有线电视传输线阻抗设置问题研讨

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本文作者：唐殿宝 单位：沈阳传媒网络有限公司

从传输线等效电路看出，阻抗是电阻、容抗及感抗在向量上的和。用途较广的两种同轴电缆，一种是用于数字基带信号传输的特性阻抗50Ω的基带同轴电缆，另一种就是用于射频调制信号传输的特性阻抗75Ω的频带同轴电缆，二种同轴电缆相似，但不能互换使用。在高频时，传输线本身是一种分布参数电路，如图2是无损耗情况下的传输线的等效电路。传输线上的波一般为入射波和反射波的叠加，波的反射现象是最基本的物理现象。

传输线的工作状态与负载有关，传输线有三种工作状态。一是当负载与传输线特性阻抗相等时，负载吸收全部入射波功率而没有反射，这时传输线中只有去向负载的单向行波，传输线工作在行波状态。二是当终端开路或者是短路状态下，负载不吸收有功功率，入射波的功率全部由反射波带回，传输线工作在驻波状态。还有就是行驻波状态，这时负载吸收入射波的部分功率，其余部分反射回去，传输线上有行波分量也有驻波分量，负载与传输线特性阻抗不完全匹配，大多数情况下传输线都工作在这种状态之下。在第一种工作状态时，负载与传输线特性阻抗相匹配，称阻抗匹配，反之称为阻抗失配。阻抗匹配在高频传输及网络日常维护中至关重要。综上所述，阻抗匹配是有线电视网络中最常见的工作状态，它反映了网络中设备，器材及传输电缆之间的功率传输关系。当线路实现阻抗匹配时，将获得最大的功率传输。反之，当电路阻抗失配时，不但得不到最大的功率传输，还可能对传输信号产生损伤，甚至损坏传输器件。传输线上的材料之间的介电常数的任何变化都会导致特性阻抗的变化，从而引起阻抗失配引起信号的反射。

阻抗匹配常出现在各级放大器之间，放大器与负载之间，无源器件之间，测量设备和所测线路之间，EOC设备与分配网络之间等等。实际工作中电缆连接器件及转换接头的氧化接触不良，电缆的弯折变形，终端负载缺失等都是引起阻抗失配的原因。掌握了信号反射的原理，有助于日常的网络运行和维护工作，高频段相比低频段更容易产生反射导致功率损耗，降低信号传输效率。若使信号能够有效地传输，必须使线路工作在阻抗匹配状态，即放大器的内阻等于下级线路的输人阻抗，线路的输出阻抗等于所接负载的阻抗。在实际的线路中，常会遇到信号源与放大电路或放大电路与负载的阻抗不相等的情况。阻抗的匹配与否关系到所传输信号的质量优劣，甚至是某些频点丢失。

传输线路上某处匹配不良，会造成信号在传输线上的反射，这样到达数字电视机顶盒的信号就不只是入射波还有反射波存在，它们之间存在一定时间差。在高频传输时，在同轴电缆中入射波和反射波同时传输时，其幅度按矢量相加。当两者的时差使相位改变2π弧度时两者同相，其幅度相加，这有可能会使放大器进入非线性工作区域，产生非线性失真；当两者相位相差π时，相位相反，其幅度相抵消，引起传输链路中某些点或区域的幅频特性严重不平。相位相反也会引起信号幅度下降，使C/N降低。上述情况均能引起数字电视误码率升高，在频谱仪上则可看到被干扰频道的频谱顶部不再是平坦状，而是凹凸不平，出现明显的起伏或倾斜。当反射波在同频不同相时，则扰乱了QAM的相位。QAM调制信号的幅度和相位捎带有数字信息，入射波和反射波都调制着同一信号的码流信息，它们将会以不同的相位叠加，特别是高阶的64QAM对链路的相位特性十分敏感。相位的准确性会影响解码时对符号的正确判定，虽然这时用户电平基本正常或变化不大，但随之而来的是其误码率升高了，接收的图像会出现马赛克或停顿现象。

HFC有线电视网络干线系统采用光纤传输，特别是EPON网络，干线系统无源，干线网络稳定安全，维护简单。而EOC技术的使用，仍利用原有的分配网络，分支器和分配器是分配网络中最常见和使用最多的器件。分支器和分配器不仅具有功率信号的分配功能，更重要的是它在分配信号的同时，对端口的设备起到阻抗匹配的作用。这在高频网络中非常重要。分配器由于结构上的原因，分配器只有在各路输出都接有标准阻抗75Ω时，在分配器的输入口才能呈现与标准阻抗相等的输入阻抗，这时分配器才具有匹配、隔离的特性。分配器如果有一个输出口开路或短路，分配器的性能就会产生变化，导致所传输信号强烈的反射，致使信号指标劣化。如果传输模拟信号就会产生重影，如果传输的是数字信号会使误码率增加，出现马赛克，严重时会出现“断崖效应”，甚至黑屏，导致服务中断。实际使用中分配器如果存在空口必须接上75Ω终端负载，以确保各个端口的阻抗匹配。分支器也叫定向耦合器，在一路主信号输出情况下，耦合分出一部分低于主输出的一路或几路相等的信号电平，具有很好的隔离性，因此分支器只要在主输出口接有75Ω阻抗的同轴电缆或终端负载，分支口开路或短路对输入口网络的阻抗匹配性能影响不大。