《有线数字电视技术》课件第2章

第2章模拟有线电视技术基础2.1有线电视技术的基础知识2.2模拟有线电视网络的基本组成2.3CATV网络系统常用设备、器件、器材及部件介绍 2.1有线电视技术的基础知识

2.1.1电视频道的频带宽度

众所周知，要使多套电视节目同时在空间或同一条电缆中传送，必须将它们分别调制到不同频率的高频载波上，这样电视接收机才能通过将高频头调谐到不同的频率来实现每一套节目的正确接收。也就是说，不同的电视节目在传送时必须被安排到一个个不同的“频道”上。由于无线电频率资源有限，不可能给一个电视频道太宽的频带，因而地面电视广播中视频信号的调制都采用残留边带调幅(VSB-AM)方式，而卫星电视则采用调频方式。让我们回顾一下VSB-AM高频电视信号的形成过程，如图2-1所示。

所谓残留边带调幅，即是用普通的双边带调幅方式，把带宽为6MHz的视频信号调制到图像载频ƒv上，得到带宽为12MHz的双边带调幅信号，再让该双边带信号通过一个残留边带滤波器，把下边带的绝大部分滤去，最后保留上边带的全部及下边带的少部分信号。同双边带传送相比，残留边带传送方式所占用的频带要小得多，只有上边带的6MHz，加上下边带的1.25MHz，共计7.25MHz。再加上给伴音信号留的0.5MHz的带宽(伴音副载波的频率为ƒv + 6.5MHz)，一个频道只需8MHz，因为把12MHz带宽减少到了8MHz，所以可容纳更多的频道。当然，若采用单边带传送，即把下边带全部去掉，则频带会更窄，也不会失去视频信号中的任何信息，但这种方式失真大，对滤波器的要求高，技术上较困难。图2-1VSB-AM高频电视信号的形成示意图2.1.2地面电视广播的频道配置

地面电视广播能够使用的无线电频率主要有48.5～108MHz，167～223MHz，470～566MHz，606～958MHz四个频段。我国规定的开路电视频道的具体配置方案见表2-1。

从表2-1可以看出，我国原来规定的开路电视频道一共有68个，但第5频道与调频广播使用的频段重叠，一般不再使用。目前，广播电视实际使用的频道只有47个(1～4，6～48)，其中每个频道的带宽都是8MHz，其频率范围由ƒv-1.25MHz到ƒv+6.75MHz，其中ƒv是图像载波频率，而伴音副载波频率ƒa比图像载波频率高6.5MHz。表2-1中的1～12频道属于甚高频(VHF)频段，13～68频道属于特高频(UHF)频段。此外，还有专用于调频广播的频段，其频率范围为87～108MHz。综合开路电视与调频广播的频率分布可知，在VHF频段，可分成三个部分：

VⅠ频段为1～4频道，频率范围为48.5～84MHz，但3、4频道之间有3.5MHz的频率间隔(主要是为了避开电视中频38MHz的二次谐波干扰)。在VⅢ频段，有6～12频道，频率范围为167～223MHz；调频广播则位于VⅠ和VⅢ之间。在UHF频段，则分成两个部分：UⅣ频段为13～24频道，频率范围为470～566MHz；UⅤ频段为25～68频道，频率范围为606～958MHz。所有这些频道的序号都是连续排列的，但其中某些序号相邻的频道的频率却相差很多(如CH12与CH13)。这68个频道的频谱分布如图2-2所示。图2-2电视频道的频谱分布图2.1.3有线电视系统的频率划分和频道配置

早期的有线电视系统完全是地面开路电视的公共接收系统，因而当时的有线电视系统中采用的频道配置方案也完全照搬了开路的频道设置，这就是当时的所谓“全频道系统”。随着有线电视的发展，全频道方案已经不能满足要求，人们开始寻求一种更能体现有线电视特点的方案。在能体现有线电视特点的方案中，除需考虑到与开路电视的兼容，即把开路的频道设置完整保留(称为有线电视的标准频道)外，还要开发利用有线电视独有的可用频道(称为有线电视的增补频道)。从图2-2中可以看出，在调频广播与6频道之间有59MHz的间隔，在12频道与13频道之间有247MHz的间隔，在24频道与25频道之间有40MHz的间隔。这些频率被分配给邮电、军事等通信部门(例如，我国寻呼机全国联网与区域联网的频率为152.650MHz、151.350MHz及150.725MHz等)，开路电视信号不能采用，否则会造成电视与通信的互相干扰。由于有线电视系统是一个独立的、封闭的系统，一般不会与通信造成互相干扰，因此可以采用这些频率来扩展节目的套数，这就是有线电视系统中的增补频道。在5频道和6频道之间，除调频广播外，还有59MHz的间隔，可以传7套电视节目，我们选择111～167MHz这个范围，并分别命名为增补1频道～增补7频道；在12频道和13频道之间有247MHz的间隔，也可以增加30个增补频道，分别命名为增补8频道～增补37频道；在24频道和25频道之间有40MHz的间隔，可以增加5个增补频道，分别命名为增补38频道～增补42频道。这样，对于单向有线电视系统而言，300MHz的邻频系统拥有28个频道资源(12个标准频道，16个增补频道)，即如果系统的最高传输频率为300MHz，则最多可以传送28套模拟电视节目；450MHz的邻频系统拥有47个频道资源(12个标准频道，35个增补频道)，或者说450MHz邻频系统的系统传输容量为47个频道；同样，550MHz邻频系统的系统容量为59个频道(22个标准频道，37个增补频道)；750MHz邻频系统的系统容量为84个频道(42个标准频道，42个增补频道)；862MHz邻频系统的容量为98个频道(56个标准频道，42个增补频道)。在双向有线电视系统中，由于同轴电缆分配网实现双向传输时只能采用频分复用的方式，因此系统中必须考虑上、下行频率的分割问题。过去，为了确保下行的频率资源得到充分利用，我们通常采用“低分割”方案，即5～30MHz上行，30～48.5MHz为过渡带，48.5MHz以上全部用于下行传输，频道资源可以得到最充分的利用。随着有线电视综合业务的逐渐开展，“低分割”方案的上行带宽已经显得越来越不够，可能出现“信道拥塞”的情况；另外，上行信道在频率低端严重的噪声积累现象使该频段的利用也受到了限制，进一步凸现了上行带宽的不足。于是，双向系统需要考虑采用上、下行频率的“中分割”方案，才可能真正开展双向业务。行标GY/T106-1999规定，上行频率范围为5～65MHz，过渡带为65～87MHz，这样，下行传输便只能从87MHz开始，原来的DS1～DS5频道只好忍痛割爱了。因此，750MHz双向系统所拥有的下行频道资源实际上应为79个频道(37个标准频道，42个增补频道)；862MHz的双向系统所拥有的下行频道资源实际上应为93个频道(51个标准频道，42个增补频道)。详细的频率分割和频道配置方案见表2-2和表2-3所示。2.1.4电磁波传输的基本概念

