Оборудование и решения для операторов КТВ и IPTV
  +7(812)600-25-77
  +7(495)668-30-55
  +7(343)318-26-70
Обратный звонок

Технологический процесс производства коаксиального кабеля позволяет обеспечить почти постоянное значение импеданса по всей длине отрезка кабеля, так как наличие нерегулярностей во внутренней структуре коаксиального кабеля контролируется в процессе производства. Современные коаксиальные кабели имеют высокие показатели возвратных потерь (около 30 дБ), поэтому обычно при расчете кабельной сети отражениями во внутренней структуре кабеля можно пренебречь. Однако, в отсутствии контроля при производстве коаксиального кабеля могут периодически образовываться механические дефекты в структуре, которые являются точками несоответствия импеданса и могут создавать значительные отражения. Возвратные потери в таких точках внутренней структуры кабеля возрастают и опасность здесь даже не столько в величине этих потерь, сколько в периодичности расположения этих точек вдоль отрезка кабеля. Дело в том, что в процессе производства кабель проходит через несколько стадий намотки. Если на поверхности устройств намотки есть какой-либо дефект, то незначительные нерегулярности могут появиться вдоль всего отрезка кабеля точно на одном и том же расстоянии друг от друга.

Проблемы с отражениями во внутренней структуре кабеля могут возникать не только в процессе его производства, но и вследствие сильных механических воздействий на кабель во время его прокладки. В случаях прокладки кабеля не по прямому направлению, обхода углов зданий или поворотов, когда толстый коаксиальный кабель приходится сгибать, нужно соблюдать осторожность, чтобы избежать перегибов и петель на кабеле, поскольку каждый такой перегиб представляет собой нерегулярность и создает отражение в системе. Периодичность расположения вдоль кабельного участка множества слабых нерегулярностей, которые по отдельности не представляют собой опасности, может стать проблемой. Четкая периодичность усиливает влияние нерегулярностей. Например, при подвесной прокладке кабеля, изгиб формируется на каждом креплении кабеля к опорной мачте. Поскольку расстояния между опорами могут повторяться, то малые создаваемые каждым промежутком отражения могут складываться в фазе друг с другом и, тогда, суммарное отражение станет проблемой.

Отражения во внутренней структуре кабеля


В обоих случаях результаты оказываются одинаковыми - резко возрастают потери в какой-либо одной узкой области спектра передачи, обычно затрагивающей один канал или несколько смежных каналов (см. рис. 8.4). Это создает эффект включения в кабель узкополосного режекторного фильтра. В крайних случаях это приводит к тому, что отрезок кабеля становится непригодным для передачи одного или нескольких каналов. Все, что можно сделать в таком случае - это заменить поврежденный участок кабеля. Сильные нерегулярности недопустимы и их необходимо выявлять при тестировании кабеля во время первоначальной настройки системы. 

На рис. 8.9 второй кабельный участок укорочен до длины 119 м, т.е. всего на 1 м. Разделив протяженность этого участка на длину волны для канала R2 (1 м), получим, что на участке помещается уже не 120, а 119 четвертьволновых длин. Это небольшое изменение длины кабеля не вызовет значительного изменения потерь в кабеле, и можем считать, что потери на этом участке по-прежнему равны 4 дБ. Возвратные потери также остаются прежними, поэтому отношения S/R для обоих участков равны 48 дБ, как и раньше. Но теперь отражения на двух участках оказываются не в фазе и должны погасить друг друга полностью, хотя на практике это обычно не достигается. Отношение S/R системы будет лучше на 6 дБ и составит 54 дБ. Это изменение (в данном случае улучшение) опять, как и в предыдущем примере, объясняется только соотношением фаз отражений, которое зависит от длин кабеля, поскольку никакие другие параметры не изменялись. Если уменьшить протяженность второго кабельного участка еще на 3 метра, то общая его длина составит 116 м и это расстояние будет равно 58 длинам полуволн для частоты канала R2. Разность между расстояниями 120 м (60 полуволн) и 116 м (58 полуволн) составляет 4 м, т.е. 2 полуволны. Таким образом, отражение снова будут в фазе и суммируются, а отношение S/R всей системы ухудшится до значения 42 дБ.

