT+G)/L 百米
由于:So 前-L 分=电缆入口电平
因此上式可改为:
S 百米=(电缆入口电平-So+G-LAT)/L 百米
=[电缆入口电平-(So-G+LAT)]/L 百米
=[电缆入口电平-(Si+LAT)]/L 百米
通常作间距设计时,取放大器的输入电平 Si为放大器的“标称输入电平 Sia”(Sia=
72dB)、取调节贮备电平 LAT=4dB。上式最终成为:
S 百米=(电缆入口电平-76)/L 百米(百米)
这是最常用的放大器间距简便计算公式,用此式设计计算的放大器间距,不仅可以保证
放大器的高端输出电平能达到放大器的“标称输出电平”值,而且留有 4dB的调节贮备电平。
以上算式说明,电缆末端高端电平为 76dB的地方就应该设放大器了。
为什么要取调节贮备电平 LAT=4dB呢?因为通常所用干线放大器的增益为 24dB,所补
偿的电缆衰减量损耗也是 24dB,取电缆衰老调节裕量为其 10%计 ;电缆温度升高至 50
°C时比常温 20°C温度升高了 30°C,衰减量增加 (30××24),取温升调节裕量
,两项合计 4dB,所以取 LAT=4dB。虽然用户放大器的增益为 30dB,但是用户放大器
和供应其信号的前一级干线放大器的距离通常都比较短,LAT取 4dB已够。
没有通过指标设计时放大器的调试方法
放大器有三个重要参数:标称输入电平 Sia,标称增益 G和标称输出电平 Sa。
标称输入电平 Sia,对于所有的放大器,Sia都等于 72dB。
标称增益 G,对于干线放大器,通常 G为 24~26dB;用户放大器 G为 30~33dB,具体数值,
说明书有标示。
标称输出电平 Sa=72+G.说明书也有标示。显然增益 G为 24dB的放大器,它的标称输出
电平为 96dB(72+24);增益 G为 30dB的放大器。它的标称输出电平 102dB(72+30)。
由于放大器的标称输出电平(和标称输入电平)是放大器的典型运用参数,因此在没有
经过指标设计的情况下,放大器的输出电平,必须调成与它的标称输出电平相等或略高、略
低 1、2个 dB!显然,采用增益为 24dB的放大器时,输出电平就应该调在 96dB左右;采用
增益为 30dB的放大器时,输出电平就应该调在 102dB左右。要做到这点,就必须设计计算
好放大器的间距,使到达放大器输入端口的高端电平不低于放大器的标称输入电平值 72dB。
如果放大器的输出电平在调到标称输出电平以后,还能够再调高 4dB左右,就说明还留有 4dB
左右的调节贮备电平,今后还有调节余量。
如果放大器的输出电平(指高端值)调不到它的标称输出电平,那么就说明放大器的间
距太大了,必须重新设计调整。在一些地方的长距离电缆线路中,末端放大器的高端电平愈
来愈低,通常都是由于放大器的间距太大造成的。
保证放大器载噪比指标的措施
由于有线电视放大器的载噪比指标的理论计算式是(C/N)单=(算式 -1),
为了保证放大器的载噪比指标,在书刊和网页中关于放大器调试的文章常常可以见到这样的
说法:“把放大器的输入电平控制在 xxdB至 yydB之间”,或者“调放大器的输出电平为
xxdB,又调放大器的输入电平为 yydB”。
实际上这些说法是不妥当,往往很难达到预期的目标,原因有三:
第一,由于放大器的输入电平是不可测量的(从放大器“输入电平测量口”测出的电平
是“输入口电平”!),在调试放大器的时候不可能知道它的数值,因此无法直接去调试和
控制它的数值。
第二,放大器的输出电平和输入电平之间有固定的数量关系(Si=So-G),输出电平调好
以后、输入电平值就已经固定,不可能再去单独调试输入电平值。
第三,当放大器间距太长,到达放大器输入端口电平太低时,输出电平调不到额定值,
那么其输入电平也就太低了,无论怎么去调试都不可能使输入电平符合要求。
因此,要保证放大器的载噪比指标,必须做好三项工作:
第一,必须设计好放大器的间距,保证到达放大器的输入端口的电平 Si 口不低于(“标
称输入电平 Sia”+“调节贮备电平 LAT”),即:做到 Si 口≥76dB。
第二,在没有经过指标设计的情况下,调试放大器的输出电平必须等于或接近于放大器
的“标称输出电平 Sa”,切不可过低。此时放大器的输入电平必然等于或接近于“标称输入
电平 Sia”,放大器的载噪比指标自然会符合要求了。
第三,如果做系统指标设计,设计放大器输出电平的时候,要先根据放大器的载噪比指
标要求计算出放大器的最低输出电平(So 低=C/N 分配值+G+NF+),再根据失真指标要
求计算出放大器的最高输出电平[So 高=104+(CTB104-CTB 分配值)/2],并使 So 高>So 低,
然后在中间选择定出放大器的输出电平 So的设计值。这样,当放大器的输出电平调准在此
设计值时,放大器的载噪比指标和失真指标自然会符合设计要求了。具体设计方法见
节。
可见,保证放大器的载噪比指标,关键性的措施就是两条:设计好放大器的间距保证放
大器的输入口电平 Si 口≥76dB;调放大器的输出电平 So在其标称输出电平 Sa上或附近。
在调试放大器的时候,没有必要刻意去控制放大器的输入电平 Si。由于放大器的输入
电平是不可测量的,实际上要想在调试时去控制也是没有法子啊。
第七节用户放大器工作状态的设计与调试[16]
按照传统的方法进行有线电视用户放大器工作状态设计和调试时,由于受到用户放大器
失真指标分配值的限制,往往只能采用较大幅度范围的输出电平值和输入电平值,这种设计
和调试方法不利于提高放大器的用户分配效率、难以保证其载噪比指标。因此对用户放大器
工作状态设计和应用调试的方法必须进行改进。
用户放大器要采取高输出电平工作方式以提高分配效率
许 多 业 界 同 仁 赞 同 用 户 放 大 器 的 输 出 电 平 可 以 在 100± 5dB范 围 选 取
(http://./catvbbs/
择。大家都知道,用户放大器的输出电平每提高 4dB,捎带用户的理论数量就可以提高 1倍,
用户放大器输出电平 103dB时所带的用户的理论数量就是 95dB时的 4倍(图 -1)!所
以大家都巴不得用户放大器能有一个高的输出电平!
为什么大家会赞同用户放大器的输出电平要在高低很大的范围里选取,而不是定在一个
比较高的数值上?