1．电磁波的基本概念

无线电系统(例如广播、通信、电视)都是利用电磁波来传递信息的。在广播电视系统中，必须首先将视频信号调制在高频载波上，然后把调制后的高频(射频)电视信号放大，并通过发射天线转换为电磁波辐射到空间，传播到四面八方的电视用户那里。当把高频电流送入天线导体时，高频电流在导体周围产生变化的磁场，变化的电场和磁场便以馈电导体为中心，以周围的空气为媒介向远处传播，这种传播具有波动特性，所以称为电磁波。在自由空间里，电磁波的电场方向与磁场方向是互相垂直的，且朝着与电场和磁场都互相垂直的方向传播。如图2-3(a)所示，电磁波的电场方向为x轴，磁场方向为z轴，电磁波的传播方向为负y轴，该图进一步说明了电磁波传播的基本原理。极化是电磁波的一个重要概念。电磁波在空间传播时，电场矢量和磁场矢量在空间具有一定的取向，这种现象就称为电磁波的极化。通常我们以电磁波的电场矢量的方向作为波的极化方向，在此方向上电场强度最大(在垂直于传播方向的平面上，由电场矢量端点的轨迹呈线状、圆形或椭圆形，极化可分为线极化、圆极化、椭圆极化)。在工程上，通常以大地作为参照标准平面，把电场方向与大地平面相平行的电磁波称为水平极化波，如图2-3(a)所示；把电场方向与大地平面相垂直的电磁波称为垂直极化波，如图2-3(b)所示。图2-3电磁波的传播及电磁波的极化电磁波在真空和大气中的传播速度近似于光速，即300000km/s。电磁波相邻两对应点(如同一相位的波腹)的空间距离为电磁波的波长，其速度v和波长λ之间的比值为电磁波的频率f，三者之间的关系为因此，可以按波长和频率对电磁波划分波段，不同的波段，用途也不同。根据电磁波理论，只有当天线的几何尺寸大到可以和电磁波波长相比拟时，天线才能有效地辐射电磁波。受实际天线尺寸的限制，电磁波发射必须提高到高频频段。

2.电磁波的波段划分

随着科技的发展，作为一种自然资源，电磁波的应用频率范围已十分宽广。国际上把电磁波的整个频率范围划分为许多波段，各波段的频率范围、对应的波长和波段名称见表2-4。

3.电磁波的发射和接收

在广播电视系统中，天线是实现高频电流(或电压)与电磁波相互转换的装置。天线可分为发射天线和接收天线。发射天线是将高频电流(或电压)转换为电磁波并向空间传播出去；接收天线则是将空间接收到的电磁波转换成在传输线中传输的高频电流(或电压)。因此，无论发射天线还是接收天线，都属于能量变换器，具有可逆性，即一副天线既可以作为发射天线使用，也可以作为接收天线使用，且参数保持不变。电磁波的极化方向取决于发射天线的放置方向。当发射天线平行于地面放置时，电磁波中的电场方向也平行于地面，所辐射的电磁波就是水平极化波；当发射天线垂直于地面放置时，电磁波中的电场方向也垂直于地面，所辐射的电磁波就是垂直极化波。因此，在接收端，为了接收到较强的电磁波，接收天线的放置方向必须与发射天线放置的方向一致。当电磁波为水平极化波时，接收天线应水平放置；当电磁波为垂直极化波时，接收天线应垂直放置。2.1.5高频传输线的基本概念

1.传输线

传输线是有线传输电磁波的传输媒体。

CATV系统就是用同轴电缆等作为传输线，把各种设备、部件连接起来而构成的电视信号传输系统。CATV系统中传输的是高频信号，它所采用的传输线是高频传输线。高频电磁波在自由空间传播过程中，沿传播途径的分布具有波动性。同样，高频电磁波在传输线中传播的过程中，当传输信号频率较高，其波长可以与传输线的长度相比拟时，例如传输线的长度等于信号波长，或等于一个波长，则传输线就成为了“长线”，在某一瞬间的传输过程中，传输信号的电压(电流)将沿线起伏分布，即呈现“波动状态”。由于电压(电流)起伏分布，也就是说传输线的特性参数需采用分布参数来描述，因此一般表示为分布电阻R、分布电感L、分布电容C和分布电导G。

在无限长的传输线中，这四个特性参数如果能保持处处相等，则这样的传输线称为均匀传输线。在这四个特性参数中，分布电感L、分布电容C表征传输线存储磁能和电能的作用，分布电阻R、分布电导G表征传输线对所传能量的损耗。对于分布电阻R、分布电导G引起能量损耗大而不能忽略的传输线，称为有损传输线，而能量损耗可以忽略不计的传输线称为无损传输线。在运用传输线的过程中，因其终端所接负载不同而呈现以下一些重要特性：

(1)所接负载等于传输线的特性阻抗，在无限长的传输线的任何一点的输入阻抗Zi等于特性阻抗Zc，这时传输线只有入射波而无反射波，使传输呈行波状态，输入的能量全部为负载吸收。

(2)当传输线终端短路(称为短路线)时，其输入阻抗随长度发生以下变化：

(3)当传输线终端开路(简称开路线)时，其情况与上述短路线情况相反。

(4)当传输线接任意负载时，其输入阻抗Zi一般呈复数阻抗，在传输线上既有入射波又有反射波，两个分量相叠加形成分布电压(或电流)曲线。只有在电压波峰或电压波谷点，输入阻抗Zi才呈现为纯电阻。

2.阻抗匹配

我们知道，当信号源的内阻抗等于负载阻抗时，负载可获得信号源最大功率值。这种情况称之为阻抗匹配。阻抗匹配是实现信号源供给负载最大功率的条件。

高频信号在传输线上是以波的方式传播的，但阻抗匹配时，传输线上只有入射波而没有反射波，此时电压(电流)沿线分布为行波状态。入射波在传输线各处的电压幅度相等。2.1.6分贝比与电平的概念

1)分贝比

在有线电视系统和卫星接收系统中，各点的电压和功率相差很大。例如，从电视接收天线上得到功率的数量级可小到10-2μW，而高输出放大器的输出功率却能达到104μW，两者相差100万倍，在卫星接收系统中，这个差别甚至可以达到100亿倍。这样大的差别，要用乘除法来计算其中某一级的增益、衰减等很不方便。为了简化这种运算，人们采用分贝比来表示系统中两个功率(或电压)大小的区别，这不仅简化了数字表示方法，而且原来需要用乘除法的地方改为加减法来计算，用起来非常方便。设某四端网络的输入功率为P1，输入电压为U1，输入阻抗为Z1，输出功率为P2，输出电压为U2，输出阻抗为Z2，如图2-4所示。图2-4四端网络示意图这时，输出、输入功率比P2/P1可能是一个很大的数(例如1000000)，电压比就更大了(为1000000000000)，使用起来很不方便。若将这个功率比取对数，变为lg(P2/P1)，则为一个较小的数6，显然要方便得多。人们定义这个对数的单位为贝尔，于是，可以说该四端网络的功率增益为6贝尔。但在实际中发现，贝尔这个单位太大，例如当功率比为2时，用对数来表示的增益仅为0.3贝尔，使用起来也不方便。因此，就把贝尔的十分之一作为一个新的实用单位，称之为分贝(用dB来表示)。

两个功率P2和P1的分贝比定义为其单位用分贝(dB)来表示。利用分贝比可以表示有线电视系统的增益、衰减、交调比、互调比、载噪比等。例如，功率放大倍数为10000的放大器的增益，用分贝比来表示为将一个功率P1均分成两份的理想分配器，则每一路输出功率为P1/2，用分贝比来表示，该分配器的衰减为因为有线电视系统的输入、输出阻抗都为75Ω，Z2 = Z1，利用公式所以电压比可用分贝比表示为

