Предкоррекция ачх на входе усилительного участка

Новый ГОСТ Р52023-2003 регламентирует величину неравномерности АЧХ от входа линейного тракта до выхода абонентской розетки кабельной распределительной сети во всей полосе частот. Разность уровней напряжения радиосигналов изображения должна составлять:

· в полосе 40…1000 МГц – не более 15 дБ;

· в полосе 40…600 МГц – не более 12 дБ;

· в полосе 40…300 МГц – не более 10 дБ;

· в любой полосе 100 МГц – не более 7 дБ;

· в смежных каналах – не более 3 дБ;

Согласно стандарту CENELEC EN-50083 диапазон отклонения уровней сигнала на входе абоненсткой розетки должен быть не более 12 дБ во всей полосе рабочих частот и не более 6 дБ в любом диапазоне ширины 60 МГц внутри рабочей полосы. Это значит, что для всех сигналов на входе абонентского телевизионного приемника разность между максимальным и минимальными значениями должна находиться в пределах 12 дБ. [5]

Эффективным способом поддержания наклона в допустимых границах является введение в начале кабельного участка предварительного наклона, обратного наклону частотной характеристик кабеля. Иначе говоря, это способ подразумевает предварительно и намеренное линейное искажение спектра передачи, при котором уровень сигнала высокой частоты делается выше уровня сигнала низкой частоты. Этот метод также называется методом предкоррекции наклона спектра передачи. Для пояснений рассмотрим два примера, в одном из которых предкоррекция не обеспечивается, а в другом она присутствует.

На рис.3.9. показан участок кабеля длиной 200 м с равными амплитудами входных сигналов +40 дБ*мВ частот 50 МГц и 900 МГц. Значения уровней и длинны кабеля взята произвольно. На участке последовательно включены три ответвителя на расстоянии 50 м друг от друга, и каждый ответвитель отводит сигнал в ответвлиние длиной 30 м. Уровни передачи показаны на входе каждого ответвителя для сигналов верхней и нижней частоты спектра. Кроме того, можно видеть различие уровней этих сигналов как на входе, так и на выходе ответвления.

В точке включения первого ответвителя величина наклона полностью укладывается в установленный динамический диапазон 9 дБ для абонентского окончания (разность уровней составляет 6,8 дБ), но в точках расположения других ответвителей уровни оказываются за пределами спецификации (разности 10,8 дБ и 14,2 дБ). Заметим, что для самого ответвителя спецификации определяет величину допустимого наклона в 6 дБ на каждом выходе, а уровни сигналов в этих точках равны соответственно +7,8 дБ∙мВ и +11,6 дБ∙мВ. Следовательно, на выходах ответвителей (на входах ответвлений) спецификация не нарушается. В то же время уже на выходах второго и третьего ответвления наклон выходит за пределы разрешенных 9 дБ, не говоря о конечной абонентской точке, где он становится недопустимо большим.

На рис 3.10 показан та же система при тех же потерях в ответвлениях и тех же спецификациях, но спектр сигналов на входе кабеля имеет предварительный наклон 8 дБ. Несущая частоты 50 МГц имеет уровень +32 дБ∙мВ, но уровень несущей на частоте 900 МГц остается равным +40 дБ∙м. Уровни всех других сигналов, находящихся между этими граничными частотами, постепенно увеличиваются с ростом частоты в линейно зависимости. Поскольку уровни сигналов здесь не увеличиваются, то такой наклон создает максимальное затухание для частоты 50 МГц и нулевое для частоты 900 МГц. Не будем сейчас останавливаться на способах получения этого наклона. По результатам расчетов, представленным на рисунке, можно убедиться, что теперь все три ответвления соответствуют спецификации по величине допустимого диапазона уровней, как для выхода ответвителя, так и для выхода ответвления. Видно, что наклон выровнен не полностью, но при таких незначительных остаточных значениях наклона (1,2 дБ и 2,7 дБ) можно с высокой долей уверенности полагать, что при разумной длине абонентского кабеля в абонентской точке наклон не превысит разрешенных 9 дБ (разумеется, это также необходимо будет проверить). [5]

Проследим весь процесс вычисления в этом примере. Потери на главном кабельном маршруте считаем равными 5,4 дБ/100 м на

 

Рис. 3.9. Участок без выравнивания

 

частоте 50 МГц и 13 дБ/100 м на частоте 900 МГц. Тогда каждые 50 м кабеля будут вносить потери 2,7 дБ на частоте 50 МГц и 6,5 дБ на частоте 900 МГц. На входе кабельного участка уровень составляет +32 дБ∙мВ на частоте 50 МГц и +40 дБ∙мВ на частоте 900 МГц. Следовательно, уровень на входе первого ответвителя равен +32 – 2,7 = 29,3 дБ∙мВ на частоте 50 МГц и +40 – 6,5 = +33,5 дБ∙мВ на частоте 900 МГц. Если в данной точке должно быть расположено два ответвления, то следует взять ответвитель с двумя портами. Обращаясь к приведенной выше таблице с параметрами ответвителей, найдем, что ответвитель с двумя портами будет вносить потери 0,4 дБ в главный кабель. Значит, сигналы будут иметь в этой точке уровень +28,9 дБ∙мВ на частоте 50 МГц и +33дБ∙мВ на частоте 900 МГц.