有线电视网兴建初期,网络中只有用户放大器,那时,无论电缆网络有多长,用户放大
器都得一级一级地串联下去。用户放大器的串联级数 n多了,其输出电平必然要降低,这很
容易从当时的放大器输出电平计算公式中可以看出来:
So=Somax-10lgn-(N-1)………………..(1)
那个时候,各条电缆线路中用户放大器的实际输出电平的确是设计、调试在 95dB至
105dB之间的某一个数值。虽然时过境迁,那种放大器的设置、设计和调试的观念已经过时,
但是利用近期适用的放大器输出电平计算公式计算得出的结果,在某些地方也有可能是那么
宽的电平范围。因为电缆分配部分失真指标和载噪比指标的指标占用系数,是全系统的指标
占用系数减去前端和各级光链路以后的剩余值,网络规模愈大光缆级数愈多,电缆分配网络
的指标占用系数愈少,而电缆分配网络里往往还有若干级延伸干线放大器要占用指标,因此
各地区、各条线路用户分配放大器的失真指标和载噪比指标的指标占用系数相差很大,即指
标(分配)值相差很大,其中尤其是决定放大器最高输出电平的失真指标 CTB差距更大。
近期适用的、传统的放大器输出电平设计算式和 CTB指标值计算式是:
So=Sa+(1/2)(CTBa-CTB 分配值)………………..(2)
CTB 指标值=CTBa+2(Sa-So)….………………..(3)
图 -1用户放大器不同输出电平时分配效率比较
为了便于和下面提到的算式比较,将其变换成改进型的算式则是:
So=104+(1/2)(CTB104-CTB 分配值)…………….….(4)
CTB 指标值=CTB104+2(104-So)....………………..(5)
从算式(2)至(5)中可以看出,用户放大器 CTB指标的分配值决定用户放大器的输出电
平值,CTB指标的分配值差距大,设计出来的输出电平差距也大;要使用户放大器的 CTB指
标值符合设计要求值,只有通过改变放大器的输出电平 So才能达到!最终就造成了用户放
大器的输出电平设计选取范围高低相差很大的结果。在没有进行用户放大器指标设计的地方,
则反映在某些地方用户放大器的输出电平较高时,图像(失真)质量能达标;而另外一些地
方要达到这样的图像质量,用户放大器的输出电平要低得很多才行。
如何缩小用户放大器输出电平设计容许选择范围,将用户放大器的输出电平固定在较高
数值上?我们可以从近年提出的当前放大器输出电平和质量指标适用计算式的改进型计算
式中找找办法:
So=104+(1/2)(CTB104-CTB 分配值)+f/2..……….…..(6)
CTB 指标值=CTB104+2(104-So)+f...………………....(7)
从算式(6)、(7)中可以看出,用户放大器的输出电平,不仅由它的 CTB指标分配值来
决定,同时也由放大器的输出斜率 f来决定;要调整用户放大器的实际 CTB指标值,既可以
通过改变放大器的输出电平 So来实现,又可以通过改变放大器的输出斜率 f来实现。
另外,从算式(7)中可以看出,对于干线放大器和光接收机末级电放大器,同样也可
以用设置适当的输出斜率来提高它们的 CTB指标,降低 CTB指标的占用系数,就有可能腾出
一些 CTB指标占用系数转让给用户放大器,为用户放大器固定在高输出电平的设计方法提供
一点便利。
这样,我们就找到将用户放大器的输出电平固定在较高数值的方法。
当前各地采用的用户分配放大器的“标称输出电平 Sa”通常是 102dB,在做网络指标设
计的时候,可以先将用户放大器输出电平定于其标称输出电平值 102dB(或略高 1、2个 dB),
然后再通过改变放大器的输出斜率的方法来调整和改善它的失真指标,使之这符合用户放大
器的容许值。然后核算出用户放大器的质量指标和指标占用系数,算出电缆网络剩余指标占
用系数,分配给干线放大器和光接收机末级放大器,并设计它们的工作状态,详见本章编写
依据论文[8]《系统指标占用系数分析法应用和推广的体会》。
虽然设置斜率以后会降低载噪比指标,但是由于用户放大器输出电平高,失真指标占用
系数大份额大,失真指标常常会达不到设计要求;而载噪比指标占用系数与低电平输出的放
大器相同,占用量小,通常都有富裕,通常容许设置斜率。
在通常只要一级光缆就可到达用户分配区域的县市城区,失真指标也相当宽松,因此设
计用户放大器输出电平的时候,不做调整处理,可以直接将用户放大器的输出电平设定在它
的“标称输出电平”值 102dB(或略高 1、2个 dB)。
采用高增益的放大器作为用户放大器
用户放大器的高输出电平,不能以提高放大器输入电平的方法取得,而是要以采用高增
益放大器的方法取得。采用高增益的放大器作为用户放大器,可以使其输入电平保持在合适
的低电平上,以提高前级干线放大器的负载能力、增加放大器的间距。
现在,放大器增益种类很多,要获得不同输出的电平,可以采用不同增益的放大器,用
户放大器要高的输出电平,就得采用高增益的单模块放大器或者双模块放大器。单个放大模
块最大增益通常是 34dB,如常用的 BGY588、BGE788、BGY888等,做成的放大器的“标称增
益 G”通常为 30dB,550MHZ的 BGY588有些厂家可以做出 33dB净增益的放大器。因此这些
放大器的“标称输出电平 Sa”就达到 102至 105dB,放大器的“标称输入电平 Sia”都是
72dB。就是说,用户放大器要获得 102dB左右的输出电平,其输入电平只要 72dB左右就足
够了,加上“调节贮备电平 LAT”4dB,那么到达放大器输入端口的电平“输入口电平 Si 口”
为 76dB左右就够了。
一些书刊和网页文章中,通常都将用户放大器的输入电平设定在一个相当宽的范围里,
甚至达到 80±5dB。显然这种做法已经“过时了”,没有必要了;实际上即使在以前,这种做
法也是不妥当的,因为这样的设置方法,不说别的问题,就是提供信号的干线放大器的效率
和放大器的间距设置就很成问题!比如说,上级干线放大器的输出电平是 96dB,下级放大
器的输入电平如果是 85dB,此时:
放大器的间距=(96-85)/电缆百米衰减值(百米)
显然,采用常规电缆时,前级干线放大器仅仅只给下面一台用户放大器供应信号时,放
大器的间距也仅仅只能是 100多米!
现在应当采用不同增益的放大器来获得不同的放大器输出电平的办法,就是采用的放大
器的“标称输出电平 Sa”与实际需要的“放大器的输出电平 So”相同或相近,那么放大器
的输入电平就与放大器的“标称输入电平 Sia”相等或相近,就是与 72dB相等或相近。这
样,在设计放大器的间距时,可以利用下面的算式:
放大器的间距=(干线电缆入口电平-Sia-LAT)/电缆百米衰减值(百米)
取调节贮备电平 LAT为 4dB时,即:
放大器的间距=(干线电缆入口电平-76)/电缆百米衰减值(百米)
如果一台干线放大器要给多台用户放大器提供信号,各台用户放大器到干线放大器的距
离不相等,那么送入各条电缆的入口电平可按下式计算:
某条电缆入口电平=(到该用户放大器的距离百米数/电缆百米衰减值)+76(dB)
在前级干线放大器输出口设置合适的分支器、分配器,使分送各用户放大器信号的电缆
的入口电平符合上式计算出的数值即可。
用户放大器要设置比较大的输出斜率
用户放大器由于输出电平 So高,它的失真指标低,失真指标的占用份额大。比如 550MHz
的用户放大器在输出电平=102dB、输出斜率 f=0dB时的 CTB指标可用算式(7)计算出来:
CTB=CTB104+2(104-So)+f=+2(104-102)+0=
其指标占用系数 KCTB用=,也就是占用全系统 %的 CTB指标!如果设置输出斜率
f=6dB,那么 CTB指标就提高 6dB,达到 ,其指标占用系数 KCTB用=,也就是仅
仅占用全系统 %的 CTB指标,CTB指标的占用量降低为 0斜率时的一半!系统失真指标
改善就会很显著。
可见,用户放大器设置比较大的斜率,可以使其失真指标得到较大的提高,这是使用户
放大器在失真指标占用系数较少的情况下仍然可以实现高电平输出的关键性措施。
另外,用户放大器设置输出斜率还可以减少远程用户分配时高低端的电平差。
因此,用户放大器通常设置输出斜率 f为 6至 10dB,在居民住宅大楼近距离分配时取
其低值,农村远距离用户分配时可取高值。
当然,设置放大器输出斜率会降低放大器的载噪比指标,由于放大器的输入电平等于或
接近“标称输入电平”时 C/N指标还相当高,在整个系统中仅仅只有用户放大器设置大的斜
率,通常是容许的,详见表 -1。
表 -1550MHz放大器各种工作方式的质量指标
项目 标称 标称 设计 设 输出 CTB指标 C/N指标
所用放大模
*注:嘉兴长江公司生产的 550MHz放大器中,干线放大器标称增益有 24dB和 26dB两种;用户放大器有
标称增益 30dB和 33dB两种。
当用户放大器负担用户数量较少时,输出电平不能降低
当用户放大器实际担负的有线电视用户数较少,送给用户分配总线电缆的入口电平远低
于用户放大器的输出电平时,用户放大器不能降低电平运用,仍然应该调在原定数值上,可
以在放大器端口设置适当的分支器或分配器,为各条用户分配总线电缆提供合适的入口电平,
再在分支器或分配器的空置端口接上 75欧代负载电阻,图 2是某用户放大器仅仅担负两条
94dB入口电平用户分配主线电缆时的配接示意。这样做可以使网络中全部用户放大器
图 2用户放大器负担用户数量较少时代负荷电阻接法
的输出电平保持一致,便于调试;另外用户放大器的输出电平不降低,它的载噪比指标也不
类型 输出
电平
Sa
净增
益
G
输出
电平
So
计
编
号
斜率
f
(dB)
数值
(dB)
占用
系数
KCTB
数值
(dB)
占用
系数
KC/N
块型号增益
G和噪声系数
NF
(dB)
1 0
干线放
大器 1
92
dB
20
dB
92
dB 2 4
BGY587
G=22
NF=
3 0 干线放
大器 2
96
dB
24
dB
96
dB 4 4
5 0 干线放
大器 3
98
dB
26*
dB
98
dB 6 4
BGY587B
G=27
NF=
7 0
8 4
用户放
大器 1
102
dB
30
dB
102
dB
9 6
10 0
11 6
用户放
大器 2
105
dB
33*
dB
105
dB
12 8
BGY588
G=34
NF=
会劣化。因为:
C/N=-f...………………..(8)
显然对于同一台放大器来说,它的输出电平降低了,载噪比 C/N指标必然随之降低。
下面试算一下 550MHz的用户放大器输出电平 So分别为 95dB和 102dB、输出斜率 f=6dB
时的 C/N指标:
So=102dB时:
C/N=-f=-6=
KC/N=,即占用全系统 %的 C/N指标。
So=95dB时:
C/N=-f=-6=
KC/N=,即 95dB低电平输出时,一级用户放大器就占用了全系统 55%的 C/N指标,占用
量太大,系统的 C/N指标必然会受到明显的劣化。
可见,从 C/N指标的角度分析,用户放大器的输出电平也不宜在大范围里选取,不能让
“标称输出电平”较高的用户放大器在低电平下运用。
用户放大器不允许多级串联设置
在当前多级光缆串联的大系统中,留给电缆分配部分的失真指标占用系数小;而用户放
大器的输出电平 So高,它的失真指标低,失真指标的占用份额大。因此通常不容许用户放
大器多级串联,只能在末端需要用户分配的地方设置一级用户分配放大器,尤其在多级光缆
网之下的农村地区!
有些农村的有线电视网络中,不分干线放大器和用户放大器,系统里只有一种标称输出
电平为 102dB的放大器,既作干线放大器、又作用户放大器;有些地方作干线放大器时调输
出电平为 96dB左右,作用户放大器时调输出电平为 102dB左右;也有些地方在用途上不分
干线放大器和用户放大器,放大器的输出信号分出一部分用于用户分配,另一部分输给下级
放大器,电缆网络的起端调各级放大器的输出电平为 102dB左右,由于放大器间距过大的原
因(无法调高)、或者由于失真指标劣化严重的原因(不容许调高),以后各级放大器的输出
电平逐级降低,到末端的输出电平甚至只能调到 90多 dB。根据前面的分析可知,这些做法
都会造成质量指标劣化,是不妥当的。
光工作站下面需要用放大器延伸分配用户时得采用低增益的放大器
光工作站通常配置 4路高电平输出的双模块放大器,其标称输出电平比普通用户放大器
要高 4dB左右。因此,采用光工作站分配用户信号的地方,就相当于在系统中设置了一级用
户放大器!由于用户放大器不能串联设置,所以光工作站下面需要继续用放大器延伸用户分
配信号,那就得采用低增益、低标称输出电平的放大起来承担,通常可以采用和干线放大器
标称输出电平相近的放大器。这种做法,相当于干线放大器和用户放大器交换位置使用。
第八节有线电视传输系统设计新算式的汇总和说明
笔者在《中国有线电视》、《有线电视技术》和浙江省广电学会会刊《视听纵横》(技
术版)上发表的一系列关于有线电视基础理论更新发展方面的论文中,提出了一系列新的有
线电视质量指标计算式和器件工作状态设计算式,现把这些算式汇总在一起,将其和原来的
传统算式进行比较,说明改进算式的理由,供读者参考。为了方便读者引用这些新算式,特
提供它们的最初出处。
、有线电视放大器载噪比 C/N计算式
①单台放大器(C/N)单
(C/N)单=So-G-NF-f-(dB)
式中:So为放大器的输出电平,G为放大器的增益,NF为噪声系数,f为放大器的输出斜率。
②多台相同放大器级联总载噪比(C/N)总
先按单台放大器(C/N)单指标计算式算出各台放大器的 C/N指标值,查“KC/N表”(见
附表 1)得出单台放电器的 C/N指标占用系数 KC/N单,再用乘法算出 n台放大器总的 C/N占
用系数 KC/N总:
KC/N总=n﹡KC/N单
然后查“KC/N表”得出 n台放电器的 C/N指标(C/N)总。
③多台不同放大器级联总载噪比(C/N)总
先按单台放大器(C/N)单指标计算式算出各台放大器的载噪比指标值,查“KC/N表”得
出各台放电器的 C/N指标占用系数 KC/N单 1、KC/N单 2、KC/N单 3、……、KC/N单 n,再用加法算出
n台放大器总的 C/N占用系数 KC/N总:
KC/N总=KC/N单 1+KC/N单 2+KC/N单 3+……+KC/N单 n
然后查“KC/N表”得出 n台放电器的 C/N指标(C/N)总。
说明:
①改进算法的理由:
第一,传统的放大器 C/N指标计算式是:
(C/N)单=Si-NF-
由于算式中的放大器输入电平 Si的数值,不能通过测量直接得到!所以这个算式仅仅
是理论分析算式,不能直接用于计算放大器的 C/N指标值!必须通过算式 Si=So-G用放大
器的输出电平 So换算出 Si的具体数值才能计算。因此必须改进这个 C/N指标计算式!