2)电平

当需要表示系统中的一个功率(或电压)时，不能用分贝比，而可利用电平来表示。

系统中某一点的电平是指该点的功率(或电压)对某一基准功率(或基准电压)的分贝比，即显然，基准功率(即P=P0)的电平为零。对同一个功率，选用不同基准功率P0(或基准电压U0)时所得电平数值不同，故后面要加上不同的单位。若以1W为基准功率，则功率为P时对应的电平为10lg(P/1W)，单位记为分贝瓦(dBW)。例如功率为1W时，电平为0dBW；功率为100W时，电平为20dBW；功率为100mW时，对应的电平为已知系统中某点的电压，也可用dBW来表示该点的电平。例如某输入端的电压为100mV，系统的输入阻抗为75Ω，则其输入功率为对应的电平为若以1mW为基准功率，则功率为P时对应的电平为10lg(P/1mW)，单位记为分贝毫瓦(dBm)。例如功率P为1W时，电平为30dBm；功率为1mW时，电平为0dBm；功率为1μW时，电平为-30dBm；电压为1mV时，对应的功率为对应的电平为若以1mV作为基准电压，则电压为U时对应的电平为20lg(U/1mV)，单位记为分贝毫伏(dBmV)。例如电压为1V时，对应的电平为60dBmV；电压为1μV时，对应的电平为-60dBmV；功率为1mW时，电压为对应的电平为若以1μV为基准电压，则电压为U时对应的电平为20lg(U/1μV)，单位记为分贝微伏(dBμV)。例如电压为1mV时，电平为60dBμV；电压为100mV时，电平为100dBμV；功率为1mW时，电压为对应的电平为电平的四个单位dBW、dBm、dBmV、dBμV之间有一定的换算关系。表2-5所示为左边的原单位变换为上边的新单位时需要增加的数值。

利用表2-5可以方便地把电平由一种单位转换为另一种单位。例如要把115dBμV转换为其他单位表示，可利用表中最后一行：转换为dBW时用第一列数 -138.75，即用原来的数加 -138.75，得 -23.75，说明115dBμV相当于-23.75dBW。类似地，115dBμV相当于115-108.75=6.25dBm，相当于115-60=55dBmV。若把dBmV转换为其他单位，则应用第三行；若把dBm转换为其他单位，则应用第二行；若把dBW转换为其他单位，则应用第一行。2.2模拟有线电视网络的基本组成

2.2.1概述

有线电视系统是一个复杂的完整体系，它由各种各样的具体设备和器件按一定的方式组合而成。从功能上来说，任何有线电视系统无论其规模大小如何、繁简程度怎样，都可抽象成如图2-5所示的物理模型，也就是说，任何有线电视系统均可视为由信号源、前端、传输系统、用户分配网四个部分(或称四个功能模块)组成。图2-5有线电视系统的物理模型图2-5中，信号源是指提供系统所需各类优质信号的各种设备；前端则是系统的信号处理中心，它将信号源输出的各类信号分别进行处理，并最终混合成一路复合射频信号提供给传输系统；传输系统将前端产生的复合信号进行优质、稳定的远距离传输；用户分配网则准确高效地将传输信号分送到千家万户。有线电视系统有多种分类方法，按用户数量可分为A类系统(10万户以上的系统)、B类系统(2000～10000户的系统)和C类系统(300～2000户)，300户以下属小型系统；按干线传输方式可分为全电缆系统、光缆与电缆混合系统、微波与电缆混合系统、卫星电视分配系统等；按照是否利用相邻频道，可分为非邻频传输系统与邻频传输系统，其中，非邻频传输系统可按工作频段分为VHF系统、UHF系统和全频道系统，邻频传输系统按最高工作频率又可分为300MHz系统、450MHz系统、550MHz系统、750MHz系统、1000MHz系统等。此外，还有单向系统与双向系统之分。2.2.2传统有线电视系统的基本组成

一般来说，不同的系统在具体的组成上差异很大，主要取决于系统规模的大小、节目套数的多少、功能应用的情况等诸多因素。为了帮助读者建立起系统的整体概念并获得直观的认识，下面以图2-6所示的传统有线电视系统的基本组成进行讨论。图2-6传统有线电视系统的基本组成

1)信号源

传统有线电视系统的节目来源通常包括多个卫星转发的卫星电视信号、当地电视台发送的开路电视信号、当地微波站发射的微波电视信号、其他有线电视网通过某种方式传输过来的电视信号、自办电视节目、自办或转播的视/音频节目等，接收或产生这些节目信号的设备共同组成了系统的信号源部分。这些设备包括：

(1)用于开路广播电视接收的高增益接收天线(通常是多单元强方向性的八木天线)。为了接收中央、省、地、市台向空中发射的广播电视节目，有线电视台必须有高质量的电视接收天线和调频广播接收天线。一般说来，在接收VHF频段的电视节目时，要采用单频道天线，即一副天线只接收一个频道的节目；在接收调频广播和UHF频段的电视节目时，则可采用频段天线，即由一副天线接收频率相差不大的几个频道的节目。要注意天线的质量和安装天线的位置，以及天线同电缆的匹配连接，对电视台较远、信号较弱的频道，需要在天线杆上加装天线放大器，对所接收的信号进行预放大，以改善系统的载噪比指标。对那些信号很弱、干扰较强的频道，则可由几副天线组成天线阵，以进一步提高天线的增益和方向性。

(2)用于卫星电视接收的卫星地面接收系统。为了接收中央电视台和部分省级电视台通过卫星转发的电视节目以及中央人民广播电台通过卫星转发的调频广播节目，有线电视台必须要有口径为3～6m的抛物面卫星电视接收天线以及相应的馈源、高频头、卫星接收机等设备。一般说来，接收一个卫星的节目需要有一到两副抛物面天线、一至四个高频头(四个高频头分别用于接收C波段和Ku波段两种不同极化方式的节目)、若干个功分器和卫星接收机。卫星接收机的数量应大于所接收频道的数量，以保证一个频道有一台卫星接收机，并留有一定的备份。卫星接收机的类型主要有模拟接收机(FM)、数字接收机(DVB-S)和数字解扰专用接收机(用于中央电视台等加扰节目)。

(3)用于自办电视节目的自动播出系统，包括多台摄像机、电影电视设备、DVD播放设备、字幕机、切换矩阵、自动播出控制系统以及演播室、转播车等。

(4)用于接收其他有线网传送信号的相应设备，具体组成取决于传送方式。如采用微波(AML)，则需要微波接收天线和下变频器；如采用AM光纤，则需要光纤接收机；而如果采用数字光纤传送，则除了光纤接收机外，还需要有将相应数字信号转化为模拟视、音频信号的专门设备。

(5)用于微波电视信号接收的微波接收天线和微波接收机，用于接收FM广播节目的天线、接收机和用于自办FM节目的立体声放音设备、播出控制设备。

2)前端

前端是位于信号源和干线传输系统之间的设备组合。其任务是把从信号源送来的信号进行滤波、变频、放大、调制、混合等，使其适合在干线传输系统中进行传输。例如，对于当地强信号电视台发出的信号，一般要经过频率变换，把该频道的节目转换成其他频道，在线路中传输，以避免空中强信号直接窜入用户电视机而出现重影干扰。在VHF系统中，也需要把天线上接收到的UHF信号转换成VHF的标准频道或增补频道，以免传输时信号损失太大。从卫星接收机、微波接收机输出的视频、音频信号，以及自办广播电视节目中产生的视频、音频信号，还需要进行调制，使其变为高频信号，才能进入混合器，使各个不同的节目互不干扰地在线路中传送。在邻频传输系统中，还应采用高质量的频道处理器来处理要传输的信号，以避免相邻频道的干扰等。大型有线电视系统的前端不止一个，其中直接与系统干线或与作干线用的短距离传输线路相连的前端称为本地前端(相当于主前端)；经过长距离地面或卫星传输把信号传递给本地前端的前端称为远地前端(相当于本地前端的信号源前端)；设置于服务区域的中心，其输入来自本地前端及其他可能信号源的辅助前端，称为中心前端(相当于分前端)。一般说来，一个有线电视系统只有一个本地前端，但却可能有多个远地前端和多个中心前端。在本地前端中采用的邻频前端主要有两种类型。一是频道处理器型，即把电视接收天线收到的开路电视信号先下变频至图像载频为38MHz、伴音载频为31.5MHz的中频信号，然后经过中频处理器对信号进行处理，使之适合邻频传输的要求，最后经过一个上变频器，把经过处理的中频信号变为所要传输的高频信号。另一种类型是调制器型，即把天线收到的开路信号通过一个解调器变成视频和音频信号，再经过一个调制器变成中频信号，经过中频处理和上变频变为高频信号输出。这种方式的特点是前端的输出设备采用清一色的调制器，设备的一致性较好，便于定货、调试等。此时对开路信号的处理需要加装电视解调器，当采用标准解调器时，可采用视频处理技术来提高信号质量，使输出的视频、音频信号都是高质量的，与演播室质量相类似。但标准解调器的成本太高，若采用普通解调器，在解调过程中难免对信号质量产生损伤。在价格相同的情况下，调制器方式得到的信号质量比频道处理器型要稍差一些。

