整理有线电视计算.docx

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整理有线电视计算

第六章有线电视系统设计

6.1有线电视系统概述

有线电视系统不仅能高质量的转播当地的开路电视节目，还可以自办节目或转发卫星电视节目，并能双向传输和交换信息，完全能满足这些要求。

有线电视以有线闭路形式把节目送给千家万户，所以被人们称为CATV（CableTelevision）[7]

6.1.1有线电视系统的组成

有线电视系统由前端、干线传输和用户分配网络三部分组成。

按系统功能和作用不同，可分为有线电视台、有线电视站和共用天线系统。

有线电视台的有线电视系统是相当复杂和庞大的，它使用的载波频率高（750MHz或更高）、干线传输距离远、分配户数多，而且大多是双向传输系统。

一个居民楼内的共用天线系统则可能是没有干线传输部分的最简单的有线电视。

前端系统负责对电视信号接收处理。

来自卫星的节目大多为数字压缩电视信号，通过前端系统将数字电视信号变为PAL-D制射频信号。

以一个典型的VHF（甚高频）有线电视系统为例，前端包括闭路和开路两个部分。

闭路部分有录播用的录像机和直播的摄像机、灯光等设备。

开路部分包括VHF、UHF（特高频）ＦＭ（调频）、微波中继和卫星转发的各种频段的接收设备，接收的信号经频道处理和放大后，与闭路信号一起送人混合器，输出的是一路宽带复合有线电视信号，再送人干线传输部分进行传输。

干线传输部分是一个传输网，它主要是把前端混合后的电视信号高质量地传送到用户分配系统。

它的传送距离可以达几十公里，可以包括干线放大器、干线电缆、光缆、多路微波分配系统（ＭＭＤＳ）和调频微波中继等。

分配系统均匀的将信号分配给用户，已达到较好的收视效果，使终端设备发挥最佳作用，并隔离用户端之间的信号，使之不影响。

它包括线路延长分配放大器、分支器、分配器、用户线及用户终端盒等。

6.1.2基本结构

CATA系统由信号源设备\前端设备和传输分配系统构成。

⑴信号源设备

包括各种单频道型天线、分频段型天线或全频道型天线、FM接受天线、卫星地面接受站，自办节目用的录象机、摄像机、话筒,特殊效果发生器、编辑机和视频切换装置等。

⑵前端设备

前端设备是接在信号源与传输分配系统之间的设备用以处理传输分配的信号：

①天线放大器：

为提高接受天线的输出电平及满足载噪比的要求与接受天线馈出线相连的低噪声型放大器。

②频道放大器：

用于放大电视频道或频段信号的各种专用频道放大器或宽频带放大器以及调频波放大器等。

③频率变换器：

用来将一个或多个信号的载波频率变换到其他载波频率的装置。

④混合器：

将多个频道或频段的信号混合起来，汇成一路输出的无源器件，兼有混合和放大功能的综合混合器件，则属有源设备。

⑤调制器：

用来将各种信号调制成特定频道的设备。

⑥分波器：

将一个输入端的多个频道信号分解成多路输出，每个输出端覆盖着其中某一频段的器件。

⑦导频信号发生器：

特大型CATV系统中用以改善线路传输的温度频率特性的设备.

⑶传输分配系统

主要由于干线传输系统和分户分配系统构成干线传输系统主要有主干线放器、主干线桥接放大器和分配器。

主干射频电缆构成,在特大型（一般指万户左右）的CATV系统中起传输作用，中小型的CATV系统通常不考虑干线传输系统,而有前端与用户分配系统相接。

用户分配系统的用途在于将干线的信号能量尽可能均匀地分配给每台用户电视机并保证其信号质量，一般包括如下器材：

①分配器：

将一路输入的信号能量均等或不等地分配给两个或多个输出的器件。

②分支器：

串接在干线中，从干线上耦合部分能量分几路输出的器件。

③用户终端：

向用户提供信号的末端插孔。

④馈线：

用来提供信号传输通路，有干线和分支线之分。

⑤线路放大器：

又称线路延长放大器，装在分支干线上以补偿线路损耗。

目前，我国高层建筑常以一座楼或一组楼群为单位装设CATV系统，一般为中型（100~400户）或大型（400~1000户）系统，极少有数千乃至上万户的特大型CATV系统.这主要是因为国内多数高层建筑对CATV系统的功能要求还不是很高。