我们平时用场强仪在放大器“输入电平测量口”测出的电平叫做“输入口电平 Si 口”,
不是放大器的“输入电平 Si”,因此不能用来计算放大器的 C/N指标值。
第二,放大器设置输出斜率 fdB,它的 C/N指标就降低 fdB,这点必须计算进去。
第三,避免使用对数和指数幂计算式。
②新算式的最初出处:
1、林挺逵.有线电视放大器各种工作方式的电平曲线和质量指标.《中国有线电视》2002年
19期 P19
2、林挺逵.系统指标占用系数分析法应用和推广的体会[J].中国有线电视.2005年 3/4期
P246
、复合三次差拍 CTB计算式
①单台放大器 CTB 单
CTB 单=CTB104+2(104-So)+f
式中:CTB104为放大器在 59个频道 104dBμV输出时的 CTB指标值(因为绝大部分放大
模块原始参数标示的测试条件是输出电平为 44dBmV,即 104dBμV),是根据放大模块原始
参数推算出来的(附件 3),So为放大器的实际输出电平,f为放大器的输出斜率。
②多台相同放大器级联后 CTB总指标值 CTB 总
先按单台放大器 CTB 单指标计算式算出各台放大器的 CTB指标值,查“KCTB表”(见附
表 2)得出单台放电器的 CTB指标占用系数 KCTB单,再用乘法算出 n台放大器总的 CTB占用
系数 KCTB总:
KCTB总=n﹡KCTB单
然后查“KCTB表”得出 n台放电器的 CTB总指标 CTB 总。
③多台不同放大器级联后 CTB总指标值 CTB 总
先按单台放大器 CTB 单指标计算式算出各台放大器的 CTB指标值,查“KCTB表”得出各
台放电器的 CTB指标占用系数 KCTB单 1、KCTB单 2、KCTB单 3、……、KCTB单 n,再用加法算出 n台
放大器总的 CTB占用系数 KCTB总:
KCTB总=KCTB单 1+KCTB单 2+KCTB单 3+……+KCTB单 n
然后查“KCTB表”得出 n台放电器的 CTB指标 CTB 总。
说明:
①改进算法的理由:
第一,传统的 CTB指标计算公式,通常采用厂家在放大器说明书中标示的 CTB指标值来
计算,而厂家标示的 CTB指标值常存在失准(偏高)或不标示的情况,会导致计算失准或无
法计算的问题,因此改用放大模块原始参数换算出来的 CTB104来计算。
第二,放大器设置输出斜率 fdB,它的 CTB指标就提高 fdB,这点必须计算进去。
第三,避免使用对数和指数幂计算式。
第四,目前应当实行系统指标“满载设计”,不宜再搞“非满载设计”,因此删除常规
算式末项“+20lg[(N 满载-1)/(N 实际-1)]”。当某些村村通工程中的确需要实行“非满载设
计”时,可以根据 20lg[(N 满载-1)/(N 实际-1)]算出 CTB指标的提高量,相应降低设计要求指
标值就可以了,不必改变设计算式,以简化设计运算。
②新算式的最初出处:
1、林挺逵.双模块放大器质量指标核算方法浅议.《有线电视技术》2005年 1期 P77
2、林挺逵.系统指标占用系数分析法应用和推广的体会[J].中国有线电视.2005年 3/4期
、关于交扰调制比 CM指标计算式
交调比 CM指标(和放大器的最大输出电平 Somax)只在系统频道数 10个左右(20个以
下)、系统中没有光链路时才用得到的设计参数。因此现在都不用它了,这里不作介绍。详
见本章编写依据论文[13]《有线电视放大器的最大输出电平和标称输出电平》。
、复合二次差拍 CSO设计算式
①单台放大器 CSO 单
CSO 单=CSO104+2(104-So)+f/2
其他和前面复合三次差拍 CTB计算式基本相同,而且不常用,这里从略。
、放大器再大可串联级数计算式
系统的总指标 1,减去前端占用的指标 K 前,再减去 1级光缆链路所占用的指标 K 光 1,
2级光缆链路所占用的指标 K 光 2,……,再减去末级用户放大器所占用的指标 K 用,剩下的
就是电缆干线可占用的系统指标总量 K 干总,将其除以单只干线放大器系统指标占用量 K 干单,
就得出了干线放大器可串联级数 n。所以,干线放大器可串联级数 n 的计算公式是:
n=(1-K 前-K 光 1-K 光 2-……-K 用)/K 干单……(1)
目前有线电视的节目套数通常超过 20套,在系统设计时,通常只要满足载噪比 C/N和三
次差拍比 CTB两项指标就可以,为此需将上式变成下述两个式子:
n1=(1-KC/N前-KC/N光 1-KC/N光 2-……-KC/N用)/KC/N干单……(2)
n2=(1-KCTB前-KCTB光 1-KCTB光 2-……-KCTB用)/KCTB干单……(3)
n1为满足载噪比指标要求时最大可串联级数,n2为满足三次差拍比要求时最大可串联
级数。实际可选定的最大可串联级数 n 必须同时满足上述两项要求,因此就有:
n1≥n≤n2…………(4)
说明:
①改进算法的理由:
传统的计算式很复杂、难懂,很难用于实际计算,因此也很少有人去应用。
②新算式的最初出处:
林挺逵.有线电视干线放大器最大可串联级数的设计计算.《中国有线电视》2000年11期P20
、放大器输出电平设计算式
有线电视放大器第三套输出电平设计算式共有 6个计算式。
其中的中间算式有 3个:
放大器的最低输出电平:So 低=C/N 分配值+G+NF+(dBμV)
放大器的最高输出电平:So 高=104+(1/2)(CTB104-CTB 分配值)(dBμV)
放大器输出斜率最大可取值:f 最大=2(So 高-So 低)(dB)
选择算式有一个:
放大器实际选用的输出斜率:f≤f 最大(dB)
最终算式有一个:
最终得出放大器的输出电平:So=So 高+f/2(dBμV)
指标余量算式有一个:
放大器 C/N指标的设计余量:C/N 富余=(1/2)(f 最大-f)(dB)
说明:
①改进算法的理由:
第一,传统的放大器工作状态设计算式,是根据放大器的 C/N指标设计它的输入电平
Si,又根据它的失真指标设计它的输出电平 So。由于单模块放大器的输出电平 So和输入电
平 Si由算式“Si=So-G”“捆成”一个整体,不可能分别进行单独的调试,而且放大器的输
入电平通常是无法直接测量的,因此这样设计出来的数据很难在实际中调试,必须改进。
第二,传统的放大器输出电平设计算式通常采用厂家提供的 CTB指标值来计算,而厂家
提供的 CTB指标值常存在失准(偏高)或不标示的情况,因此笔者改用放大模块原始参数换
算出来的 CTB104来计算。
第三,放大器设置输出斜率 fdB,它的 CTB指标就提高 fdB,C/N指标降低 fdB,这点必
须计算进去。而传统的放大器工作状态的设计算式没有考虑这一点。
第四,避免使用对数和指数幂计算式。
②光接收机的输出电平和斜率必须和放大器一样设计,可用这套算式设计。
③新算式的最初出处:
林挺逵.有线电视放大器第三套输出电平设计算式.《中国有线电视》2008年 1期 P24
、放大器调试参数计算式
①放大器输入衰减器的衰减量 LAT计算式:
LAT=So 前-So-L 分-(L 百米 S 百米)+G(dB)
②放大器输入均衡器的均衡量 EQ计算式:
EQ=fo-fo 前+(ΔS 百米)(百米)
当前后级放大器输出斜率相同时:
EQ=ΔS 百米(dB)
③放大器间距通用计算式:
S 百米=(So 前-So-L 分-LAT+G)/L 百米(百米)
④长距离电缆干线(没有分支线路时)中干线放大器间距计算式:(百米)
S 百米=(G-LAT)/L 百米(百米)
⑤放大器间距简便计算式:
S 百米=(电缆入口电平-76)/L 百米(百米)
式中:
So 前为前级放大器的输出电平,L 分为输出口分支器的损耗、L 百米为电缆百米衰减值,
S 百米为放大器间距(百米),Si 口为下一级放大器的输入口电平,Δ为百米电缆高、低
端电平衰减差,So为下一级放大器的输出电平,LAT为放大器输入衰减器的衰减量、也叫调
节贮备电平。所有没有特别注明的电平值,均按惯例为高端电平值。详见下图。
用衰减插片和均衡插片调试放大器时,也可以用调试参数简化计算式来计算衰减插片的