3)干线传输系统

干线传输系统的任务是把前端输出的高频复合电视信号优质、稳定地传输给用户分配网。其传输方式主要有光纤、微波和同轴电缆三种。

光纤传输是通过光发射机把高频电视信号转换至红外光波段，使其沿光导纤维传输，到接收端后，再通过光接收机把红外波段的光变回高频电视信号。光纤传输具有频带很宽(好的单模光纤带宽可达10GHz以上，因而可容纳更多的电视频道)、损耗极低(例如1.55µm波长的光纤传输1km的损耗仅为0.2dB)、抗干扰能力强、保真度高、性能稳定可靠等突出的优点。前几年，由于激光器和光导纤维的价格较贵，使光纤传输的应用受到限制。随着技术的进步，光纤传输设备的成本不断降低，当干线传输距离大于3km时，光纤的成本反而比电缆干线要低。故在干线传输距离大于3km的系统中，在传输方式上应首选光纤传输。微波传输是把高频电视信号的频率变到几GHz到几十GHz的微波频段，或直接把电视信号调制到微波载波上，定向或全方位向服务区发射，在接收端再把它变回高频电视信号，送入用户分配网。微波传输方式不需要架设电缆、光缆，只需安装微波发射机、微波接收机及收、发天线即可，因而施工简单、成本低、工期短、收效快，而且更改线路容易，所传输信号质量也较高。其缺点是容易受建筑物的阻挡和反射，产生阴影区或形成重影。由于雨、雪、雾等对微波信号有较大的衰减，因而给多雨、多雾、多雪地区的应用带来了不便。电缆传输是技术最简单的一种干线传输方式，具有成本较低、设备可靠、安装方便等优点。但因为电缆对信号电平损失较大，每隔几百米就要安装一台放大器，所以会引入较多的噪声和非线性失真，使信号质量受到严重影响。过去的有线电视系统几乎都采用同轴电缆传输，而现在一般只在较小系统或大系统中靠近用户分配系统的最后几公里中使用。

4)用户分配网

用户分配网的任务是把有线电视信号高效而合理地分送到户。它一般是由分配放大器、延长放大器、分配器、分支器、用户终端盒(也称系统输出口)以及连接它们的分支线、用户线等组成的。分支线和用户线通常采用较细的同轴电缆，以降低成本和便于施工。分配器和分支器是用来把信号分配给各条支线和各个用户的无源器件，要求有较好的相互隔离、较宽的工作频带和较小的信号损失，以使用户能共同收看、互不影响并获得合适的输出电平。分配放大器和延长放大器的任务是补偿分配网中的信号损失，以带动更多的用户。与干线放大器在中等电平下工作不同，分配放大器和延长放大器通常在高电平下工作，输出电平多在100dBµV以上。2.3CATV网络系统常用设备、器件、器材及部件介绍

2.3.1接收天线的介绍

接收天线是CATV信号系统的大门，它的作用是接收预定空间的电磁波能量，并将其转变成高频电流，经馈线传输给接收设备。

1)开路电视接收天线

开路电视接收天线的种类很多，按其接收频率的不同可分为三类：甚高频接收天线(1～12频道)、超高频接收天线(13～68频道)和全频道接收天线(1～68频道)。按此划分，常见天线的种类还可以细分为单频道接收天线、分频段接收天线、全频段天线和组合天线(也称复合天线)等。

常见开路电视接收天线的外形如图2-7所示。图2-7常见开路电视接收天线的外形图单频道接收天线又称专用频道天线，适合于中、近程距离接收。它具有增益高、方向性强、电压驻波比好等优点，并且可以针对每一个频道选择场强电平高、传播电波方向好的地方来设置。所以，目前CATV系统中普遍采用此种接收天线。

分频段接收天线一般分为甚高频低频段(1～5频道)、甚高频高频段(6～12频道)以及特高频段接收天线。它兼顾接收几个频道的信号，频带较宽，电气性能参数不如单频道接收天线好。由于UHF频段频率很高，接收天线目前多采用20单元或50单元的八木天线。其他结构形式，如对数周期天线、环形天线、鱼骨天线等用得较少。为了提高接收图像的质量，可根据接收电波的情况把甚高频的低频段和高频段接收天线组合在一起，或把甚高频低(高)频段天线和频道专用接收天线组合在一起，并与馈线和同轴电缆及混合器连接，就可用于全频道的接收，这种天线称为组合天线。组合天线仍能充分发挥频段专用天线的特性，所以比全频道天线的性能更好，尤其是大大改善了低频段的性能，因而最适于用作有线电视系统的接收天线。

天线放大器连接天线输出口，是一种低噪声放大器。其作用是放大微弱高频信号，提高天线输出端的信噪比。因此，天线放大器与天线匹配是很重要的。匹配有阻抗匹配和噪声匹配两种状态。阻抗匹配可获得最大信号功率输出，同时能减少因失配而产生的图像重影。噪声匹配可获得最小噪声功率、提高载噪比C/N。天线放大器的主要技术指标包括工作频率范围、增益、噪声系数、频道内增益幅度的平坦度、输入和输出阻抗、输入和输出电平、交扰调制等。那么、在共用天线电视系统中，应选用什么样的天线呢?这要视具体情况，根据接收频道、场强和电波传输方向来选择合适的天线。通常VHF频段在强场强区，中小规模的CATV系统可以使用单频道接收天线；UHF频段一般采用超高频频段天线；在弱场强区，可以采用组合天线；在干扰严重和因反射波引起重影的地方，除需选择单频道天线外，在特殊的频道可设置输入滤波器，以消除干扰，或采用抗重影天线消除重影。在电缆电视系统中，原则上不要使用宽频带天线。因为要兼顾较宽的频带，其性能指标不可能太好，而且几个发射台很难都在一个方向上，所以很难使每个频道都获得满意的效果；同时，共用一副天线带来的多频道信号在放大器中的相互干扰在技术上也不好解决。在某些特殊的场合，也可以使用组合天线、抗重影天线、对数周期天线等。目前，CATV电视系统中大都采用八木天线及其组合天线，只要选用恰当，基本能满足系统对广播电视信号的接收要求。电缆电视系统中使用的接收天线与一般家庭使用的接收天线没有本质的区别，只不过在电气性能、材料、质量、机械强度、抗风、防雷保护等方面，比家庭使用的天线要求更高些。系统中选用的天线一般应满足以下要求：

(1)有较高的增益，以提高系统的接收效果。

(2)有较好的方向性，以提高系统的抗干扰能力。

(3)有良好的匹配特性，天线的阻抗与传输线阻抗基本相等。

天线竖杆、支臂、支架一般用耐腐蚀的钢材或铝镀镍、黄铜镀镍；振子管的末端要封闭，以防浸水；馈电部分为完全密封的防水型；天线、螺钉、螺栓等也都应针对盐雾、风雪和其他化学公害而采取耐腐蚀性处理。