Чтобы обеспечить на входе абонентского ответвления уровень +10 дБ∙мВ, взят ответвитель с номиналом 23 дБ. Поэтому на входе абонентского ответвления уровень сигнала будет на 23 ниже, чем на входном порте ответвителя. Тогда уровень сигнала будет равен +10,5 дБ∙мВ на частоте 900 и +6.3 дБ∙мВ на частоте 50 МГц. Разность между этими уровнями составляет 4,2 дБ, что и показано на рисунке. Кабель абонентского ответвления вносит потери +2,5 дБ на частоте 50 МГц и +5,5 дБ на частоте 900 МГц. Поэтому сигналы, приходящие в точке абонентского окончания будут иметь уровень +3,8 дБ∙мВ на частоте 50 МГц и +5 дБ∙мВ на частоте 900 МГц. Разность между этими уровнями составляет 1,2 дБ, как показано на рисунке. Дальше процесс продолжается таким же образом.

 

 

Рис. 3.10. Участок с предварительным выравниванием

 

Для равномерного распределения уровней сигналов на участке последней мили между абонентами частот используют описанный способ предварительно выравнивания АЧХ на вхоже кабельного участка. Однако, в сложной и разветвленной домой распределительной сети выравнивание, как правило, выполняется только в ограниченном количестве точек. Более рациональным является применение абонентских ответвителей, выполняющих одновременно функции кабельных эквалайзеров. В такие ответвители имеет разный наклон частотно-зависимого ослабления на отвод в зависимости от величины ответвляемого сигнала, а также слабо выраженный наклон потери на проход. Такое рациональное решение позволяет выровнять уровни сигналов в разумных пределах по всем абонентам.

Допустимое значение неравномерности АЧХ коэффициента передачи сети КТВ определено стандартом EN-50083. В соответствии с ним разность уровней несущих изображения в полосе частот 47-1000 МГц на выходе любой абонентской розетки не должна превышать 12 дБ, т.е. неравномерность АЧХ от выхода центральной головной станции до входа телевизора не должна превышать значение ± 6дБ. Магистральная сеть состоит из участков соединительного кабеля, частотно-независимых ответвителей и магистральных усилителей, имеющих в своем составе сменные частотные эквалайзеры с рабочим затуханием до 18 дБ. Поскольку неравномерность АЧХ магистральных усилителей обычно не превышает 2 дБ, этими величинами можно пренебречь. Гораздо большую неравномерность вносят сами эквалайзеры. Реальную неравномерность, получаемую после выравнивания АЧХ магистрали с помощью эквалайзеров, можно вычислить методом минимизации среднеквадратического отклонения суммарной характеристик соединительных кабелей и эквалайзеров.

Возможная длина магистрали зависит от максимально допустимого суммарного наклона АЧХ магистрального кабеля на рабочих частотах. В связи с этим в сетях КТВ неравномерность АЧХ может стать фактором, ограничивающим длину магистрали. Если не применять специальных мер по улучшению равномерность АЧХ коэффициента передачи магистрали, максимальная величина наклона в магистральной сети, даже при установке эквалайзеров с правильно рассчитанным диапазоном выравнивания, может превышать допустимые 12 дБ. Эти меры могут заключать в более тщательном подборе параметров эквалайзеров с одновременными измерениями результирующей АЧХ коэффициента передачи всей магистрали. Применяя высококачественные эквалайзеры, можно увеличить количество усилителей в магистральном каскаде от обычного количеств 6…8 до 10…12, но при этом, разумеется, необходимо контролировать уровни шума и интермодуляции

 

 

Выводы

Основной частотной характеристикой для любого компонента кабельной системы является амплитудно-частотная характеристика (АЧХ). Вид кривой АЧХ определяет величину усиления или затухания прибора на любой частоте в пределах его рабочей полосы частот. Применительно ко всей кабельной системе говорят о частотной зависимости коэффициента передачи, получаемой в результате сложения АЧХ всех компонентов системы. Амплитудное искажение спектра передачи объясняется физическими свойствами коаксиального кабеля. С хорошей степенью точности затухание в кабеле можно считать зависящим от квадратного корня из частоты. Частотные свойства других компонентов кабельной сети (активных и пассивных приборов) выражены гораздо слабее, и ими можно пренебречь.

