Расчет и оптимизация уровней сигналов в распределительной сети системы кабельного телевидения

где a, b и с – коэффициенты, зависящие от конкретного типа кабеля, от его конструктивного исполнения. Как правило, они приводятся на погонную длину кабеля в 100 м.

Коэффициент а характеризует отклонение частотного затухания кабеля от линейного закона (рис. 4.1). Чем меньше данный коэффициент, тем ближе данный вид кабеля к идеальному кабелю.

На рис. 4.1 приведена зависимость затухания «идеального» и реального коаксиального кабеля (марка F1160BV) от приведенной частоты (F/Fв)0,5, где Fв = 862 МГц [89].

*"! !" & + "

Рис. 4.1. Зависимость затухания коаксиального кабеля от частоты

Коэффициент b характеризует высокочастотные свойства кабеля, т.е. его погонные потери на каждые 100 м длины. Чем меньше этот коэффициент, тем меньшими потерями обладает кабель.

Коэффициент c указывает на величину потерь кабеля по постоянному току, т. е. на нулевой частоте F. Данный пара-

91

метр не оказывает влияния на частотный ход затухания кабеля, он значим только при использовании в СКТ дистанционного питания.

Знание частотных коэффициентов a, b и с позволяет с высокой точностью рассчитать затухание кабеля на произвольной частоте F. Однако в большинстве случаев производитель не указывает частотные коэффициенты затухания кабеля. Для их определения достаточно знать значения погонных затуханий кабеля Ан и Ав, соответственно, на нижней Fн и на верхней Fв частоте рабочего диапазона частот, а также величину петлевого сопротивления кабеля Rк, приведенного на погонную длину 100 м. Эти три параметра могут быть либо взяты из справочных данных на конкретный коаксиальный кабель, либо измерены экспериментально.

Частотные коэффициенты рассчитываются по формулам:

где R0 – характеристическое сопротивление кабеля, 75 Ом. Для примера в табл. 4.3 даны справочные значения пет-

левых сопротивлений Rк и погонных потерь Ан и Ав некоторых типов коаксиальных кабелей компании MediaLink, соответствующие трем распространенным классам на частотах 55 и 862 МГц, соответственно [88, 89]. Расчетные значения частотных коэффициентов a, b и с и погонных затуханий этих кабелей на частотах, наиболее часто используемых в расчетах СКТ, приведены в табл. 4.4.

Часто при решении практических задач для расчета затухания погонных потерь «идеального» кабеля удобно пользо-

позволяющим вычислять затухания кабеля А2 на произвольной частоте F2 через известное (или справочное) значение его затухания А1 на частоте F1:

92

Таблица 4.3

Справочные значения петлевых сопротивлений Rк и погонных потерь Ан и Ав

Таблица 4.4

Расчетные значения частотных коэффициентов a, b и с и погонных затуханий

Зависимости коэффициента затухания коаксиальных кабелей, применяемых в СКТ, от частоты приведены на рис. 4.2 [90].

Затухание кабеля произвольной длины будет связано с его погонным затуханием А0, т. е. приведенным к длине 100 м,

93

4.3. Анализ влияния изменений температурных воздействий на характеристики распределительной сети СКТ

Как известно, наибольшее влияние на характеристики распределительной сети оказывает изменение затухания высокочастотных кабелей под воздействием перепадов температуры внешней среды на высшей частоте диапазона СКТ [91].

В общем случае, температурная зависимость изменения

где Аk – затухание кабеля в дБ при рассматриваемой температуре Т, отличной от нормальной температуры Т0 = 20оС; АT0 – затухание кабеля в дБ при Т0 = 20оС; Кt – температурный коэффициент, как правило Кt >> 0,002.

На рис. 4.3 представлены зависимости изменения погонных потерь кабелей в диапазоне частот от температуры окружающей среды.

95

Из зависимостей видно, что разность изменений затухания в диапазоне температур на одних и тех же частотах может достигать значительных величин, причем с увеличением частоты эта разность возрастает.

Затухание кабеля одного участка магистральной линии протяженностью Ly, м, на частоте Fx, МГц, при температуре tyо,С может быть найдена из выражения [92]:

Ayf = A0 Ly(FxF0-1)0,5[1 + 1,5×10-3(ty – t0)], дБ,

где A0 – затухание 1 м кабеля на частоте F0, МГц, при температуре t0 = 20°С.

В зависимости от частоты затухание регулятора наклона (РН) АЧХ усилителя определяется по формуле:

APHx = A0 Ly[1 + 1,5×10-3(tp – t0)](Fв0,5 – Fx0,5)F0-0,5, дБ,

где tp – расчетная температура внешней среды, равная среднему арифметическому между максимальной (t+) и минимальной (t-) температурами:

tp = 0,5(t+ – t-).

Суммарное затухание кабеля и регулятора наклона одного участка магистральной линии при расчетной температуре tp не зависит от частоты и определяется по формуле:

Аур = Аухр + АРНх = А0Ly[1 + 1,5×10-3(tp – t0)](FвF0-1)0,5, дБ.

Для телевизионного канала, имеющего Fв, максимальное изменение суммарного затухания одного участка магистраль-

ной линии при изменении температуры от tр до t ± :

Аух = А0Ly(FвF0-1)0,5[1 + 1,5×10-3(tp – t0)], дБ.