天线竖杆应安装避雷针，其避雷针高度应能保护天线振子。天线竖杆及相关建筑物应按第二类建筑物防雷要求统一设计防雷系统，具体指标应符合《建筑防雷设计规范》的规定。

2) MMDS接收天线

现在我国很多地区都建成了自己的MMDS系统，使用效果很好。微波信号经接收天线和下变频器输出的电视标准频道信号和增补频道信号，可以直接送入电视机供用户收看，也可以直接送入前端混合器，还可以经过邻频处理后，分频道送入前端混合器。

MMDS接收天线主要由下变频器及其供电电源、接收天线和馈源组成，如图2-8所示。下变频器将2500～2700MHz信号下变频(群变频)至有线电视标准频道(U、CATV增补频道)，然后送往CATV前端，或者用家庭电视机直接收看。通常，下变频器有多种本振频率的型号供选择。图2-8MMDS接收天线的外形图例如，接收频率范围为2500～2684MHz的条件下，当本振频率为2277MHz时，其输出频率为223～407MHz；当本振频率为1894MHz时，其输出频率为606～790MHz(DS25～DS47)。采用哪种本振频率的下变频器，由频率配置规划来确定。下变频器一般都是密封在接收天线的下端，和接收天线一起安装在户外，以减小连接电缆损耗。因此，除要求下变频器噪声系数低、动态范围大、对干扰信号有良好的抑制作用外，还要求其能在高温、低温、风、雨等环境下正常工作。接收天线一般采用小型定向天线，如矩形抛物面天线或八木天线。为了保证在视距以内，接收天线架设高度应为15～25m，其增益有15dB、18dB、21dB、24dB等多种，可根据离发射天线的远近来选择。接收天线的前后比应大于20dB，交叉极化率大于22dB，波束宽度为25° 就可以了。

微波接收天线(例如骨架半抛物面天线)的焦点处装有一个馈源，通过一条短电缆连接到下变频器。馈源和下变频器是分开的，叫做分体式下变频器；有些馈源和下变频器合在一起，叫做一体式下变频器。下变频器自身不带电源，它安装在室外，由置于室内的供电电源提供12V左右的工作电压。

3)卫星电视接收天线

卫星电视接收天线一般都采用抛物面天线。其基本结构如图2-9所示。图2-9卫星电视接收天线的外形图目前，我国的卫星电视广播业务只与C波段(3.7～4.2GHz)和Ku波段(11.7～12.7GHz)有关。为了避免卫星电视广播对C波段地面通信的干扰，卫星转发器的功率不允许做得太大(一般为8～16W)。由于电波到达地面的等效辐射功率较低，地面接收必须采用直径为几米的大口径抛物面天线和高灵敏度的卫星接收机，因此C波段卫星只能供地面收转电视用。Ku波段被规定为与地面广播和移动通信业务共用，但卫星广播可以优先使用。由于Ku波段频率高，转发器功率可做到几百瓦，到达地面的信号强度比C波段的强许多，因此，地面接收天线的直径可做到1m以下，卫星接收机的生产难度也大为降低。所以，Ku波段适用于卫星直播的个体接收。常见的抛物面天线有单反射器抛物面天线和双反射器抛物面天线两种。

(1)单反射器抛物面天线又称前馈抛物面天线，由抛物面反射器和馈源(亦称初级辐射器)组成，如图2-10所示。

抛物面反射器的几何形状是按特定的抛物线绕轴线旋转而成的旋转抛物面的一部分，按此形状制成金属反射面，用来截获和会聚电波能量。而馈源置于抛物面焦点F上，当卫星下行的电磁波(平面波)到达反射面后，经过一次反射(球面波)会聚于焦点F上，馈源便将进入的电磁波经极化转换后，高效率地传输到天线高频头的低噪声放大器的输入端。显然，抛物面口径(孔径)越大，则截获、会聚电磁波的能力越强，天线增益也就越高。图2-10单反射器抛物面天线

(2)双反射器抛物面天线又称后馈抛物面天线，由抛物面形的主反射面、双曲面形的副反射面、馈源(销钉)移相器和圆矩波导变换器组成，如图2-11所示。在结构上应使副反射面的虚焦点与主反射面的焦点O1相重合，而馈源的相位中心应与副反射面的另一焦点O2重合，且三者应在同一轴线上。这时接收来自卫星的电波经由主反射面反射到副反射面，然后又经副反射面再次反射会聚于馈源喇叭的相位中心，最后传输到接收设备的输入端。图2-11双反射器抛物面天线简易卫星电视地面接收站都使用前馈天线。前馈天线的效率虽然稍低于后馈天线，但由于造价低，因而得到广泛的使用。

若从天线反射器的结构形式区分，天线又有板状和网状的区别。一般来说，板状比网状的效率高约30%。但板状的造价要比网状的高出5～6倍，而且其由于风阻大、重量大，不易装在楼顶，必须另建基础，且不能调整，因此以选用合金铝骨架结构、铝冲拉网的网状天线为好。卫星电视接收天线的主要技术指标有：

(1)天线增益。增大天线直径可以提高增益，要尽量提高天线效率，减小馈线传输损耗。

(2)旁瓣电平。要求天线旁瓣电平要低。

(3)噪声温度。国家标准规定，口径为3～4m的天线(优等品)，当仰角为10°时，天线分系统的噪声温度应不大于33℃；仰角为20°时，天线分系统的噪声温度应不大于28℃。

(4)频带特性。接收来自卫星的电视信号，应具有500MHz的带宽，在此范围内都应具有高增益、低旁瓣和匹配好等特性。

(5)极化轴比。国家标准规定，圆极化电压轴比应不大于1.35。

(6)极化可变性。馈源系统圆极化、线极化变换器应能方便调整。

(7)天线调节范围。天线调节是指对天线的仰角、方位角进行调节。为了接收多个轨道位置卫星发射的电视信号，在天线底座固定不动的情况下，以正南方向为基准，天线指向调整范围是俯仰0°～90°，方位为-90°～+90°。2.3.2CATV网络信号源设备中最主要的设备——卫星接收机

目前，CATV网络中所用的卫星接收机均为数字式卫星接收机。数字卫星接收机的称呼较多，有人称为“数字综合解码卫星接收机”，有人称为“数字解码器”甚至“IRD”，也有人称为“卫星数字机顶盒”等。

数字卫星接收机是由宽带调谐器、QPSK解调器、内码解码器(FEC)、MPEG-2解复用器、视频信号解压缩、音频信号解压缩、授权控制电路和用户键盘等组成的，如图2-12

所示。图2-12数字卫星接收机原理框图工作过程：经高频头(LNB)输出的C波段或Ku波段的射频信号，在宽带调谐器中进行滤波、混频和下变频处理后，进入QPSK解调器，完成对QPSK已调信号的相干解调和模/数转换后，再进入去FEC的信道解码电路，完成输出188字节TS包的MPEG-2码流。接着去MPEG-2解复用器，系统解复后，分别送入视、音频解压缩电路，经过视、音频解压缩器后，再经过视频编码器和D/A转换器最后得到视、音频信号。目前卫星接收机的芯片集成度不断提高，正朝着单片多媒体引擎结构(OMEGA)的方向发展，而将CPU和周边芯片组成单一芯片。我国市场上有超过半数的数字卫星接收机使用的是ST公司的芯片。ST公司1997年推出的DVB-S接收机芯片主要有STV0190(A/D变换器)、STV0196(QPSK解调，FEC解扰)、ST20-TP2(解复用CPU)、STi3520(MPEG-2视、音频解码)、STV0119(NTSC/PAL视频解码)、STi4600(杜比AC-3环绕立体声解码)。到了1998年，ST公司又推出了STV0199(STV0190+STV0119)、STi5500(STi3520_STV0119)。