Наклон спектра передачи необходимо выравнивать на каждом кабельном участке для улучшения рабочих показателей всей системы путем введения наклона обратного характера. Для выравнивания спектра в кабельных сетях используются эквалайзеры, характеристика затухания которых в общем случае также нелинейно зависит от частоты. Наклон может корректироваться на выходе кабельного участка, когда эквалайзер включается перед усилительным устройством или методом предкоррекции, когда эквалайзер включается на входе кабельного участка после усилительно устройства. Величина предварительного наклона может сильно различаться в зависимости от количества используемых ответвителей. Она возрастает, например, в распределительном фидерном кабеле городской сети, или, если используется кабель с более высокими потерями или если используются усилители с меньшим усилением. При определении необходимой величины предварительного наклона должны учитываться все эти факторы, но наиболее существенна зависимость этой величины от верхней частоты передачи. Для верхней частоты 1000 МГц она может достигать 15дБ…18дБ.

 

3.4.2. Методика определения АЧХ эквалайзеров усилительных участков в СКТ

Определим уровни АЧХ эквалайзера усилительного участка на нижней частоте f канала f_H=48,5 МГц и верхней частоте f_B=861,75 МГц для 69 канала. Пусть это будет первый усилительный участок между выходом ГС и входом первого магистрального усилителя длиной около l ₁=400 м. При длине магистрали около 1200 м и числе усилителей равном 3 средняя длина участка приблизительно равна 400 м. На МЛ 1 установлены три УМ и 9 ответвителей для присоединения к ней ДРС жилых домов (рис. 3.1 и 3.2).

Определим для каждого участка выходные уровни сигналов на нижней и верхней частотах всего ТВ диапазона. (f_н=48,5 МГц и f_в=861,75 МГц) L_{н вых ф} и L_{в вых ф}, то есть L_{н вх экв}=L_{н вых ф} и L_{в вх экв}=L_{в вых ф} по формулам (3.9, 3.10)

, (3.18)

где L_{1 вых ф} – выходной уровень сигнала для 1-го участка (после ГС), α_f=1,05∙α₂₀₀∙ , [дБ/м], (3.9)

– потери ответвителей на проход.

Для первого канала f_н=48,5 МГц Гс серии 300 номинальное выходное напряжение L_{н вых ГС}= 114 дБ/мкВ (паспортное значение). Потери ответвителя на проход составляют = 1,5 дБ/мкВ. Найдем потери вносимые кабелем (фидером) α_н.ф. и ответвителями (их на 1 участке 9)

 

α_нф= α_fн ∙ , (3.10)

 

где α_fн – коэффициент затухания кабеля на f_н=48,5 МГц

α_нf=1,05∙0,034∙ =

=1,05∙0,034∙ =0,018, [дБ/м], (3.9)

Потери для всего участка 400 м α_нф= α_fн ∙ l _1ф= 0,018∙400=7,2 дБ/м.

Выходной уровень фидера на участке f_н=48,5 МГц равен

L_{н вых ф}= 114–7,2–1,5∙9=93,3 дБ/мкВ.

Для верхнего канала определение выходного уровня на частоте f_в=861,75 МГц происходит аналогично.

α_fmax= α_в=1,05∙0,034∙ = 0,0735 дБ/мкВ

α_вф= α_fmax ∙ l _{1 ф}=0,0735∙400=29,4 дБ/мкВ

L_{в вых ф}=114–(29,4+13,5)=114–42,9=71,1 дБ/мкВ

Разность уровней:

ΔL=L_{н вых ф}–L_{в вых ф}=93,3–71,1=22,2 дБ/мкВ

Расчеты показали, что неравномерность АХЧ на 1-ом участке равна ΔL=22,2 дБ/мкВ, от есть АХЧ имеет ниспадающий участок (рис. 3.6). Здесь амплитуда сигнала на f_{с min}=48,5 МГц много больше, чем амплитуда сигнала на f_{с max}=861.75МГц.

Наклон спектра передачи выравнивается на каждом кабельном участке путем введения наклона обратного характера. Для выравнивания спектра в СКТ используются эквалайзеры. Эквалайзер не создает усиления сигнала, а только вносит потери в проходящий через него сигнал, то есть уменьшает уровень, создавая разное ослабление сигнала на различных частотах в отличие от делителей и ответвителей. Поэтому при расчете характеристики эквалайзера на усилительном участке пассивные приборы игнорируются и рассматривается только сам кабель. Например, в нашем случае разность ΔL потерь на участке 1 составляют 22,2 дБ. Потери в ответвителях (13,5 дБ/мкВ) сюда не входят. Эквалайзер же будет вносить потери примерно 22 дБ/мкВ на частоте 48,5 МГц и 0,4 дБ/мкВ на частоте 861,75 МГц. Потери же 13,5 дБ/мкВ, вносимые ответвителями, здесь не фигурируют. Они компенсируются усилителем. Естественно усилитель компенсирует также потери, вносимые эквалайзером.