有線電視傳輸線阻抗設置問題研討
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本文作者：唐殿寶 單位：沈陽傳媒網絡有限公司
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制信號傳輸?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，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)與負載有關，傳輸線有三種工作狀態(tài)。一是當負載與傳輸線特性阻抗相等時，負載吸收全部入射波功率而沒有反射，這時傳輸線中只有去向負載的單向行波，傳輸線工作在行波狀態(tài)。二是當終端開路或者是短路狀態(tài)下，負載不吸收有功功率，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)，這時負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，負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絡日常維護中至關重要。綜上所述，阻抗匹配是有線電視網絡中最常見的工作狀態(tài)，它反映了網絡中設備，器材及傳輸電纜之間的功率傳輸關系。當線路實現(xiàn)阻抗匹配時，將獲得最大的功率傳輸。反之，當電路阻抗失配時，不但得不到最大的功率傳輸，還可能對傳輸信號產生損傷，甚至損壞傳輸器件。傳輸線上的材料之間的介電常數(shù)的任何變化都會導致特性阻抗的變化，從而引起阻抗失配引起信號的反射。
阻抗匹配常出現(xiàn)在各級放大器之間，放大器與負載之間，無源器件之間，測量設備和所測線路之間，EOC設備與分配網絡之間等等。實際工作中電纜連接器件及轉換接頭的氧化接觸不良，電纜的彎折變形，終端負載缺失等都是引起阻抗失配的原因。掌握了信號反射的原理，有助于日常的網絡運行和維護工作，高頻段相比低頻段更容易產生反射導致功率損耗，降低信號傳輸效率。若使信號能夠有效地傳輸，必須使線路工作在阻抗匹配狀態(tài)，即放大器的內阻等于下級線路的輸人阻抗，線路的輸出阻抗等于所接負載的阻抗。在實際的線路中，常會遇到信號源與放大電路或放大電路與負載的阻抗不相等的情況。阻抗的匹配與否關系到所傳輸信號的質量優(yōu)劣，甚至是某些頻點丟失。
傳輸線路上某處匹配不良，會造成信號在傳輸線上的反射，這樣到達數(shù)字電視機頂盒的信號就不只是入射波還有反射波存在，它們之間存在一定時間差。在高頻傳輸時，在同軸電纜中入射波和反射波同時傳輸時，其幅度按矢量相加。當兩者的時差使相位改變2π弧度時兩者同相，其幅度相加，這有可能會使放大器進入非線性工作區(qū)域，產生非線性失真；當兩者相位相差π時，相位相反，其幅度相抵消，引起傳輸鏈路中某些點或區(qū)域的幅頻特性嚴重不平。相位相反也會引起信號幅度下降，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狀，而是凹凸不平，出現(xiàn)明顯的起伏或傾斜。當反射波在同頻不同相時，則擾亂了QAM的相位。QAM調制信號的幅度和相位捎帶有數(shù)字信息，入射波和反射波都調制著同一信號的碼流信息，它們將會以不同的相位疊加，特別是高階的64QAM對鏈路的相位特性十分敏感。相位的準確性會影響解碼時對符號的正確判定，雖然這時用戶電平基本正?；蜃兓淮?，但隨之而來的是其誤碼率升高了，接收的圖像會出現(xiàn)馬賽克或停頓現(xiàn)象。
HFC有線電視網絡干線系統(tǒng)采用光纖傳輸，特別是EPON網絡，干線系統(tǒng)無源，干線網絡穩(wěn)定安全，維護簡單。而EOC技術的使用，仍利用原有的分配網絡，分支器和分配器是分配網絡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的分配功能，更重要的是它在分配信號的同時，對端口的設備起到阻抗匹配的作用。這在高頻網絡中非常重要。分配器由于結構上的原因，分配器只有在各路輸出都接有標準阻抗75Ω時，在分配器的輸入口才能呈現(xiàn)與標準阻抗相等的輸入阻抗，這時分配器才具有匹配、隔離的特性。分配器如果有一個輸出口開路或短路，分配器的性能就會產生變化，導致所傳輸信號強烈的反射，致使信號指標劣化。如果傳輸模擬信號就會產生重影，如果傳輸?shù)氖菙?shù)字信號會使誤碼率增加，出現(xiàn)馬賽克，嚴重時會出現(xiàn)“斷崖效應”，甚至黑屏，導致服務中斷。實際使用中分配器如果存在空口必須接上75Ω終端負載，以確保各個端口的阻抗匹配。分支器也叫定向耦合器，在一路主信號輸出情況下，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載，分支口開路或短路對輸入口網絡的阻抗匹配性能影響不大。