ST公司在2003年12月又推出STi5518芯片系列，这种芯片生产的卫星接收机代表了目前生产的卫星接收机中的先进水平，它使数字卫星接收机性能可靠性有较大改善。其组成卫星接收机框图如图2-13所示。图2-13STi5518芯片系列单片芯片的数字卫星接收机2.3.3CATV网络系统中的无源器件

1.混合器

在有线电视系统中，把两个或两个以上的输入信号混合在一起馈送到一根电缆去的设备称为混合器。其主要电路由低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器组成。图2-14为一个具体的HH302型号VHF和UHF频段混合器。图2-14HH302型号VHF和UHF频段混合器对混合器的基本要求有：一是具有滤除干扰和杂波的能力：二是能实现系统设备之间以及设备与电缆之间的阻抗匹配。

混合器的分类方法很多，按是否有放大作用，可分为增益为负的无源混合器和增益为正的有源混合器；按适用频率范围不同，可分为频道放大器、频段放大器和宽带放大器；按输入信号的路数可分为二路混合器、三路混合器等；按结构可分为滤波器式混合器和传输变压器式混合器。

在CATV网中还可将分配器的输入与输出端倒过来使用，以代替需要的混合器，这主要是由于分配器输出端之间有大于20dB的隔离度的原因。但这种方式损耗值较大，其值与分配器的损耗值接近。

2.分配器与分支器

1)分配器

(1)分配器的作用与分类。分配器是用来分配高频信号的部件，它可将一路信号功率平均分配给几路输出。一般都按输出路数的多少来进行分类，有二路分配器、三路分配器、四路分配器等。此外，将分配器的输入、输出端倒过来使用，则相当于混合器，可将多路信号合成一路输出。

(2)分配器的电气参数。

①分配损耗：指分配器输入端的输入电平Ui与输出电平Uo(dB)之差，即根据分配损耗定义，已知输入端电平或某个输出端电平，就可计算出任一输出端电平或输入端电平，如下式：理想情况下，n分配器的每一路输出信号功率是输入信号功率的1/n，此时分配损耗LP与分配路数n的关系如下：LP=10lgn

由上式可以看出，分配损耗随分配路数的增加而增大。实际上，由于分配器在设计和制作过程中会引入一定的损耗，故实际损耗值都大于理想损耗。②相互隔离：如果在分配器的某一输出端A加入一信号，则该信号电平(用分贝表示)与其在B端输出信号电平之差即为相互隔离，如图2-15所示。相互隔离越大，表示分配器各输出端之间的相互干扰越小。通常分配器的输出与电视机连接，电视机中的本机振荡的辐射电波反射回来到达分配器的输出端，而我们希望反射回来的这一信号在其他输出端最好不出现。此外，还要考虑当输出端中有开路或短路时，不要对其他端子产生影响。这种隔离越大，各路电视机的相互干扰就越小。一般分配器的相互隔离要求大于20dB。图2-15分配损耗与相互隔离③反射损耗：表示分配器的输入、输出端与相连接同轴电缆的匹配程度。若反射损耗很大，则说明匹配程度很好，信号在分配器的输入、输出端处不会产生反射；若反射损耗很小，则说明匹配程度不好，会产生反射。

④输入阻抗：分配器的输入、输出阻抗均75Ω。

(3)分配器的使用。选用分配器时，应根据系统总体设计要求考虑信号分配路数，同时根据使用环境条件不同选择室外型还是室内型，是馈电型还是普通型。一般在室外和直接供电使用时，必须选用室外型、馈电型；在高场强区要选用有金属屏蔽结构的分配器，不能使用塑料结构的分配器，以避免高频直射波干扰而产生重影；在远距离大型系统中应选用电流通过型(即馈电型)的分配器，其电压一般为交流60V，防雨箱及安全接地要牢固可靠。

在使用分配器时，不使用的分配器输出端一定要接终端负载，以免造成反射，影响其他终端正常工作。

(4)分配器的电路组成与原理。分配器的电路主要由阻抗匹配器、功率分配器、高频外补偿电容和电阻组成，所用的主要器件是宽带传输线变压器。

宽带传输线变压器是将传输线与变压器相结合，即用双股导线并绕在高频磁芯上，每两根导线构成一幅均匀传输线。高频时，能量主要以电磁波的形式在导线构成的传输线上传播，从而显著改善高频的传输特性，使变压器的工作频段大大展宽，适用于甚高频到超高频这样的宽频带。组成分配器电路的阻抗匹配器和功率分配器正是利用了这一原理。

图2-16是二分配器的基本电路图。三、四分配器与二分配器的电路图基本相同，这里不再列出。图2-16二分配器电路图由于二分配器是分配器的一个基本的单元电路，因而在此基础上可以扩展为三、四、六、八分配器。下面介绍二分配器的工作原理。

图2-17为二分配器的工作原理图。图2-17二分配器的工作原理图图2-18二分配器的隔离原理图

2)分支器

(1)分支器的作用与分类。

分支器用来把主路上的信号分出一小部分，是通过1～n个分支端口输出的无源器件。

分支器通常用于较高电平的干线中，它能以较小的插入损耗从干线取出部分信号供给住宅楼或用户，有时也可为支干线提供信号电平。通过分支器的电视信号中的一小部分从分支器输出，大部分功率继续沿干线传输。

分支器和分配器的根本区别在于，分配器平均分配功率，分支器则是从电缆中取出一小部分功率提供给用户，而大部分功率继续向后面传输。

分支器有一分支、二分支、三分支、四分支和馈电型分支器。馈电型分支器主要用于干线，它既能传输信号，又能传输电源。图2-19分支器的图示符号

(2)分支器的电气参数。

①插入损耗和分支损耗：信号从干线输入端到干线输出端之间的传输损耗，即输入信号电平(dB)与输出信号电平(dB)之差，用dB表示。

分支损耗是信号从干线输入端到分支输出端之间的损耗，即干线输入端电平(dB)与分支端输出电平之差(dB)，用dB表示。

插入损耗与分支损耗之间的关系是：插入损耗小，则分支损耗大；插入损耗大，则分支损耗小。②相互隔离：表示分支输出端之间相互影响的程度，即在一个分支输出端上送入信号(用dB表示)，该信号电平与其他分支输出端的输出电平之差。该值越大，消除电视机之间的干扰越好。

③反向隔离：指分支输出端和主输出端之间的损耗，即从分支输出端送入信号，该信号电平(dB)与主输出端的信号电平(dB)之差，用dB表示。为了使电视辐射出来的干扰信号不影响干线，该值越大越好。

(3)分支器的使用。为了适应电缆分配系统的各种要求，分支器做成了许多种，既可按分支数进行分类，又可按使用环境条件进行分类。因此，我们必须根据整个系统的设计来选用不同种类的分支器，尤其要通过设计计算选用不同分支损耗的分支器。在干线电平较高的地方，需选用插入损耗小、分支损耗大的分支器；在干线电平较低的地方，需选用插入损耗大、分支损耗小的分支器，这样才能使各分支器输出端的信号电平尽可能接近。

一般，在高场区要选用金属盒结构的分支器，不能用塑料盒结构的分支器，以避免高频直射波干扰而产生重影；在远距离大型系统中，要选用馈电型分支器，其电压一般为交流60V，室外使用时必须选用防水型。由于分支器传输信号具有方向性，因此干线输入端、干线输出端、分支输出端之间不能接错。