При tр затухание участка магистральной линии равно усилению Ау магистрального усилителя и при t± изменение затухания составит:

Ау± = ± Ау × 0,75 × 10-3(t+ – t-), дБ.

Зависимость изменения затухания участка магистральной линии от перепада температур при различных значениях усиления магистрального усилителя дана на рис. 4.4.

96

Если принять, что при прокладке кабеля в канализации

(t+ –t-)= 20° C, a Ау = 20 дБ, то Ау± = ± 0,3 дБ. При подвеске кабе-

ля на открытом воздухе (t+ – t-)= 100° С и Ау± = ±1,5 дБ.

Заметим, что в течение срока службы коаксиальных кабелей (15–20 лет) затухание кабелей возрастает в среднем на 0,1 дБ/дБ, что необходимо учитывать при эксплуатации распределительной сети СКТ.

Изменение уровня сигнала на выходе магистральной линии, состоящей из nм участков, составит:

Uм = nмАу± = ± Амр×0,75×10-3(t+ – t-), дБ,

где Амр – затухание магистральной линии на частоте Fв при температуре tр.

На рис. 4.5 представлены зависимости изменения ОСШ на выходе магистральной линии, состоящей из nм участков, при изменении температуры t± .

97

Рис. 4.5. Зависимости изменения ОСШ на выходе магистральной линии, состоящей из n участков, при изменении температуры t±

Из представленных зависимостей видно, что при определенных условиях эти изменения могут носить существенный характер.

Выходной уровень субмагистральной линии изменится:

UCM = nCMАуСМ = ± АСМ×0,75×10-3(t+ – t-), дБ.

Общее изменение уровня распределительной сети, равное сумме изменений магистральной линии и субмагистральной линии:

UРC = UM + UCM, дБ.

Приняв для приблизительной оценки допустимое изменение уровня на выходе распределительной сети равным 3 дБ, можно получить максимально допустимое суммарное затуха-

ние распределительной сети АРС.max без регулирования по пи- лот-сигналам (РП), поступающим от ГС.

98

Так, при прокладке кабеля в телефонной канализации

АРСmax = 200 дБ, при подвеске на открытом воздухе АРСmax = 30 дБ. Следовательно, в первом случае можно создать распредели-

тельную сеть, включающую до 10 участков магистральной линии, без регулирования по пилот-сигналам, поступающим от ГС, во втором – только один участок.

Мера регулирования по пилот-сигналам усиления усилителя Ку определяется отношением изменения выходного на-

пряжения усиливаемого им пилот-сигнала UРПвых, дБ, к изменению его входного напряжения UРПвх, дБ:

Ку = UРПвых/ΔUРПвх.

Кроме параметра Ку, технические условия на усилитель определяют также пределы изменения входного уровня пи- лот-сигнала UРП±, дБ, в которых действует регулирование по пилот-сигналу с параметром Ку.

Отметим, что магистральные усилители, имеющие регулировку по пилот-сигналу, должны включаться в магистральную линию через такое количество магистральных участков, изменение уровня на которых UМ± было бы близким UРП±, но имело бы некоторый запас.

Таким образом, анализ влияния изменения затухания коаксиальных кабелей на характеристики распределительной сети СКТ показал, что при прокладке кабеля в телефонной канализации изменение затухания на одном участке магистральной линии может составлять ±0,3 дБ, при подвеске кабеля на открытом воздухе ±1,5 дБ.

При отклонении уровня сигнала на выходе распределительной сети до 3 дБ максимально допустимое суммарное затухание распределительной сети без регулирования уровня сигнала по пилот-сигналам, поступающим от ГС, при прокладке кабеля в телефонной канализации может достигать 200 дБ, а при подвеске на открытом воздухе – не более 30 дБ.

Для оптимальной работы распределительной сети через определенное количество участков магистральной линии

99

должны включаться усилители, имеющие регулировку по пи- лот-сигналам, компенсирующие накапливающиеся на этих участках изменения уровней рабочего сигнала.

Выводы

Осуществлен анализ влияния изменения затухания высокочастотных коаксиальных кабелей на характеристики распределительной сети СКТ.

Получены зависимости коэффициента затухания коаксиальных кабелей, применяемых в СКТ, от частоты.

Наибольшее влияние на характеристики распределительной сети оказывает изменение затухания высокочастотных кабелей под воздействием перепадов температуры внешней среды на высшей частоте диапазона СКТ.

При прокладке кабеля СКТ в телефонной канализации изменение затухания на одном участке магистральной линии может составлять ±0,3 дБ, при подвеске кабеля на открытом воздухе – ±1,5 дБ.

При отклонении уровня сигнала на выходе распределительной сети до 3 дБ максимально допустимое суммарное затухание распределительной сети без регулирования рабочего уровня по пилот-сигналам при прокладке кабеля в телефонной канализации может достигать 200 дБ, а при подвеске на открытом воздухе – не более 30 дБ.

Для оптимальной работы распределительной сети через определенное количество участков магистральных линий должны включаться телевизионные усилители с регулировкой по пилот-сигналам, поступающим с ГС, компенсирующие накапливающееся на этих участках изменения рабочих уровней сигнала.

100