Если сделаем подобный анализ для частоты канала R11, то обнаружим тот же эффект, учитывая, что все расчеты надо проводить для другого значения длины полуволны (0,5 м), соответствующей его частоте. При изменении протяженности кабельного участка также будем получать расстояния, на которых отражения синфазны, и расстояния, на которых они имеют разность фаз, отличную от нуля. Когда сделаем расстояние между приборами слишком большим, то задержка между отражениями станет настолько значительной, что ее будет достаточно для того, чтобы считать эти отражения двумя отдельными сигналами, и вопрос их сложения и гашения станет несущественным.

Отражения в коаксиальной системе передачи

Из приведенных примеров видно, что результат взаимодействия отражений определяется разностью длин кабельных участков в системе, поэтому заранее нельзя точно определить, какой будет амплитуда отражения в интересующей разработчика точке. Например, невозможно выявить какого-либо правила, которое говорило бы, что нужно избежать прокладывания системы из участков длиной 200 м, поскольку вероятность того, что эти длины окажутся в точности равными 200 м, крайне мала. Как только что выяснили, отличие в длине кабеля всего лишь на 1 метр для канала R2 (для канала R11 это отличие будет еще меньшее) смогло заметно снизить амплитуду отражения. Можно только сказать, что в целом ситуация определяется периодичностью расстояний в системе, т.е. тем, как часто встречаются в системе кабельные участки одинаковой длины, но нужно помнить, что даже небольшое из различие может улучшить или ухудшить ситуацию. При прокладывании любой системы передачи вынуждены работать с планами трассировки кабеля и другими данными, не предоставляющими той степени точности, которая позволила бы полностью решить проблему отражений в проекте. Можно ожидать, что некоторый процент отражений на очевидно опасных участках будет находиться в фазе и погасится.

Также следует иметь в виду, что отражения, которые накапливаются, складываясь в фазе, станут сильно заметными только в оконечных точках системы для небольшого процента абонентов. Радиальная структура кабельной сети, при которой фидерный кабель разветвляется на несколько направлений передачи, обеспечивает некоторую степень изоляции от каскадов ответвителей более высокого уровня, и при резком возрастании синфазных отражений позволяет отключить нагрузку некоторых ветвей. Во всех примерах для упрощения рассматривались участки системы, включающие только ответвители. Количество ответвителей в системе превосходит количество любых других приборов, поэтому их влияние на рост отражений можно считать более значительным, но механизм возникновения отражений на других приборах полностью аналогичен рассмотренному здесь.

Стоит сказать отдельно об особенностях накопления отражений в системах разного масштаба. Сначала рассмотрим крупные системы, обслуживающие абонентов, например, в городских условиях. Здесь требуется подключить большое число абонентов, поэтому высока плотность ответвителей на маршруте кабеля, а расстояния между ними невелики. При этом можно ожидать высокую степень периодичности кабельных участков определенной длины из-за регулярности городской застройки или привязки монтажа ответвителей к местным проводным линиям, опорные точки которых расположены на примерно одинаковых расстояниях друг от друга. Регулярность структуры кабельной сети зависит от способа прокладки кабеля и размеров микрорайона, которые обычно одинаковы в пределах города. Пример такой кабельной системы показан на рис. 8.7, где кабельный участок имеют длину 20 м. Время передачи на такое расстояние по кабелю с пористым диэлектриком, для которого скорость распространения равна около 4,3 м/нс, составляет примерно 86 не. Отраженный сигнал получит втрое большую задержку, т.е. 258 не. Следовательно, разность в задержках прямого и отраженного сигналов составит около 172 не (0,172 мс). По сравнению со временем развертки одной строки телевизионного изображения (52,2 мс) эта величина составляет лишь 0,3 % от длительности строки. На 29-дюймовом экране телевизора это вызовет смещение меньше 1 мм, что практически не будет ощущаться зрительно. Т.е. задержка отражения относительно первоначального сигнала здесь будет настолько мала, что даже если из-за синфазного сложения амплитуда отражения увеличится, оно не будет заметно. То же самое справедливо и для более протяженных систем. На примере множества действующих систем типа транк-фидер очевидно доказано, что отражения не могут представлять никакой проблемы в каскадах, включающих порядка 40 ответвителей.