(4)分支器的电路及原理。分支器通常是由定向耦合器和分配器组成的，具体电路见表2-6。关于分配器的原理前面已述，现仅对定向耦合器进行简单介绍。图2-20定向耦合器工作原理图分支器的反相隔离原理如图2-21(b)所示。当端子C加入信号时，电流iC流经端子D，被负载电阻R吸收，电流iC/m则流向端子A，但在B端由于两电流反相，互相抵消，因此无信号输出。实际上此值并不为零，即端子C、B间的信号电平差并非无限大，而是20～30dB，此值即为分支器的反相隔离。分支器中最基本的是一分支器，如果在D端并联一个电阻和电容，然后接地，就成为一个一分支器了。其电阻为吸收电阻，用于吸收分支端出来的干扰信号；电容用于抵消变压器漏感和补偿高频特性。二分支器是在一分支器的分支输出端加一个二分配器而构成的；四分支器是在一分支器的分支输出端加一个四分配器构成的。馈电型分支器是在干线输入端与输出端、干线输入(输出)端与分支输出端之间接入一隔直电容和一低频电感，使高频信号通过传输线变压器传输，而50Hz交流电则通过电感进行馈电。分配器与分支器的分类：

可按使用频率来划分，例如550MHz系统专用、860MHz系统专用。

可按盒体结构来划分，有防水型、一般型等。

按过电流与不过电流来分，有馈电型分支分配器和不馈电型分支分配器等。

3.衰减器

在有线电视系统中，当输入或输出电平超过规定的范围时，就会影响接收效果，而使用衰减器以适当调节输入端、输出端电平，可使其保持在合适的范围内。通常衰减器串接在放大器的输入或输出端。

衰减器一般有固定式和可变式，设计系统时可根据具体情况进行选用。固定式做成不同规格衰减量的系列产品，直接装入有线电视系统中，其体积小，性能稳定，装配方便。

可变式分为两种：一种是步级可变式，用波段开关进行步级调节：另一种是连续可变式，用可调电阻代替固定电阻，在一定范围内可任意进行调整。

4.均衡器

因为CATV网中同轴电缆损耗与所传送的信号频率平方成正比，所以，要想使整个工作频段内取得平坦的幅频特性，必须对电缆的衰减频率特性进行适当的补偿，这种补偿可以通过对放大器的适当设计来取得。另一种方法是设计一个均衡器，均衡器的衰减特性与电缆的衰减特性相反，而低频衰减大，高频衰减小。均衡器是由电感、电容和电阻等无源器件组成的。(衰减器对各频率信号的衰减大体相同。)图2-21是均衡器的原理图，这是一个由电抗元件组成的桥T网络，通过调整元件，改变衰减大小，完成对高低频率的衰减量。图2-21均衡器原理图均衡器对传输信号也会造成一定的衰减。但均衡器与衰减器不同，衰减器对各种频率信号的衰减量相同，而均衡器则对低频衰减大，高频衰减小，正好与电缆的衰减特性相反。因此，在同轴电缆干线传输系统中，可利用均衡器来弥补同轴电缆在高、低频信号传输时衰减的不同，通过均衡器而达到在电缆中传输高、低频频道时使其输出电平大体相同的目的。

描述均衡器特性最主要的参数是均衡量与插入损失。所谓均衡量，就是该均衡器对下限频率和上限频率衰减量之差；所谓插入损失，就是该均衡器对上限频率的衰减量。由插入损失和均衡量可以得出均衡器对不同频率信号的衰减情况。例如，若一均衡器的插入损失为2dB，均衡量为6dB，说明它对其上限频率的衰减量是2dB，对下限频率的衰减量是8dB。

5.供电器和电源插入口

在电缆分配系统的传输干线中，一般需要采用供电器和电源插入器，其主要作用是给干线放大器提供电源。由于干线放大器一般工作在室外，挂在电线杆上，因此对干线放大器主要通过同轴电缆的芯线来供电。在长距离传输时，电缆芯线会产生压降而使远处放大器供电不足，因此，在串联几个放大器之后，就应该串联一个电源插入器和供电器，使交流电进入已有射频信号的同轴电缆，保证干线放大器正常工作。为干线放大器工作而使用的供电器和电源插入器，必须采用密封防水型并配有专用防水插头座，以适应室外工作的需要。为工作在室外的线路放大器提供的供电器和电源插入器，可以统一为一个整体，这样结构更简单些。

干线放大器的供电一般采用与信号共缆传送的方式，即把电源供给器输出的50Hz交流电与高频信号一起送入电缆芯线中传送。到达干线放大器后，采用LC滤波器将信号与交流电分离。设电源供给器的输出电压为U0，放大器最低工作电压为Un，每台放大器平均耗电电流为I，相邻两台放大器之间的电缆回路电阻为R，由此可以计算出每台电源供给器沿一个方向可以供给放大器的最大数目为实际上，电源供给器可以沿前、后两个方向对放大器进行供电，最大供电数目为2n-1，其中n是由上式求得。

6.用户终端设备

用户终端设备是CATV分配系统与用户电视机相连的部件，包括用户线和接线盒。

接线盒分为单输出孔和双输出孔(TV、FM)，在双输出孔电路中，要求TV和FM输出间有一定的隔离度，以防止相互干扰。具体用户终端的外形及接线图如图2-22所示，性能参数见表2-7。图2-22用户终端外形图2.3.4放大器的类型

放大器是有线电视系统中最重要的部件之一，广泛应用于系统的前端、干线传输和用户分配网络。放大器的作用是在满足载噪比和非线性失真指标的前提下，尽可能把输入端的弱信号放大，输出足够高的电平，其性能的好坏直接影响到系统的质量。选择放大器时，首先，要考虑它的工作频率范围是否合乎要求。例如，用来放大2频道信号的频道放大器，其工作频率范围应是56.5～64.5MHz；在550MHz系统中的干线放大器，其工作频率范围为45～550MHz等。其次，要考虑其输出电平的大小，最大输出电平越大越好。第三，要考虑它的增益，即输出信号是输入信号的倍数(是用分贝数来表示的)。至于噪声系数，应该越小越好；反射损耗也是越大越好。关于非线性失真指标，例如交调指标、互调指标，复合三次差拍指标比(CTB)等，都应越大越好。对于干线放大器，还应要求具有自动增益控制(AGC)、自动斜率控制(ASC)等功能。根据需要，还应考虑其屏蔽性能、防水、防潮、防晒等特性。最后，还要注意所使用的电源电压、电流限制、馈电方式等。放大器的分类方法很多，下面按照它的用途分别进行叙述。

1)天线放大器

天线放大器的作用是放大从天线上收到的、小于60dBμV的微弱电视信号，使进入前端设备的载噪比得到提高。它又可以分为宽带天线放大器和频道天线放大器两种。

宽带天线放大器主要用于放大VHF频段和UHF频段的信号或远离发射台的边远地区。对宽带放大器的基本要求是，在与天线工作频带相同的频带范围内具有平坦的放大特性。单频道放大器又称为选频放大器，其基本结构是在宽带放大器输入端加滤波电路。由于它只对某一特定频道的信号进行放大，因此可有效地抑制邻频干扰。但选频回路的引入会带来插入损耗，使噪声系数增加，故单频道放大器的噪声系数比宽带放大器的噪声系数要大。

由于第一级的噪声系数对整个系统的噪声起决定性的作用，因此对天线放大器的最主要要求是噪声系数要低，至少在5dB以下；还要求天线中使用的晶体管具有增益高、线性好的特点，以避免本地强信号对弱信号的交扰调制。因为天线放大器在露天工作，对防水性、抗恶劣气候的能力的要求也较高，所以应采用遥远供电方式。天线放大器应直接安装在天线杆上，以提高整个系统的载噪比。例如接收21频道的信号时，设天线输出信号电平为55dBμV，天线放大器的增益为25dB，噪声系数为4dB，从天线到前端机房50m电缆衰减为5dB(相当于一个增益为 -5dB，噪声系数为5dB的放大器)，则总的噪声系数为式中，F——总的噪声系数；