衰减量 LAT和均衡插片的均衡量 EQ,这样计算出来的调试参数更加准确。此时,首先要测量
出到达所调放大器输入端口信号的高端电平值“Si 口”、低端电平值“Si 低”,并计算出到达
放大器输入端口信号的斜率“fi 口”,“fi 口=Si 口-Si 低”。然后用调试参数简化计算式计算
出衰减插片的衰减量 LAT和均衡插片的均衡量 EQ。
放大器调试参数输入衰减量 LAT的简化计算式:
LAT=Si 口-So+G(dB)
放大器调试参数均衡量 EQ的简化计算式:
EQ=fo-fi口(dB)
算式中 So为放大器要达到的输出电平,fo为放大器要达到的输出斜率。
说明:
①改进算法的理由:
传统有线电视基础理论中,基本上没有明确的此类计算公式。
②新算式的最初出处:
1、林挺逵、周岩.有线电视放大器调试参数和质量指标的计算.中国有线电视.2007年 2期
P138
2、林挺逵.从前级起算的放大器调试参数计算式的推导和分析.中国有线电视.2007年 9/10
期 P871
、光发射机输入电平的确定
①说明书标示光发射机的输入电平为一个固定数的值时。
生产厂家说明书标示的光发射机输入电平是一个固定的数值,如:59个频道 75dB(77
个频道 72dB)、或者 59频道 85dB(77个频道 82dB),通常是没有 AGC控制或者没有光调制
度自动恒定功能的普通型光发射机,说明书通常还同时还标明非满载时光发射机输入电平的
提高量为:20lg(满载频道数/实际频道数)。
由于现在都必须按照满载设计网络,因此这类机可以直接输入厂家标示的电平数值。
②说明书标示光发射机的输入电平为一个范围时。
光发射机厂家在说明书上标示的输入电平为一个范围,绝大多数是具有“AGC”功能或
光调制度自动恒定功能的光发射机(一般在说明书中会注明这些功能),输入电平可以在它
的标示范围内选取,一般取中间值,通常无需考虑系统的实际频道数。
少数品牌是属于配置单模块射频激励放大器(低档次的光机)、没有“AGC”功能或光调
制度自动恒定功能的光发射机。实际上它所标输入电平范围不是所有机台都可随意采用的电
平范围,而是所有各台光发射机适用输入电平的分布范围,需要逐台确定它们的输入电平值,
只能先从最低电平值试起,逐步提高输入电平,凭光接收机的输出电平(达到合适时,或和
使用光调制度自动恒定功能光发射机相同时)和经验选定合适的输入电平。
说明:
①说明:
现在都必须按照满载设计网络,因此光发射机的输入电平可以直接输入厂家标示的满载
时的数值,不可按系统实际频道数来计算,特别是采用了“光调制度恒定型”光发射机时。
②出处:
林挺逵.各类光发射机调试方法和光链路质量指标核算《中国有线电视》2005年 19/20期
P1908
、数字系统或模数混传系统各器件工作电平的确定
由于当前有线电视系统各器件工作状态的设计算式和设计原始参数,都是模拟电视的数
据,因此必须先按照模拟电视满载条件设计各器件的工作电平、调试各器件的工作电平,然
后根据系统中模拟电视和数字电视频道总数的多少,将混合进总前端的数字频道的信号电平
降低 0~10dB。当数字电视频道数(节目套数)在 80~180套之间时,模、数电平差可在 6~10dB
之间选取。
为什么要这样做?下面引用笔者在论坛发表的帖子(跟帖)来解释这种做法理由:
这个问题得从系统的失真指标来考虑,具体要考虑两个方面:一个是激光器的总调制度
和频道数目及失真指标的关系问题,二是系统的频道数和放大器的失真指标的关系问题。
系统的频道数增加以后,激光器的总调制度随之增加,失真指标会恶化,因此输入光发
射机的频道数增加以后就得降低光发射机的输入电平,这有专门的设计计算公式。按系统频
道数设计光发射机的输入电平时,其算式大致可用下式表示:
光发射机的输入电平=系统满载时输入电平+10lg(满载频道数/实际频道数)
显然,当实际频道数多于满载频道数时,光发射机的输入电平要降低。
同样,系统的频道数增加以后放大器失真指标会随之恶化,放大器的输出电平也必须得
相应降低,这也有专门的设计计算公式。按频道数设计放大器的输出电平时,其算式大致可
用下式来表示:
放大器的输出电平=系统满载时输出电平+10lg(满载频道数/实际频道数)
显然,当实际频道数多于满载频道数时,放大器的输出电平要降低。
原来的模拟电视系统里加进数字电视以后,在好长的时间里原来模拟电视的频道数没有
明显减少,因此加进数字电视以后就相当于系统里增加了频道数目,中国有线电视技术论坛
里对数字电视的电平与模拟电视节目套数换算问题进行过讨论,有这么一个换算式子:
当计算数字频道功率负载与模拟频道相当时可用下面的公式:
当数字比模拟低 10dB时:
模拟频道数目(NAnalogue)=数字频道数目(NDigital)
当数字比模拟低 6dB时:
模拟频道数目(NAnalogue)=数字频道数目(NDigital)
例:一个网络设计有 50个模拟和 30个 DVB-C频道,数字比模拟低 10dB。
那么,N=50+×30≈60,即可按相当于 60个模拟频道负载来计算。
如果数字电视和模拟电视信号电平相等,折算出来的频道数目比上两个算式计算值更大,
系统的总频道数目增加数量很大,可能超过系统满载频道数的几倍,系统失真指标必然严重
恶化。面对这种情况,有两种可以解决问题的措施:
第一种措施是,模拟电视和数字电视电平相同,根据系统里模拟电视频道数、加上数字
电视折算出来的频道数,得出的系统总频道数,计算出因频道数增加需要降低的电平数值,
把原来按照传统设计算式设计计算出来的光发射机输入电平、放大器输出电平统统降低,显
然到达有线电视用户的入户电平随之相应降低,其结果会使大批有线电视用户看不好模拟电
视。
第二种措施是,仅仅降低数字电视信号电平、减少折算后的频道数,使折算后的摸、数
电视的总频道数仍然在系统满载频道数附近(略超一点,失真指标劣化不很显著,肉眼不大
看得出),那么光发射机的输入电平、放大器的输出电平都可以按照原来设计值调试,模拟
电视信号的入户电平就可以照旧,不至于影响用户看模拟电视。
由于机顶盒接收数字电视信号的电平值,比电视机接收模拟电视信号的电平值低得多,
也为摸、数信号共传时降低数字信号电平提供了可能性。因此我们普遍采用第二种措施,把
数字电视信号电平降低到比模拟电视低 6至 10dB。
关闭模拟电视以后,系统的频道数大大减少了,光发射机的输入电平、放大器的输出电
平就可以因为系统频道数的减少而相应增加!这个时候系统里留下数字电视,当然是增加数
字电视信号的电平了。
另外,在模、数信号混传时,要照顾到模拟电视对失真指标 CTB的要求是 54dB,所以
混传时系统电平的设计必须按 CTB=54dB来设计;而单纯数字电视时,对失真指标 CTB的要
求只有 44dB,所以系统电平的设计可以按 CTB=44dB来设计,电平就可以进一步提高啊(CTB
指标要求降低 10dB,放大器输出电平可以提高 5dB)。所以即使数字信号的峰值功率比平均
功率高,也可以将它的电平提高到原来模拟电视的水平。因此,单纯数字电视时,数字信号
电平往往可能恢复到原先模拟电视的水平,无需再降低一些。当然从留有将来发展裕量方面
考虑,还是以稍低一些为宜。
模、数电平差应在总前端模数信号混合时定下来,此后在光发射机、接收机和放大器中
不能再改变。因此系统电平调试时,只需将模拟信号电平按设计值调准确,数字信号电平会
自然符合要求。
数字信号的电平必须用数字场强仪(分析仪)才能测出来。
笔者所发本帖子(跟帖)出处:《为什么数字比模拟信号低 6~10dB?》
http://./catvbbs/
第九节有线电视放大器的故障分析和程序化修理方法[17]
笔者退休返聘在台州市广电局路桥广电分局技术网络部工作的 3年多时间里,从事网络
图纸设计和设备维修工作,期间利用程序化修理法修理好 1500多台有线电视放大器,现将
故障情况和程序化修理法介绍给读者参考。
有线电视放大器故障分析
先将有记录的 413例放大器故障列入表 -1中。
第 1~5号故障明显是雷击造成的直接损害,是由于使用了毫无雷击保护的供电器、或