При строительстве малой кабельной сети в условиях, где расстояния между ответвителями будут более длинными и плотность ответвителей меньше (например, в сельской местности) можно ожидать, что отраженные сигналы будут претерпевать значительные задержки и создавать более сильные помехи. Однако, к положительным факторам относится то, что нагрузка здесь очень мала и регулярность застройки менее выражена. Математические исследования и испытания на длинных каскадах ответвителей показывают, что каскады малых систем, включающие порядка 100 ответвителей совершенно нечувствительны к отражениям. Там, где ситуация требует применения еще большего числа ответвителей в каскаде, возможным решением является разгрузка каскада путем отключения или перебрасывания ответвляемой нагрузки некоторых ответвителей на короткие участки параллельно проложенного кабеля.

Таким образом, если отражения в системе становятся существенными и создают видимые помехи изображению, рекомендуемый подход к проектированию в этом случае состоит в рассредоточении нагрузки по отдельным фидерам кабельной структуры для изоляции ответвителей друг от друга. Такой метод минимизации отражений практиковался в кабельных сетях ранее, когда использовались прессованные ответвители, которые, представляли собой значительные нерегулярности и отражения на них были довольно серьезной проблемой. Другим, более простым решением, которое и используется сейчас практически повсеместно, является применение более качественных ответви-телей с более высокими коэффициентами возвратных потерь. Приборы, производимые в настоящее время, имеют значительно улучшенные характеристики возвратных потерь, хотя их стоимость немного выше. Нормы на величины возвратных потерь приборов, обеспечивающие практически полное устранение отражений в системе, определены в стандартах современных кабельных систем. Однако, и в случае соблюдения этих норм нельзя забывать о качестве выполнения кабельных разъемов.

Нормативные требования к коэффициенту возвратных потерь прибора зависят от его местоположения и назначения в системе, а также условий работы, среди которых автоматическая или ручная регулировка усиления и наклона, наличие или отсутствие встроенных эквалайзеров и аттенюаторов. Стандарты ГОСТ Р52023-2003 и EN 5QQ83 нормирую! возвратные потери приборов по категориям и группам исполнения, которые представлены в табл. 8.5. Нормативные значения коэффициента возвратных потерь по группам исполнения оборудования согласно требованиям стандарта приведены в табл. 8.6.

Отражения в коаксиальной системе передачи

Условием хорошего согласования считается условие, при котором коэффициент возвратных потерь оборудования соответствует требованиям этой таблицы. Производитель должен указывать в спецификации любого прибора категорию, по которой был измерен коэффициент возвратных потерь. Так, например, для магистральных усилителей коэффициент возвратных потерь должен быть измерен в соответствии с категорией В, для домовых усилителей в соответствии с категорией С, а для усилителей других качественных градаций или универсальных усилителей производитель должен указывать минимальный коэффициент возвратных потерь. Некоторые типы усилителей могут иметь различные категории по возвратным потерям для различных портов. Распределительное пассивное оборудование измеряется по категориям А, В и С. Возвратные потери для абонентских розеток на входе измеряются по категории В, на ТВ-выходе по категории С, а на выходах ОВЧ-ЧМ и данных по категории D.

