Суммирование телевизионных сигналов. Сравнение технологий

Z-линия

В материале рассматриваются два разных  подхода  к суммированию телевизионных сигналов. Каждый из них имеет свои плюсы и минусы, и как следствие, свои ниши применения. Задача материала —  прояснить особенности каждой технологии, чтобы  помочь  монтажникам   приемных систем и операторами  КТВ  сделать осознанный выбор.

Z-линия

Z-линия по сути — каскад направленных ответвителей, в которых выходные сигналы модуля подаются через отводы, реализуемые на выходе канальных модулей. Они характеризуются потерями на вход и на проход, причем чем ниже  потери на проход, тем выше они на входе и наоборот. Если, например, потери на отводах, через которые заводятся выходные сигналы модулей, составят 20 дБ, то на каждом проходе они будут около 0,5 дБ, а если снизить потери на входах до 10–9,5 дБ, то это увеличит потери на проходе до 1,3–1,5 дБ. Именно такими характеристиками обычно и обладают направленные ответвители в системах последовательного суммирования (Z-линиях). Достоинствами Z-линии является дешевизна реализации, а также простота смены частотного плана, благо ответвители обеспечивают широкополосное соединение и потому никак не привязаны к определенным частотным каналам. С другой стороны, именно поэтому Z-линия не может исключить суммирование широкополосных шумов и  сохранить уровень С/N, для  сигналов на выходе канальных  модулей. Не может она отсечь и различные широкополосные выбросы, также способные испортить суммарный спектр.  Этой  проблемы лишены  только станции c Z- суммированием, модули которых имеют  на выходе канальные фильтры на варикапах, такие, как показаны  на рисунке 1.

 

Суммирование ТВ сигналов
Рисунок 1

Однако,  такие конвертеры  уже  давно не выпускаются, так как они не допускают перестройки выходной частоты во всем диапазоне. На сегодняшний день основная масса конвертеров строится по схемам с двойной конвертацией частоты, через высокую ПЧ1, которая не исключает внеполосные паразитные сигналы, не говоря уже о широкополосных шумах. Эти проблемы отсутствуют у  конвертеров  с фиксированной выходной частотой, но они используются достаточно редко.

Еще один серьезный недостаток  Z-линии — значительные потери уровня полезного сигнала, которые  к тому же различны в зависимости от позиции модуля в Z-линии. Они складываются из потерь при входе в линию через отвод направленного ответвителя и потерь на проход в последующих каскадах ответвителей.

Если потери на вход составляют 9,5 дБ, а потери на проход — 1,5 дБ, то, как нетрудно посчитать, при суммировании, например, 30 каналов   суммарные потери  полезного  сигнала  составят от 9,5  до  54,5 дБ  в  зависимости от  расположения модуля в линии.  А при подключении к Z-линии 60 каналов максимальные потери составили бы 99,5 дБ, но так, разумеется, никто не суммирует.

Не случайно Z-линией чаще складывают сигналы с активных фильтров, маскирующих потери уровня. При сложении большого количества каналов они обычно разбиваются на группы. Для суммирования в пределах каждой группы используется Z-линия, а суммарные сигналы каждой группы подаются на параллельный сумматор на базе сплиттеров. Суммирование на сплиттерах обеспечивает одинаковые потери, но, по сравнению с направленными ответвителями, отличается худшей развязкой по входам. Тем не менее величина потерь все равно велика, поэтому сигнал приходится усиливать — устанавливать усилители либо на выходе каждой группы, либо на выходе системы суммирования в целом. Однако любой вариант усиления неизбежно приводит к снижению отношения сигнал/шум. Это обстоятельство далеко не всегда критично, поэтому суммирования Z -линией и через сплиттеры широко распространено.

 Суммирование блоками фильтров 

Когда резкое снижение уровня и других характеристик сигнала оказывается неприемлемым, то используют принципиально другой способ суммирования сигналов — на блоках фильтров. Пример такого блока показан на рисунке 2. Каждый из фильтров пропускает только определенный частотный канал, то есть развязка между входами обеспечивается за счет частотной зависимости линий ввода. На частоте «своего» канала волновое сопротивление линии оказывается близким к 75 Ом, а на других частотах линия рассогласована.

 сумматор ТВ сигналов
Рисунок 2

По сути это частотно зависимый мультиплексер. Потери при таком суммировании минимальны. Они обусловлены потерями на самих фильтрах и неидеальной согласованностью фильтров в точке суммирования. На практике такой модуль может включать 10–12 фильтров, а дальше следует суммировать эти блоки. Их можно суммировать сплиттерами, но это повлечет за собой потери уровня сигнала и суммирование шумовых дорожек. Поэтому предпочтительнее использовать диапазонные фильтры.

Однако  большое количество каналов  может быть суммировано  одним блоком только при  плотном  их частотном размещении суммируемых каналов.  Если же в блоках используются фильтры с низкой добротностью, то частотный каналы должны размещаться  бОльшими разносом,  в одном блоке их «помещается» меньше, а сами блоки  чаще всего, приходится  суммировать  теми же сплиттерами или направленными ответвителями. Суммарные потери сигнала при этом увеличатся, однако все равно будут ниже, чем при суммировании исключительно делителями и ответвителями. Максимально возможная плотность (размещение через канал)  требует от фильтров  очень высокой добротности. На рисунке 3 показаны АЧХ фильтров, размещенных через канал.

Спектр ТВ сигналов через канал
Рисунок 3

Другая причина, по которой может быть выбрано суммирование фильтрами, — необходимость минимизировать широкополосные шумы на выходе сумматора. Эта задача также требует фильтров с максимальной добротностью, что существенно удорожает систему. Если же нужно по- давить определенные внеполосные искажения, то фильтры с высокой добротностью можно использовать выборочно на выходе модулей, которые генерируют внеполосные искажения.

В таких модулях используются полосовые 2–4-контурные LC-фильтры. Число контуров зависит от качества компонентов и требуемой добротности.

Структура фильтра, соответствующего задаче, сначала моделируется на ПК. В результате определяется его топология и количество элементов.

Качественная реализация фильтров обеспечивается следующими мерами:

  • Для уменьшения потерь используют печатные платы на качественных диэлектрикax или, еще лучше, навесной монтаж.
  • Индуктивности выполняют из посеребренного провода и делают их по возможности большого диаметра.
  • Применяют подстроечные конденсаторы из специальной керамики или же  воздушные конденсаторы.

Все перечисленное позволяет максимально снизить потери в полосе пропускания и получить высокую избирательность (крутизну спада АЧХ).

 

Игорь Алексинский, MULTIPLEX Lab.S.R.O,

Анна Бителева

 

Комментарии

Оставить сообщение