供电器虽有雷击保护但外壳未妥善接地,雷电经电力线路侵入供电器后再沿电缆进入放大器
引起的,使用者经常是将雷击损坏的供电器和连在其下面的好几台放大器一并送修,检修时
即可见到这些故障。钢绞线碰 220V电源线后会出现相似的现象,如果钢绞线和放大器的接
地情况不好,故障情况还可能会更严重一些。
第 6号故障是放大器电源变压器初级短路,笔者认为发生这种故障大致有四种可能的原
因:第一是雷击损坏和钢绞线碰 220V电源线损坏,在系统防雷、接地未做好时发生最多;
第二是变压器存在自身的质量缺陷而导致损坏;第三是电压选择档位插片搞错,实际高电压
而插在低电压档位;第四是使用非稳压式供电器深夜高电压时变压器过电流发热造成短路。
笔者做过试验,一台放大器输入标准的 60~65V 交流电源,长期使用没有问题,而将变压器
电压选择开关改插到 50V档(相当于输入电压提高 20%,即电源电压从 220V提升到 260V),
经过 2个小时使用变压器即发热造成初级短路损坏。
因此,笔者认为,要保护放大器,供电器的选择和正确使用是关键性问题。一定要选用
防雷措施好的稳压型供电器,并且外壳要妥善接地,使雷击电流入地不至于沿电缆侵入放大
器。另外,放大器内变压器初级电压选择开关 SK1档位要选准确。
第 7号故障是变压器初级保险丝断而无其他故障,笔者认为最大可能也是雷电的高电压
瞬时冲击造成的。
第 8号故障为某厂生产的放大器曾有一个时期在变压器次级设置 保险丝(前期无
此保险丝,近期已改用自恢复型保险丝,均无烧断故障),常因雷击或电源浪涌电压烧断,
因次级变换和感应出的瞬时高压,经整流后向 C6 充电(见图 -1),由于此时的电压比原
来电压高许多,瞬时充电电流过大而烧断保险丝。
第 9号故障稳压集成块 7824损坏和第 11号故障稳压前滤波电容损坏,多数是由于电源
变压器初级短路、造成次级电压大幅度升高,次级通路又没有保险丝是造成。但次级通路设
置普通保险丝时容易误断,引起 8号故障,近来设置自恢复保险丝可以有效解决这个问题。
第 10号故障稳压集成块 7824引脚脱焊,发生比例还较高,这是个不应有的故障,原因
是焊接质量问题,有可能是零件贮存期过长,表面有了氧化层,出厂时实际上是假焊,放大
器工作时稳压集成块 7824的温度比较高,加速引脚氧化导致故障出现。
表 -1有线电视放大器故障大致分类表
编
号
故障名称
统计
例数
百分比例 说明
1
60V电源通路印刷电路铜箔
雷击过电流烧断、挥发
48
2 雷击造成线路板烧坏报废 3 <
3 信号出入口避雷放电管雷击短路 18
4 60V电源通路中
高频旁路电容器 C1~C6击穿短路
8
5 60V电源通路中
压敏电阻 MY121击穿短路燃烧冒烟
12 不(必)设置
就无此故障
6 电源变压器初级短路 80
7
电源变压器初级保险丝
()断,但无其他故障
12
8
(某品牌放大器、某时期设有)电源
变压器次级保险丝()断,无其
他故障。
42
以后改为自恢复
保险丝后,无此
故障。
9 稳压集成块 7824损坏或不良 25
10 稳压集成块 7824引脚脱焊 6
11 稳压前滤波电容器损坏 11
12 稳压后滤波电容器损坏 4 <
13 放大器内部进水铜箔霉断 30 未稳压直流通路
14 放大模块损坏或品质劣化 42
15
印刷线路板铜箔细微裂缝
造成信号时断时续
3 <
16
元件虚焊、脱焊、贴片元件开裂
造成信号时断时续
6
17 可调衰减器、均衡器接触不良 3 <
18 信号通路接插件接触不良 3 <
19 输入、输出测试口测量不准 9
20 输入口、输出口接头外螺纹氧化绝缘 3 <
21 其他 45
单纯进水、输入、
输出接线柱断等
合计 413
第 13号故障是个别品牌放大器的特例,该品牌放大器的气压平衡通气孔设在放大器的
侧面,而不是底部,一旦放大器进水就出不来,使电路板下部浸水,铜箔腐蚀开路。
第 14号故障是放大模块损坏或品质劣化,多数现象是高端或低端的电平下跌几个 dB、
同时出现失真,极少数是短路过电流,或者放大器失效没有信号输出。放大模块故障多数是
自然损坏;即使发生钢绞线碰电源线时,如果钢绞线和放大器接地良好,也只是碰线时间过
长、或者避雷放电管损坏失效才可能造成放大模块损坏;即使放大器明显遭受雷击造成某种
故障,此是放大模块损坏的几率也极小,这是由于放大器内有避雷放电管有效保护的缘故
有线电视放大器程序化修理程序
笔者根据有线电视放大器常见故障的查找手续和修理方法,设计出总共有 14道工序的
程序化修理程序,按照这套程序修理放大器,可以简化故障分析和寻找,少走回头路,从而
迅速查出放大器常见的各种故障进行对症修理,能够达到事半功倍的效果。
表 -2有线电视放大器程序化修理程序
工
序
检测前
处理
使用仪器
及档位
测量点 正常值 故障值 故障名称及检修方法
1 拔掉 K1~K3
及 SK1插件
万用表
R×1
J1-K1a
J2-K2a
J3-K3a
0Ω ∞
2 同上 同上
K1b-K2b
-K3b
0Ω ∞
因雷击过电流使测点之
间印刷电路铜箔烧断。
加导线补焊之
3 同上 同上
SK1a-机壳
14-17Ω
<14Ω
或∞
变压器初级短路或
开路。更换
4 同上 同上
FU1、FU2
两端
0Ω ∞ 保险丝断。更换
5 同上
万用表
R×1K
J1、J2、J3
对机壳
∞
<∞或
0Ω
C1、FD1或 C2、FD2或
C3、FD3漏电或短路。
更换
6 同上 同上
K1b或 K2b
或 K3b
∞
远小于
正常值
高频旁路电容器 C4或
C5或 C6漏电或短路,
更换
7
接 J1、J2、J3
外接电路,合
K1、K3、SK1a
万用表
直流 50V
T11对机壳 27-33V 远小于
正常值
C7失效或漏电、D1-D4
失效。更换
8 同上 同上 T12对机壳 24±1V
不等于
正常值
稳压集成块 7824坏。
更换
9 同上 同上 T13对机壳 同上
远小于
正常值
T12至 T13之间铜箔断、
电感开路。纠正之。
10
同上又将斜率
插片换直通型
监视器
场强仪
J3电平 约等于
80+G
远小于
正常值
先将 AT、EQ向右旋
到底继续下道检测
11 同上 同上
分别检测
T1-T6对
机壳电平
大于
75dB
远小于
正常值
正常点与不正常点之
间元件损坏或脱焊。
更换或重焊
12 同上 同上 T7对机壳
约等于 远小于
放大模块损坏。更换
80+G 正常值
13 同上 同上
T8、T9、T10
对机壳
约等于
T7电平
不等于
正常值
同 11
14 同上 同上
输入、输出
电平测量口
校验测量口电平值
在工作台左侧,用一台插入 60V电源的放大器将电视信号放大,其主路输出不通交流电、
输出口接代负荷电阻,并使分支路通交流电、分支输出口输出电平高低端均为 80dB左右,
准备从 J1接入待修放大器。
监视器前设可调衰减器和固定衰减器(图中未画出)准备从分支输出口 J2接入待修放
大器。
场强仪准备从主输出口 J3接入待修放大器。
以上三组外接电路,均在第 7道检修工序开始接入待修放大器。
打开放大器,平放在工作台中间,讯号输入口朝向左侧,开始第一道、接着进行第二道
捡修工序,以查清 60V交流电源通路的铜箔有否被雷击电流烧断。若烧断,要松开印刷线路
板上的全部固定螺丝(包括固定放大模块的两枚螺丝),将线路板底面向上,在铜箔烧毁处
加铜导线补焊之。
第三道工序查清电源变压器初级线圈有否短路或开路,如有则更换之。
第四道工序查保险丝有否烧断。
第五、六道工序查避雷放电管 FD1~FD3及高频旁路电容器 C1~C6有否漏电或短路。这
两只电容器如果损坏,必须用耐压 2KV的电容器换上。
第一至第五道工序检测出故障以后不能当即就修理,一定要待第六道工序完成以后一并
进行修理,以免印刷线路板多次反复拆装。因为遭雷击损坏的放大器,可能造成多处元器件
损坏,在第一至第六道工序中都有可能检测出来。
图 -1放大器修理图
第七、八、九三道工序中检查直流电源电路故障,一般发生故障的机率不大。
做第七道检修工序时如果发现电压明显偏低,有可能是放大模块损坏造成过电流引起的。