F1，F2——放大器噪声系数；

G1——第一放大噪声的增差。公式中的值是以数值大小表示的，若用分贝表示公式中的F1、F2、G1，则必须进行换算，所以如用对数表示，则信号到达前端后的载噪比为所以若把天线放大器安装在前端机房，经过50m电缆损失后，天线输入电平仅为50dB，则载噪比变为

2)前端放大器

使用在前端机房的放大器也有频道放大器和宽带放大器两类。频道放大器用在混合器前，用于对每一个频道的信号分别进行放大；宽带放大器则用在混合器后，用于对所有频道的信号同时进行放大，使其具有足够高的电平以送入干线。前端所用的频道放大器一般只用于非邻频系统。它具有如下特点：

(1)输入电平低(约60dBμV)，输出电平高(约115～120dBμV)，要求增益高达60dB，常用3～4级放大电路组成。放大器工作在单频道，虽然不需要大功率管，但末级晶体管要求动态范围大、线性好。好的频道放大器还需有自动增益控制电路。

(2)输入端由于加滤波电路，因此它的选择性高，抑制干扰的能力强，可达到30dB的阻带损耗。

(3)放大器的输出阻抗对本频道很低，对其他频道可近似为无穷大，因而可以直接混合而不会发生太大影响。但因其幅频特性不太陡峭，故在邻频系统中不能直接混合。

前端中使用的宽带放大器与干线放大器类似，但有两点区别：一是输出电平高，一般在110dBμV左右，而干线放大器在90dBμV左右；二是一般不具有自动增益控制和自动斜率控制功能。

3)干线放大器

干线放大器用来弥补信号在电缆中的损失，其增益正好等于两个干线放大器之间的电缆损失，使任两个干线放大器的输入信号电平基本相同。干线放大器的带宽就是有线电视系统的带宽，在整个通带范围应具有尽可能平坦的输出特性。由于线路长，电缆衰减同频率和温度等有关，因此要求干线放大器具有较高的增益控制和斜率控制特性。常用的干线放大器大体可分成下面几类。

(1)手控增益和斜率均衡放大器。它是由一个平坦型放大器加一个均衡器组成的，其方框图如图2-23所示。这种放大器造价低，但指标不高，信号电平随温度变化而波动，仅适用于小规模干线系统。

均衡器是由电感、电容和电阻等无源器件组成的高通网络。描述均衡器的特性主要参量有均衡量和插入损失。所谓均衡量，就是该均衡器对下限频率和上限频率衰减量之差。所谓插入损失，是该均衡器对上限频率的衰减量。显然，均衡器对下限频率的衰减量是插入损失与均衡量之和。

(2)手控增益和斜率均衡加温度补偿放大器。图2-24是这类干线放大器的方框图。虚线框中，R1、R2、Cl和PIN二极管组成一可变衰减器。其中PIN二极管在射频信号输入时呈纯电阻状态，其阻值随外加直流电压的不同而不同，电流越小，电阻越大，可从几欧变到几千欧。温度补偿的工作原理是，当温度升高时，热敏电阻RT的电阻下降(也有的热敏电阻随温度的升高而电阻增大)，使比较放大器的输入电压减小，输出随之减小，流过PIN二极管的电流也减小，电阻增大，可变衰减器的衰减量减小，输出增大，补偿了因温度升高而导致的电缆衰减量的增加。图2-24手控增益和斜率均衡加温度补偿放大器

这一类干线放大器与第一类干线放大器相比，性能有所改善。但放大器与电缆处于不同的环境下，具有不同的温度，热敏电阻温度变化引起衰减量的变化与电缆中衰减量的变化不能完全抵消，故这种改善是不完全的。

(3)自动增益控制(AGC)放大器。为了使可变衰减器的变化跟上电缆温度的变化，我们可以利用电缆中传送的一个导频信号(110MHz)来对增益进行自动控制，其方框图如图2-25所示。当温度升高时，电缆衰减增加，导频信号同被传送的信号一样减少，从中取出来检波得到的直流电流也减少，用它控制的可变衰减器衰减减少，从而使增益提高，达到自动增益控制的目的。图2-25自动增益控制(AGC)放大器

(4)自动电平控制(ALC)放大器。自动增益控制放大器只能控制其增益，而不能控制其斜率。为了弥补这个缺点，我们可以在电缆中同时传输两个导频信号，并在图2-24的主路通道中增加一个可变均衡器(串接在可变衰减器与放大器之间)，用高导频信号控制可变衰减器，以保持高频信号的增益不变；用低导频信号控制可变均衡器，以保持高低频之间的增益差即斜率不变。这类干线放大器比前面几类功能更全，性能更好，是大型有线电视系统中主要使用的干线放大器，可以级联30级左右，传输距离为15km。

(5)前馈放大器。在干线放大器中采用前馈技术，可以减小非线性失真，提高图像质量。一般说来，前馈放大器可比一般放大器的非线性失直指标提高十四或十五个分贝，输出电平提高四、五个分贝。前馈放大器的方框图如图2-26所示。输入信号中一部分经主放大器A1放大，输出电平很高，失真分量也很大；另一部分经延迟线延迟一定相位，使加至分支器DC3信号的相位正好与从另一个分支器DC2耦合经衰减来的信号幅度相等、相位相反。两信号相减，有用信号互相抵消，只剩下主放大器的误差信号(失真部分)，再经误差放大器放到适当电平，把它加到分支器DC4，与从延时器DL2来的信号相减，就可以抵消主放大器中产生的失真分量，使输出信号的质量得以提高。图2-26前馈放大器

(6)双向放大器。目前有线电视双向传输系统一般采用频率分割方式，即用不同的载波频率分别传送上行和下行信号。我国规定用5～30MHz频段传送上行信号，48MHz以上频率传送下行信号，30～48MHz为保护带，以减小由于滤波器滤波特性不陡峭而造成的频带交叉影响。由于电缆对上行、下行信号都有衰减，故需要双向放大器对上行、下行信号进行放大。双向放大器有两种基本方式，其方框图如图2-27(a)和(b)所示。图2-27(a)中正向信号(用实箭头表示)和反向信号(用虚箭头表示)都用同一个放大器来进行放大，其优点是减少了放大器的个数，降低了成本。但要使一个放大器同时满足正、反向的要求，做到增益均衡，减少交调、互调干扰，是很困难的，故一般不采用这种办法。图2-27(b)是正向、反向各用一个放大器，在输出、输入端用高通和低通滤波器把正、反向信号分开，由于反向信号频率低，电缆损失小，故反向放大器增益要小一些。也可以隔几个单向放大器再加一个双向放大器，但因为正向放大器中不允许反向信号通过，故在单向放大器中要预留反向信号的通道，即用一条电缆代替图2-27(b)中的反向放大器。图2-27双向放大器2.3.5CATV网络常用前端设备介绍(模拟前端)

前端是整个系统的中枢，它主要包括电视调制器、频道处理器、解调器、射频放大器、系统信号发生器等，其中最主要的是电视调制器。

电视调制器的作用是将视、音频信号转换成射频信号，如图2-28所示。调制器的输入信号通常来自摄像机、录像机、CD、VCD、DVD等自办节目设备，也可来自解调器、卫星接收机和微波接收机等解调出来的视频、音频信号。调制器输出的射频信号通常送至多路混合口。图2-28电视调制器按调制方式的不同，电视调制器可分为直接调制方式和中频调制方式两大类。直接调制方式是将视、音频信号直接调制到所传输的频道载波上，一般用于电气性能要求不高的非邻频传输系统。前端所用的高、中档调制器，通常采用中频调制方式。所谓中频调制方式，是将视频信号调制成频率为38MHz的调幅图像中频信号，将声音调制成31.5MHz的调频伴音中频，然后对中频信号进行各种处理，使其满足邻频传输的要求，最后通过上变频器将中频信号变换