有線電視傳輸線阻抗設置問題研討

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本文作者：唐殿寶 單位：沈陽傳媒網絡有限公司

從傳輸線等效電路看出，阻抗是電阻、容抗及感抗在向量上的和。用途較廣的兩種同軸電纜，一種是用于數字基帶信號傳輸的特性阻抗50Ω的基帶同軸電纜，另一種就是用于射頻調制信號傳輸的特性阻抗75Ω的頻帶同軸電纜，二種同軸電纜相似，但不能互換使用。在高頻時，傳輸線本身是一種分布參數電路，如圖2是無損耗情況下的傳輸線的等效電路。傳輸線上的波一般為入射波和反射波的疊加，波的反射現象是最基本的物理現象。

傳輸線的工作狀態與負載有關，傳輸線有三種工作狀態。一是當負載與傳輸線特性阻抗相等時，負載吸收全部入射波功率而沒有反射，這時傳輸線中只有去向負載的單向行波，傳輸線工作在行波狀態。二是當終端開路或者是短路狀態下，負載不吸收有功功率，入射波的功率全部由反射波帶回，傳輸線工作在駐波狀態。還有就是行駐波狀態，這時負載吸收入射波的部分功率，其余部分反射回去，傳輸線上有行波分量也有駐波分量，負載與傳輸線特性阻抗不完全匹配，大多數情況下傳輸線都工作在這種狀態之下。在第一種工作狀態時，負載與傳輸線特性阻抗相匹配，稱阻抗匹配，反之稱為阻抗失配。阻抗匹配在高頻傳輸及網絡日常維護中至關重要。綜上所述，阻抗匹配是有線電視網絡中最常見的工作狀態，它反映了網絡中設備，器材及傳輸電纜之間的功率傳輸關系。當線路實現阻抗匹配時，將獲得最大的功率傳輸。反之，當電路阻抗失配時，不但得不到最大的功率傳輸，還可能對傳輸信號產生損傷，甚至損壞傳輸器件。傳輸線上的材料之間的介電常數的任何變化都會導致特性阻抗的變化，從而引起阻抗失配引起信號的反射。

阻抗匹配常出現在各級放大器之間，放大器與負載之間，無源器件之間，測量設備和所測線路之間，EOC設備與分配網絡之間等等。實際工作中電纜連接器件及轉換接頭的氧化接觸不良，電纜的彎折變形，終端負載缺失等都是引起阻抗失配的原因。掌握了信號反射的原理，有助于日常的網絡運行和維護工作，高頻段相比低頻段更容易產生反射導致功率損耗，降低信號傳輸效率。若使信號能夠有效地傳輸，必須使線路工作在阻抗匹配狀態，即放大器的內阻等于下級線路的輸人阻抗，線路的輸出阻抗等于所接負載的阻抗。在實際的線路中，常會遇到信號源與放大電路或放大電路與負載的阻抗不相等的情況。阻抗的匹配與否關系到所傳輸信號的質量優劣，甚至是某些頻點丟失。

傳輸線路上某處匹配不良，會造成信號在傳輸線上的反射，這樣到達數字電視機頂盒的信號就不只是入射波還有反射波存在，它們之間存在一定時間差。在高頻傳輸時，在同軸電纜中入射波和反射波同時傳輸時，其幅度按矢量相加。當兩者的時差使相位改變2π弧度時兩者同相，其幅度相加，這有可能會使放大器進入非線性工作區域，產生非線性失真；當兩者相位相差π時，相位相反，其幅度相抵消，引起傳輸鏈路中某些點或區域的幅頻特性嚴重不平。相位相反也會引起信號幅度下降，使C/N降低。上述情況均能引起數字電視誤碼率升高，在頻譜儀上則可看到被干擾頻道的頻譜頂部不再是平坦狀，而是凹凸不平，出現明顯的起伏或傾斜。當反射波在同頻不同相時，則擾亂了QAM的相位。QAM調制信號的幅度和相位捎帶有數字信息，入射波和反射波都調制著同一信號的碼流信息，它們將會以不同的相位疊加，特別是高階的64QAM對鏈路的相位特性十分敏感。相位的準確性會影響解碼時對符號的正確判定，雖然這時用戶電平基本正常或變化不大，但隨之而來的是其誤碼率升高了，接收的圖像會出現馬賽克或停頓現象。

HFC有線電視網絡干線系統采用光纖傳輸，特別是EPON網絡，干線系統無源，干線網絡穩定安全，維護簡單。而EOC技術的使用，仍利用原有的分配網絡，分支器和分配器是分配網絡中最常見和使用最多的器件。分支器和分配器不僅具有功率信號的分配功能，更重要的是它在分配信號的同時，對端口的設備起到阻抗匹配的作用。這在高頻網絡中非常重要。分配器由于結構上的原因，分配器只有在各路輸出都接有標準阻抗75Ω時，在分配器的輸入口才能呈現與標準阻抗相等的輸入阻抗，這時分配器才具有匹配、隔離的特性。分配器如果有一個輸出口開路或短路，分配器的性能就會產生變化，導致所傳輸信號強烈的反射，致使信號指標劣化。如果傳輸模擬信號就會產生重影，如果傳輸的是數字信號會使誤碼率增加，出現馬賽克，嚴重時會出現“斷崖效應”，甚至黑屏，導致服務中斷。實際使用中分配器如果存在空口必須接上75Ω終端負載，以確保各個端口的阻抗匹配。分支器也叫定向耦合器，在一路主信號輸出情況下，耦合分出一部分低于主輸出的一路或幾路相等的信號電平，具有很好的隔離性，因此分支器只要在主輸出口接有75Ω阻抗的同軸電纜或終端負載，分支口開路或短路對輸入口網絡的阻抗匹配性能影響不大。