有些放大器设有“电流测试口”,可从此处测出放大模块所消耗的直流电流,通常普通放大
模块的正常电流值为 ;如果放大器没有“电流测试口”,也可换上好的模块试一下即
可判定。
第十道工序调放大器的输出电平,先将固定斜率衰减插片临时换成直通插片,调待修放
大器之可调衰器和可调均衡器,使输出最大,高低端电平都能达到 80+G(dB)左右,对于 30dB
以上增益的用户放大器要将电平回调至 110dB左右,再仔细观察监视器,若图像质量与无故
障放大器相当,修理即告完工,绝大部故障放大器都是如此。
有少数故障放大器的输出电平调不到正常值,即需进行第十一至十三道检修工序。这几
道工序的检修方法,就是用场强仪直接测量 T1~T10各测试点,F头中心针直接接触测点,
F头外壳或环形抱箍接触接地(外壳)之元器件,如放大器和可调衰减器、均衡器外壳,放
大模块散热铜块,这样测出的电平虽比实际值稍低一些,但作为判断故障是可用的。
通常前一个测量点电平正常而后一个测量点电平偏低,故障就发生在这两个测量点之间
的元器件(在图 1中设有画出或没有全部画出测量点之间的元器件)脱焊或损坏,要再仔细
测量查找,或用元件代换法修理。
几个故障问题的专题分析、讨论
(1)从以上故障统计和维修实践中可以看出,有线电视放大器的绝大部份故障,是由
于供电器选用、防雷措施、系统接地和防水措施没有到位引起的。正确选用防雷好的稳压型
供电器并加强防雷和接地措施以及防水措施,可以使有线电视放大器的故障发生率降至极低
的水平,本书的相关章节已经做过成功经验介绍。
(2)由于放大器内部已经有了避雷放电管的有效保护,某种品牌的放大器在 60V电源
通路中再增加设置 MY121压敏电阻实际上是没有必要的。虽然压敏电阻的响应速度(10-8S
级)比避雷放电管(10-6S级)要快二个数量级,但是它的结电容比较大、且有少量的漏电
流(数十μA),不能像避雷放电管(极间电容≤3~5pf,无漏电流)那样直接接在信号输入、
输出接线柱上,只能接在电感线圈后面的 60V电源通路上(图 -1中 C1至 C6位置),由
于电感线圈的感抗和延时作用,这个响应速度快的优点就发挥不出来,或者说它只能对 60V
电源系统增加一点过电压保护,但不能再提高射频电路的雷击保护效果;加上在放大器 60V
电源通路中没有保险丝,一旦压敏电阻短路就会通过大电流引起发热冒烟燃烧,造成烧坏电
路板及周围零件等更大的故障,可能导致放大器完全报废。而避雷放电管即使过电流也极少
发生短路问题,更不会燃烧,而且它用于放大器的防雷效果已经是相当好了。
(3)R型 60V电源变压器容易损坏的原因分析。
表 1中故障率最高的是 60V电源变压器初级短路,但不是所有的品牌的放大器都有那么
高的故障率,只有某一种品牌放大器的电源变压器特别容易损坏,而且损坏的现象都是初级
线圈短路、其线圈的漆包线和外包的绝缘纸却没有一点发热焦化的痕迹。令人奇怪的是,该
品牌 R型 220V电源变压器是同一个变压器厂生产,即使漆包线和外包的绝缘纸焦化很严重
了,也极少发生初级线圈短路的问题!当前使用的聚酯漆包线的耐压大于 2000V/1分钟,
在 60V变压器里不可能有击穿漆包线绝缘的过电压,那么究竟是什么原因造成初级线圈短路
呢?通过变压器解剖发现,该型变压器初级抽头特多,抽头引线与其后继续绕上去的漆包线
成 90度交叉,交叉点的面积很小、压强相对大一些,如果交叉点的绝缘纸没有垫好,变压
器发热时内部温度高于外部,向外膨胀力大,使交叉点压强增大,压破受热软化的绝缘漆膜
造成短路。由于 220V电源变压器初级没有抽头,就不存在这个问题。可见,60V电源变压
器初级短路故障频发的原因,与变压器生产厂家的制造工艺有很大的关系,做好抽头引线的
绝缘处理(垫好绝缘纸),这个故障就可大大减少。
(4)某款光接收机放大模块易损坏原因分析。
笔者在有线电视设备维修工作中发现,放大器和光接收机内部由于有避雷放电管的有效
保护,即使网络遭受感应雷击、使放大器或光接收机受到损坏而发生故障,但此时其中放大
模块损坏的几率极小。不过有一款光接收机例外,它不仅故障率特高,而且百分之五十左右
故障机中的放大模块损坏!其余多数是光接收组件损坏!为什么这款光接收机会有如此大
的问题呢?下面就是通过分析其电原理简图 -2来探讨其原因。
图 -2避雷放电管接法不当图示
通常,放大器和光接收机中避雷放电管的设置方法,都与图 -1中的 FD1、FD2、FD3
一样,将其直接接在信号输入、输出接线柱 J1、J2、J3上,使通过接线柱进入放大器的雷击
瞬时高压得到及时的泄放平抑,有效保护放大模块等电子元器件免遭雷击瞬时高压的损害。
而故障易发、放大模块易坏那种款光接收机,其避雷放电管的设置方法与以上有显著不同,
它是 3个信号出、入接线柱共用一个避雷放电管,显然避雷放电管就不能直接接在射频信号
输出接线柱 J1、J3上,中间分别有一个电感线圈隔离。由于电感线圈的感抗和延时作用,
避雷放电管放电之前,雷击瞬时高压的前锋就有可能已经对放大模块等电子元器件造成过电
压损害,导致损坏。
一次雷击放电的时间是很短促的,较长的只有几百毫秒,短的只有几十微秒,而雷电流
从开始到最大幅值的“波头”时间通常只有几十微秒。放大器和光接收机常用的避雷放电管
的脉冲延时时间为≤8μs/150V至≤2μs/1000V,因此可以在雷击幅值电流到达之前释放雷
击电流,保护电子元器件免遭雷击损害。显然,在避雷放电管前面设置电感线圈,只要放电
延时时间增加十几个微秒、几十个微秒,避雷放电管就不能在雷击幅值电流到达之前释放雷
击电流,失去防雷保护作用,导致放大模块等电子元器件的损坏。
因此,我们在选购光端机和放大器等网络器件的时候,要十分注意其中的防雷设置方法,
看其是否有效,是否有弊端。器件故障多发,既影响用户收看,又增加维修劳务,放大模块
损坏了厂家也不可能给予免费修理,经济的损失也不可小视。
附件 1:本章参考文献
[A]黄吴明.有线电视设计原理[M].陕西:科学技术出版社,2001年
[B]焦方性.有线电视系统的升级改造[J].有线电视,1995年 2期 P14~18
[C]李鉴增.有线电视技术[M].北京:广播电影电视部培训中心,1996年
附件 2:编写本章内容的依据论文:
本章的第一节《有线电视基础知识》,摘录自笔者在有线电视技术培训班上的讲稿,其
他各节主要依据下列论文编写:
[1]林挺逵.系统指标占用系数分析法在有线电视网络上的应用.《中国有线电视》1999年 4
期 P9
[2]林挺逵.有线电视放大器性能参数的图解分析.《中国有线电视》2001年 20期 P16
[3]林挺逵.有线电视放大器各种工作方式的电平曲线和质量指标.《中国有线电视》2002年
19期 P19
[4]林挺逵.有线电视放大器的输入电平和输入口电平.《中国有线电视》2002年 21期 P15
[5]林挺逵.有线电视放大器最高输出电平设计和失真指标核算新方法.《中国有线电视》
2003年 5期 P18
[6]林挺逵.有线电视基础理论和基本实践的几个问题.《中国有线电视》2003年 9/10期 P46
[7]林挺逵.双模块放大器质量指标核算方法浅议.《有线电视技术》2005年 1期 P77
[8]林挺逵.系统指标占用系数分析法应用和推广的体会[J].《中国有线电视》2005年 3/4
期 P246
[9]林挺逵.重视有线电视基础理论知识的更新与发展[J].中国有线电视.2005年 24期 P2387
[10]林挺逵.关于有线电视基础理论更新与发展的几个问题.《中国有线电视》2006年 21期
P2058
[11]林挺逵、周岩.有线电视放大器调试参数和质量指标的计算.《中国有线电视》2007年 2
期 P138
[12]林挺逵、周岩.有线电视系统中段电平凸起原因探讨.《视听纵横》(技术版)2007年 1
期 P74;《中国有线电视》2007年 13期 P1247
[13]林挺逵.有线电视放大器的最大输出电平和标称输出电平.《中国有线电视》2007年 14
期 P1333