Методы измерения коэффициента возвратных потерь, применимые для оборудования, работающего в диапазоне частот 5 - 1750 МГц, описаны в стандарте EN-50083. Аналогичные методы описаны в ГОСТ Р52023-2003 для оборудования с рабочей полосой 5 - 1000 МГц. Затухание несогласованности со стороны входа устройства измеряют анализатором спектра со следящим генератором и рефлектометром. Плавно изменяя вручную частоту измерителя АЧХ, фиксируют величины затухания несогласованности с помощью анализатора спектра на частотах полосы передачи. Допускается измерение затухания несогласованности косвенным методом, через измерение коэффициента стоячей волны, с помощью измерителя коэффициентов передачи. Измерение затухания несогласованности устройства головной станции проводят во всей полосе частот. Результатом измерений является наименьшее из измеренных значений. Коэффициент возвратных потерь любого прибора измеряется в соответствии с качественной градацией, приведенной в табл. 8.5. Вместе с коэффициентом возвратных потерь любого должны быть измерены потери и неравномерность АЧХ в тестовых точках. Все тестовые точки, в которых выполняются измерения характеристик кабельной системы, также должны быть согласованными, т.е. 75-омными. При этом коэффициент возвратных потерь измерительного оборудования должен быть не менее, чем на 10 дБ выше значения испытуемого прибора или элемента системы.

   

Резюме


Коаксиальный кабель представляет собой несбалансированную линию передачи, т.е. такую линию, в которой один из проводников используется для передачи сигнала, а второй служит заземляющим с волновым сопротивлением, стандартное значение которого равно 75 Ом. До сих пор он широко используется для строительства последней мили, т.е. на магистральном и домовом участках системы КТВ. На транспортном уровне сети коаксиальный кабель в настоящее время практически полностью вытеснен волоконно-оптическим кабелем, имеющим несравнимо лучшие показатели качества, но более высокую стоимость.

Выбор кабеля производится исходя из его технических характеристик, наиболее важными из которых являются потери в заданной полосе частот, возвратные потери, коэффициент экранирования. Кроме этого, при проектировании кабельной структуры необходим серьезный экономический анализ для заданных условий проектирования, при котором учитывается стоимость прокладки, пригодность кабеля для разных участков сети, возможность последующей реконструкции и стоимость эксплуатации и технического обслуживания. Сделать правильный выбор кабеля можно на основе сравнительного анализа результатов, полученных для нескольких альтернативных вариантов с различными марками кабеля и плотностями ответвленной нагрузки на километр кабеля.

Отражения в кабельной системе возникают вследствие несовпадения импе-дансов в точках соединения участков кабеля с входами и выходами приборов системы, а также из-за механических повреждений внутренней структуры кабеля. Показателем, с помощью которого разработчик оценивает величину отражений в системе, является коэффициент возвратных потерь, измеряемый в децибелах. Показатели возвратных потерь определяют степень влияния отражения на качество передачи в оконечных точках системы. Для кабеля существенными являются возвратные потери во внутренней структуре, но ими можно пренебречь. Для приборов существенны значения возвратных потерь по входу и по выходу.

Если задержанный по времени сигнал действует на вход ТВ приемника вместе с первичным сигналом, то задержка выражается в горизонтальном смещении задержанного изображения. При оценке влияния отражения на качество изображения должны учитываться как соотношение амплитуд первичного и отраженного сигналов, так и сдвиг фаз между первичным и отраженным сигналами. Сдвиг фаз зависит от соотношения длины волны передаваемого сигнала и пройденного им расстояния. Вероятность точного равенства расстояний, при котором отражения становятся помехой, в реальных системах мала. Обычно в кабельной системе присутствует множество отражений от разных точек, причем уровни сигналов в этих точках могут меняться очень существенно. В некоторых случаях, когда суммарное отражение растет очень сильно, существует возможность перераспределения ответвленной нагрузки для ограничения отражений. Однако, в большинстве случаев достаточно просто использовать приборы показатели возвратных потерь которых соответствуют стандарту.

Наверх
Создание Интернет-магазина Tvbs.ru - PHPShop. Все права защищены © 2004-2018.