Контрольная работа: Усилители для сетей кабельного телевидения

Приняв, для определенности, U_вых = 105 dBmV (см. рис.6), IMD = 60 dB и избирательность ФВЧ a = 25 dB, получим, что уровень помехи, развиваемой на входе усилителя реверсного канала, составит 20 dBmV, что эквивалентно формированию отношения сигнал/помеха S/D = 50 dB при входном уровне сигнала реверсного канала U_вх = 70 dBmV. При трансляции сигналов в цифровых форматах, чувствительных к воздействию синхронных помех (с учетом их накопления по магистрали), такое отношение S/D является недопустимым.

Учитывая накопленный опыт внедрения услуг интерактивного сервиса, ряд крупных фирм-производителей магистрального оборудования, таких как Hirschmann, Philips, Arcodan и др., используют частотные диплексеры с избирательностью не менее 40 dB (например, серии GPV., LA/DA, Hirschmann; 93188 Arcodan), а в последних моделях (GLV., GPV851, GPV841) - с гарантированной (приводимой в паспортных параметрах) избирательностью не менее 63 dB! (с указанием также времени задержки в полосе канала).

ТАБЛИЦА 3
F, dB	Тш, К0	Рш, pW	Uш, dBmV
1	75,87	0,006	-3,47
2	171,4	0,014	0,066
3	291,6	0,023	2,37
4	443,0	0,035	4, 19
6	873,5	0,069	7,14
8	1556	0,123	9,65
10	2637	0, 208	11,94
14	7067	0,558	16,22
19	22980	1,82	21,34

Рис.9 Рис.10

Коэффициент шума (noise factor, noise figure) характеризует уровень собственных шумов усилителя.

Согласно определению EN50083-3, коэффициент шума - это отношение несущая/шум на входе (C1/N1) к несущая/шум на выходе (C2/N2) усилителя (любого активного прибора), принимая, что изменение несущей не зависит от шумовой мощности (т.е. отсутствуют нелинейные искажения):

F = (C₁ /N₁ ) / (C₂ /N₂ ) (3)

Другими словами, коэффициентом шума (или фактором шума) является отношение мощности шума на выходе реального усилителя Pш. р (активного прибора) к мощности шума в той же точке Pш. и, если бы использовался идеальный (не добавляющий собственной шумовой мощности) усилитель:

F=P_{ш. р} /_{Pш. и. (} 4)

Коэффициент шума является безразмерной величиной и часто выражается в децибелах:

F _[db] =10lgF (5)

Из самого определения следует, что коэффициент шума идеального (не шумящего) усилителя F = 1 (0 dB). Чем меньше численное значение коэффициента шума усилителя, тем меньший вклад он вносит в снижение отношения сигнал/шум по трассе.

Иногда на практике пользуются понятием шумовой температуры (особенно при малых значениях коэффициента шума):

T_ш =T₀ (F-1), (6)

где Т₀ = 2930К - нормальная шумовая температура.

Например, паспортное значение шумовой температуры малошумящего конвертора фирмы Gardiner величиной 170К эквивалентно его коэффициенту шума F = 0,24 dB.

Через известную величину коэффициента шума усилителя (обязательно приводимую в паспорте согласно EN50083-3) находится шумовая мощность и шумовое напряжение, развиваемые на входе усилителя в полосе пропускания П: P_ш =kПТ_ш =kПТ₀ (F-1);

U_ш = (kПТ₀ R₀ (F-1)) ^1/2 (7)

U_{ш [db]} =20lgU_ш ,

где k = 1,38 х10^-23 - постоянная Больцмана. Собственная шумовая мощность Р_ш усилителя (развиваемая на его входе) не зависит от его коэффициента передачи, а определяется только его коэффициентом шума F и полосой пропускания П. В табл.3 приведены зависимости численных значений упомянутых величин (Т_ш , Р_ш , U_ш ) от коэффициента шума усилителя для последующих расчетов отношения несущая/шум при трансляции TV сигналов в системе цветности SECAM (П = 5,75 МГц). Для системы PAL (П = 4,75 МГц) величина шумового напряжения должна быть снижена на 0,83 dB. При проведении расчетов следует помнить правило, что на входе усилителя суммируются входная Р_{ш. вх} и собственная Р_ш шумовые мощности (а также шумовые температуры), но не шумовые напряжения.

Если на входе усилителя установлено пассивное устройство с потерями L (например, аттенюатор, эквалайзер, кабель и т.п.), то эквивалентный коэффициент шума F_S , выраженный в децибелах, будет равен сумме коэффициента шума усилителя F и потерь L, выраженных в децибелах, т.е. F_S = F + L (рис.7).

Полезно помнить широко используемую формулу Фриза, позволяющую вычислить суммарный коэффициент шума каскадно включенных активных устройств (рис.8):

F_S =F₁ + (F₂ -1) /K_ном1 + (F₃ -1) /K_ном1 K_ном2 +. (F_n -1) /K_ном1 . K_{ном (n-1)}

Формула (8) наглядно показывает, что наибольший вклад в суммарный коэффициент шума вносит первый усилитель (каскад) при условии, что его номинальный коэффициент усиления (с учетом потерь между ним и последующим усилителем) К_ном1 "1. В силу этого достаточным коэффициентом усиления мачтового усилителя является величина 15.25 dB.

Усилители в кабельных сетях устанавливаются с целью компенсации потерь по магистралям, т.е. коэффициент усиления каждого из усилителей равен потерям от выхода предыдущего до его входа. Обратившись к формуле (8), можно заметить, что при использовании идентичных усилителей и равенстве потерь коэффициенту усиления, суммарный коэффициент шума цепочки из n усилителей запишется в виде:

F_S =1+n (F-1), (9)

т.е. осуществляется накопление шумов (шумовой мощности) по магистрали. Физически это означает, что по магистрали с удалением от ГС наблюдается снижение отношения сигнал/шум (S/N) по мере увеличения числа каскадно включаемых усилителей.

ТАБЛИЦА 4
Устройство	S/N, dB (варианты)
1	2	3
ГС	54	66	51
УСn (5 шт.)	52,6	52,6	64,6
УСс (1 шт.)	56,1	56,1	56,1
S/Nвых, dB	44,7	45,2	49,2

Рис.11 Рис.12