[14]林挺逵.从前级起算的放大器调试参数计算式的推导和分析.《中国有线电视》2007年
9/10期 P871
[15]林挺逵.有线电视放大器第三套输出电平设计算式.《中国有线电视》2008年 1期 P24
[16]应良根、林挺逵.有线电视用户放大器工作状态设计和调试的几点经验.《中国有线电视》
2009年 1期 P25
[17]林挺逵.有线电视放大器 95例故障分析和程序化修理方法.《中国有线电视》2004年 6
期 P88、《视听纵横》(技术版)2004年 1期 P84
[18]林挺逵.有线电视传输系统设计新算式汇编.《中国有线电视》2010年 3期 P246
附件 3:常用放大模块参数
表 -1常用 PHILIPS放大模块参数表
失真指标参数
放大模块原始数据
换算成 59频道
104μV输出后型
号
频率
范围
MHz
标称
增益
dB
最大
噪声
系数
dB
输出
电平
dBmV
工作
频道
数目
CTB
dB
CSO
dB
CTB104
dB
CSO104
dB
BGY66B 5-120 48 14 66 回传
BGY269 5-200 50 28 58 56 回传
BGY67 5-200 50 22 67 回传
BGY67A 5-200 50 22 67 回传
BGY584 40-550 44 77 56
BGY585 40-550 44 77 59
BGY585A 40-550 44 77 59 59
BGY586 40-550 44 77 53
BGY587 40-550 44 77 57 54
BGY587B 40-550 44 77 57 57
BGY588 40-550 44 77 57
BGY588N 40-550 44 77 57 62
BGY588/04 40-550 44 77
BGD502 40-550 44 77 65
BGD504 40-550 44 77 64
BGY685A 40-600 44 85 55 56
BGY685AD 40-600 44 85 62 60
BGY687 40-600 44 85 54 52
BGD504 40-550 44 77 64
BGY685A 40-600 44 85 55 56
BGD504 40-550 44 77 64
BGY685A 40-600 44 85 55 56
BGY685AD 40-600 44 85 62 60
BGY687 40-600 44 85 54 52
续表 -1常用 PHILIPS放大模块参数表
失真指标参数
放大模块原始数据
换算成 59频道
104μV输出后型
号
频率
范围
MHz
标称
增益
dB
最大
噪声
系数
dB
输出
电平
dBmV
工作
频道
数目
CTB
dB
CSO
dB
CTB104
dB
CSO104
dB
BGD504 40-550 44 77 64
BGY685A 40-600 44 85 55 56
BGY685AD 40-600 44 85 62 60
BGY687 40-600 44 85 54 52
BGY785A 40-750 44 110 53 53
BGY785AD 40-750 44 110 58 58
BGY787 40-750 44 110 53 53
BGE787B 40-750 44 110 50 56
BGE788 40-750 44 110 49 52
BGD702 40-750 44 110 58 58
BGD702D 40-750 44 110 62 62
BGD702N 40-750 44 110 58 58
BGD712 40-750 44 112 62 63
BGD704 40-750 44 110 57 56
BGD714 40-750 44 112 61 62
BGY883 40-860 44 49 61 61
BGY885AD 40-860 44 110 58 58
BGY885A 40-860 44 49 61 61
BGY885B 40-860 44 49 60 60
BGY887 40-860 44 49 62 61
BGY887B 40-860 44 49 60 60
BGY888 40-860 44 49 60 55
BGD802 40-860 44 129 54 56
BGD802N 40-860 44 129 54 56
BGD812 40-860 44 132 58 60
BGD902 40-860 44 129 58 58
BGD902L 40-860 44 129 56 59
BGD902ML 40-860 44 129 58 58
BGD804 40-860 44 129 53 54
BGD804N 40-860 44 129 53 54
BGD814 40-860 44 132 59
BGD904 40-860 44 129 58
BGD904L 40-860 44 129 55 59
BGD906 40-860 44 129 57 54
BGD906ML 40-860 44 129 57 54
CGY887 40-860 44 129 55 55
CGY887A 40-860 40 129 62 57
CGY887B 40-860 44 132 57 60
CGD914 40-860 44 132 50
CGD914L 40-860 44 132 50
CGD923 40-860 48 132 56 54
说明:PHILIPS公司模块型号字母含义:B—硅材料,C—砷化镓材料;Y—推挽型,
D—功率倍增型;E—经济型;O—光器件;R—回传接收器件。
续表 -1NEC公司 50-870MHz砷化镓放大模块主要参数表
失真指标参数
放大模块原始数据
测试条件
59频道平坦
104μV输出
型号
材
料
工作
类型
标称
增益
dB
最大
噪声
系数
dB 输出 斜 工作
CTB
dB
CSO
dB CTB10 CSO10
电平
dBmV
率
f
频道
数目
4
dB
4
dB
MC7852G 砷 推挽 44 0 110 55 55
MC7831 砷 推挽 44 0 110 57 57
MC7832 砷 推挽 44 0 110 57 57
MC7833 砷 推挽 44 0 110 57 57
MC7845 砷 倍增 50 10 110 60 63
MC7846 砷 倍增 50 10 110 60 63
MC7847 砷 倍增 50 10 110 60 63
MC7881 砷 倍增 52 10 110 60 63
MC7882 砷 倍增 52 10 110 60 63
MC7883 砷 倍增 52 10 110 60 63
MC7884 砷 倍增 52 10 110 60 63
注:原始资料来自.其中“最大噪声系数”数值由网友 louis补充
续表 -1常用 MOTOROLA放大模块参数
失真指标参数
放大模块原始数据
换算成 59频道
104μV输出后
型号 材
料
工作
类型
工作
频率
范围
MHz
标称
增益
dB
最大
噪声
系数
dB
输出
电平
dBmV
工作
频道
数目
CTB
dB
CSO
dB
CTB104
dB
CSO104
dB
MHW6185 硅 倍增 40-550 44 77 63
MHW6185B 硅 倍增 40-550 44 77 65
MHW6205B 硅 倍增 40-550 44 77 64
MHW6225B 硅 倍增 40-550 44 77 62
MHW6141 硅 推挽 40-550 44 77 56
MHW6142 硅 推挽 40-550 44 77 59
MHW6171 硅 推挽 40-550 44 77 56
MHW6172 硅 推挽 40-550 44 77 59
MHW6181 硅 推挽 40-550 44 77 56
MHW6182 硅 推挽 40-550 44 77 59
MHW6222 硅 推挽 40-550 44 77 57
MHW6272 硅 推挽 40-550 44 77 57
MHW6342 硅 推挽 40-550 44 77 57
附件 4:推挽放大模块和功率倍增放大模块电原理图