Назначение и классификация усилителей

Рассмотрим активные компоненты (усилители) кабельных систем передачи, определим их назначение и основные функции. Будут рассмотрены типы усилителей сетей КТВ, предъявляемые к ним требования, конструктивные особенности усилителей и те основные технические характеристики, которые производитель должен указывать в спецификации усилителя. Инженерный подход к выбору усилителей должен базироваться на условии обеспечения установленного стандартом качества обслуживания в системе по критерию минимизации затрат. Этот критерий, интерпретированный в соответствии с требованиями стандарта, позволяет разработчику избежать ошибок при выборе оборудования и проектировании кабельной сети.

Любой усилитель, как подразумевает само название, предназначен для подачи на его вход слабых сигналов (с малой амплитудой) и получения на его выходе тех же сигналов, но с более высокой амплитудой. В коаксиальных кабельных системах усилитель служит для компенсации потерь передачи в линейном тракте, а на частотах передачи, обычно используемых в системах КТВ, потери передачи таковы, что усиление сигнала требуется довольно часто на протяжении маршрута системы. Реальные системы КТВ какого-либо значительного размера области обслуживания обязательно включают в себя последовательность соединенных блоков или звеньев, называемых каскадами. Соединение является последовательным, т.е., выход любого звена соединен со входом последующего звена посредством участка коаксиального кабеля некоторой длины.

Коротко сформулируем особенности использования усилителей, которые уже были рассмотрены в предыдущих главах. Любой усилитель является активным, т.е. потребляющими электроэнергию, прибором, так как для восстановления уровня сигнала необходимо подать на усилитель некоторое питающее напряжение. Ключевой особенностью каждого усилителя является то, что кроме полезной функции (усиления сигнала) он ухудшает качество проходящего через него сигнала. Ухудшение заключается в нелинейных искажениях сигнала и увеличении шума в полосе его передачи. В каскаде усилителей ухудшение качества передачи накапливается, складываясь в логарифмическом масштабе. Каскад, как правило, создается из однотипных усилителей. Исходя из допустимой стандартом степени ухудшения качества и указанных в спецификации данного усилителя качественных показателей искажений и шума, разработчик рассчитывает уровни передачи сигнала во всех точках кабельной сети и определяет ее возможную протяженность. Другими словами, использование усилителей для расширения кабельной сети ограничено нормативными значениями показателей качества передачи. Качественные показатели, указываемые производителем в спецификации, определяются типом и моделью (конструкцией) выбранного усилителя.

Существует несколько типов усилителей, предназначенных для включения в разных точках кабельной системы КТВ и имеющих различные функции и технические характеристики. Основные технические требования к усилительным устройствам кабельных сетей и изложены в стандарте EN 50083-3. Усилители системы КТВ можно классифицировать разными способами. Одна из классификаций разделяет все усилительные устройства на два больших класса. Усилители первого класса предназначены для создания протяженных каскадов (магистралей), а усилители второго класса предназначены для включения в магистральных ответвлениях, имеющих ограниченную протяженность (домовые сети). Эта классификация является не требованием, а скорее рекомендацией стандарта для производителей усилительного оборудования и разработчиков кабельных сетей. Исходя из нее разработчик имеет возможность выбора подходящего оборудования для обеспечения сигналом требуемого качества всей обслуживаемой области при минимальных затратах на оборудование, оптимизируя соотношение цена-качество. Согласно другой классификации усилители делятся на узкополосные (канальные) и широкополосные (диапазонные). Канальные усилители являются частью комплекса оборудования головных станций, а канальные и диапазонные антенные (мачтовые) усилители, устанавливаются на приемных окончаниях радиорелейных звеньев системы. Усилители магистральных каскадов и магистральных ответвлений должны быть только широкополосными.

Исходя из наиболее общих различий по функциональному назначению, все усилители можно разделить на три группы:

• магистральные усилители (транковые);
• распределительные усилители (фидерные);
• антенные усилители (мачтовые).

 
Антенные усилители устанавливаются на выходе приемного антенного комплекса перед входом головной станции для усиления слабого эфирного сигнала (НТВ или СТВ), подаваемого на вход головной станции, при условии получения как можно большего отношения C/N. Для этого антенный усилитель должен иметь очень малый коэффициент шума и расширенный приведенный динамический диапазон.

При создании распределительной кабельной сети используются первые два типа усилителей. Магистральные усилители также называются транковыми, от английского "trunk" (магистраль). Магистральные усилители, в свою очередь, делятся на линейные и мостовые. Линейные магистральные усилители предназначены исключительно для каскадирования. С их помощью требуемый уровень сигнала поддерживается в магистральных направлениях, распространяющих сигнал от узловых станций на довольно большие расстояния. Мостовые магистральные усилители могут быть включены в магистральном каскаде, но, кроме того, имеют дополнительный выход для подключения магистрального ответвления, те есть выполняют функцию первого усилителя в фидере. Распределительные усилители называются также фидерными или усилителями линейного расширения. Они предназначены для доведения сигнала с требуемым уровнем до всех абонентских точек в домовой распределительной сети и могут обслуживать многоквартирный дом или несколько близкорасположенных небольших зданий. Как правило, один фидерный усилитель устанавливается на целый многоквартирный дом, поэтому фидерные усилители еще называют домовыми. Фидерные усилители могут выполнять, кроме усиления, функцию распределения сигнала по нескольким направлениям (например, по стоякам многоквартирного дома), поэтому одной из характеристик фидерного усилителя является количество активных выходов.

Домовые и магистральные усилители различаются рабочими характеристиками и стоимостью. Качество сигнала в магистрали должно быть очень высоким, а протяженность ее может быть довольно большой, поэтому магистральные усилители характеризуются очень высокими качественными показателями. Домовые усилители имеют более простую структуру, менее высокие показатели качества передачи и, следовательно, меньшую стоимость. В некоторых, универсальных, устройствах функции магистрального и домового усилителя совмещены и их включение возможно как на магистральном участке, так и на участке домовой распределительной сети. Стоимость таких усилителей обычно выше. Усилители обоих типов содержат в основном одни и те же структурные блоки, но в их структурах есть и различия. Далее рассмотрим обобщенные структурные схемы усилительных устройств, выделим обязательные для любого усилителя блоки и определим отличительные особенности каждого типа усилителей.