前端和信号源部分还不是很复杂。

因此，无论是从经济上，还是从维护管理上来看，都不宜使系统覆盖范围太大。

随着社会进步和生活水准的提高，CATV技术的发展,特大型化必将成为必然的趋势。

6.1.3CATV有关基本概念

⑴分贝的运用

共用天线电视系统接收统中经常利用分贝这一数学概念，使系统设计大为简化，分贝（dB）是一种对数加减运算值，习惯上常常用分贝来表示电压或功率等绝对电平值。

①场强表示：

0分贝=1微伏/米或称微伏分贝/米；

②输入输出电平：

0分贝=1微伏或微伏分贝；

③功率：

设有两个功率分别为P1及P2则增益Gp=10log（P2/P1）6-1

P1：

表示输入功率

P2：

表示输出功率

④电压：

设有两个电压分别为V1及V2则增益Gv=20log（V2/V1）6-2

V1：

表示输入电压

V2:

表示输出电压

在③、④两项中，P2/P1（V2/V1）>表示衰减。

而且可以看出,电压增益20分贝为10分贝为10倍，引入分贝这一概念后，对一个系统的计算只要加减运算就可以了。

⑵场强

场强的全称是电磁场强度，是衡量空中传播电磁波强度的一个量，单位为微伏/米，若用对数表示则为微伏分贝/米。

在设计共用天线电视接收系统时，首先要了解当地场强情况，场强一般用仪器测量，有时限于条件也可对场强进行估算。

6.2CATV主要部件及其性能

6.2.1接收元件

CATV系统所使用的天线，与一般家用接受天线并无本质区别。

它接收载有图象和作伴信号的空中高频电磁波，使之变为感应电压和电流，并经过电缆传输到系统。

天线的增益越高，其输出电平就越高，系统的信噪比就越好。

在信号场强较弱或干扰较大的地区，应选用高增益、抗干扰能力强的天线。

⑴天线的分类

①按天线的结构形式分类:

有八木天线、对数周期天线、菱形天线和各种特殊功能接受天线（如抗重影天线和阵列天线等）。

在CATV系统中，最常用的是八木天线，天线由有源折合半波振子数。

单元数越多，则天线的增益越高，方向性越强。

②按天线的接受频带分类：

大致可以分为三类，即甚高频接收天线、超高频接受天线和甚高频超高频全频道接收天线。

VHF甚高频接收天线（1~12频道）

VHF宽频带接收天线（1~5频道）

VHF低频段接收天线（6~12频道）

单一频道专用接收天线（1、2、3……12频道）

UHF超高频接收天线

UHF宽频带接收天线（13~62频道）

UHF低频段接收天线（13~44频道）

UHF高频段接收天线（45~68频道）

UHF.VHF全频道接收天线（1~68频道）

⑵天线设备及其选择

高层建筑CATV系统的天线应选用增益高、方向性强而旁瓣和后瓣以及前后比大的产品。

VHF段应尽可能采用单频道型专用接收天线，UHF段可采用分频段天线。

天线结构应牢靠并有足够的机械强度以承受高空风力负载，6~12频道的接收天线应采用8单元以上的天线。

1~5频道可采用5单元的天线以免引向器过长而增大风荷。

如因场强过弱，或因天线方向图不够尖锐而产生重影。

可考虑用同类天线组成水平垂直叠成天线。

6.2.2前端设备

⑴天线放大器

在电视台服务半径的边远地区场强较弱，采用天线放大器是解决远距离接收的有效措施一般天线输出电平低于75分贝时,就必须考虑采用天线放大器。

天线放大器应该选用高增益（>15分贝）和（≤6分贝）的产品。

天线放大器在VHF频段应该配合单频道专用天线采用专用频道天线放大器。

对于UHF频段则应配合分频段天线采用相应频率范围的放大器。

⑵主放大器

主放大器是CATV系统中的一个重要部件。

它应能足工作频带要求，增益要高并应连续可调。

噪声系数小，最大输出电平要高并且具有良好的交流调制和相互调制特性。

在设计中应根据系统规模考虑是否需要具有自动电平控制（ALC）和自动斜率控制（ASC）等功能。

为了减少大信号输出时的非线性失真，必须考虑到设备性能下降等因素的影响，留出一定裕度以便日后调整。

主放大器又称共用天线控制器，一般都包括衰减器、专用频道放大器、混合器和稳压器和稳压电源等器件。

⑶线路放大器

线路放大器串接于分配系统中，用以补偿线路的损耗，在全频道CATV系统中，应该采用全频道宽带放大器,并应具有补偿频响倾斜的功能和较高的输出频率。

但由于有多个频率信号通过，放大器的非线性失真会使多个信号之间产生交调和互调现象，串接的线路放大器线路越多，频道数越多，则交调和互调干扰越大。

射频电缆衰减随频率的增高而加大，如果线路较长，会使高、低频道信号电平相差很大，因此，线路放大器应具有斜率补偿特性以抵消电缆的频率衰减。

⑷混合器

在使用组合天线时，必须采用仅让接收信号通过而阻止其他信号通过的滤波型混合器。

混合器常分为二混合、三混合及多路混合器等多种，混合的路数越多，则插入损失相应也大一些。

混合器通常由高通滤波器、低通滤波器和带通滤波器及阻滤波器等组成，也有利用偶合器作成多路混合器的，还有将分配器倒接作为混合器使用的。

一般要求混合器的驻波比应不大于2.5，插入损耗不大于2分贝，相互隔离度不小于20分贝。

⑸衰减器

在公用天线电视接收系统中，衰减器接于放大器的输入端和输出端，用于调节放大器的输入电平和输出电平，在分支器中也常用到。

衰减器可以单独使用，也可直接装入放大器或分支器中。

衰减器通常用无感电阻按∏型或T型电路方式构成。

衰减器的阻抗有75欧和300欧两种，常用75欧的。

⑹前端设备的组成形式

前端设备的组成形式，决定于前端设备的输入电平及前端的输出电平。

前端设备的输入电平就是天线馈线输出端电平。

前端设备输出电平，应根据系统规模大小而定。

规模小，输出电平可以低一些；规模大，则要求输出电平高一些，大致在90~110分贝之间。

6.2.3分配系统

⑴分配器和分支器

分配器和分支器是CATV系统用户分配网络的关键设备。

分支器的插入损失和耦合量是系统计算中的重要参数，运用设计技巧合适的分支器可以使的用户电平趋于均匀。

在计算分支器的分支端电平时不应再计入分支器本身的插入损失。

分配器和分支器的输入、输出阻抗均为75欧。

在高层建筑中一般采用二分支器或四分支器，很少使用串接-分支器。

⑵传输电缆

在CATV系统中应采用75欧同轴电缆作为传输通道，在系统分配网络中，同轴电缆将对所传输的高频信号产生衰减，衰减的程度不仅与电缆的长度有关，而且还与所传输信号的频率和电缆结构及截面有关。

为了保证系统性能，防止信号电平下降过多和信噪比变差，应尽量采用损耗低、驻波小、温度稳定性好、抗干扰能力强以及具有一定机械强度和防潮能力的同轴电缆。

如果忽略电缆介质材料及结构上的不均一性的影响，在工作计算时可近似认为同轴电缆在某一频率（兆赫）下的衰减常数α为

α≈α1.

分贝/米6-3

式中α1—电缆在1兆赫时的衰减常数，分贝/米；

f—计算频率，兆赫。

⑶电缆接头分为插头和插座两种，多用于天线放大器与分配器之间的连接。

对于要求较高的CATV系统，插头和插座的使用尤为广泛，是共用天线电视接收系统不可缺少的部件。

6.3CATV系统设计和计算

6.3.1系统计算

⑴用户端电平（电视接收机输入电平）值，是制定系统方案的依据。

共用天线电视接收系统用户端电平值可在57~83微伏分贝范围内选定。

根据共用天线电视接收系统调试和有关资料证明，在一般情况用表7-15所列数据作为参考是适宜的。

即用户端电平值选为65±5微伏分贝。

接UHF频段时，用户端电平应大于70微伏分贝。

在接收条件比较复杂的环境中，用户端电平值的选定视具体情况综合考虑，使之达到满意的接收效果。

⑵接收点电场强度的计算

①视距传播最大距离的估算

最大视距S也称服务区域半径，在标准大气条件下，可按下式估算：

S=4.12（

+

）公里6-4

式中h1—发射天线高度，米；

②视距内电场强度的计算

一般情况下，电场强度E可按下式估算：

E=88·（h1h2