代际CATV电缆演进及传输特性探讨

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摘 要：文章叙述了catv电缆的演进变化，同时探讨CATV电缆的传输特性，它们包括衰减常数、回波损耗和特性阻抗等，并且提出了降低电缆衰减的3项措施。

关键词：衰减常数 回波损耗 特性阻抗 介电常数

当今高科技的社会里人们的一切日常活动都无不与“网络资讯”有关，人们的生活质量好了，工作、学习等节奏也快了。凡事都方便多了，这都是充分运用“网络资讯的结果。当今我国有线电视网络正经历从共用天线到860MHZ有线，从电缆传输到光缆、电缆混合应用，从单向广播到双向交互的跨越和过渡。技术上的进步，网络传输水平的提高，对用于CATV系统的同轴电缆的技术特性提出了更高的要求。本文拟就CATV电缆的传输特性着重从使用的角度进行探讨。

1 衰减常数

CATV电缆的衰减常数由内导体衰减、外导体衰减和介质衰减3部分组成，

衰减常数可用下列公式表示：

以上计算值为标称值，考虑到标准一般用最大值，并为材料特性、工艺水平的差异留有一定余量，将上述总衰减值乘以1.15，取整到十分位。

2 特性阻抗

CATV电缆技术指标中的特性阻抗是指在200MHz频率附近电缆的平均特性阻抗。其含义是沿线所有的局部特性阻抗的算术平均值。它在电缆电气指标中的意义远不如衰减和回波损耗重要。衰减低，回射损耗值大的电缆一般特性阻抗指标都能达到要求，而反过来就不一定。在不均匀的情况下一般电缆的各个阻抗剖面值可以波动很大，反射严重，但这些局部特性阻抗的算术平均值却可能达到指标。假如某段电缆前半段的局部特性阻抗主要在80Ω上下波动，后半段在70Ω上下波动（生产物理发泡电缆时发泡度调节不当有可能发生这种现象），算术平均值会在75Ω左右，但决定电缆反射量大小的不是这个算术平均值75Ω，而是分布在电缆沿线的那些局部特性阻抗。

3 回波损耗

式中Z为标称特性阻抗（75Ω）。

请注意公式（8）中没有长度，就是说阻抗是一个电缆横截面的概念，称为阻抗剖面。从理论上讲，电缆的任一横截面只要d1、D2中的任一参数偏离了标称值就会出现阻抗偏差，就会有反射。通过（6）、（7）和（8）式就可计算出该横截面的回波损耗。由于电缆制造过程中，上述3个参数决不可能是恒定在标称值上的，所以沿电缆长度方向任何一个横截面上都会有反射。用扫频信号输入电缆端口，测量其反射波的量值，经过变换，就形成了回波损耗的频率特性曲线，一般取指定频段内的回波损耗最低值作为测量结果。在入射波输入端测得的回波损耗值不是某一个电缆阻抗剖面的值，而是电缆中各个阻抗剖面反射波在输入端的迭加值。回波损耗的值越大，表明电缆内部越均匀，对信号的反射就越小。

3.1 回波损耗曲线

回波损耗曲线是判断电缆传输信号时反射程度的依据，它是在电缆的信号输入端测到的在各使用频率点的反射损耗数据组成的连续曲线。优质电缆的反射损耗曲线上没有孤立的特别低的峰值。回波损耗差的电缆往往在衰减曲线的相同频率上会出现不平滑点乃至吸收点。

这是因为扫频信号在回波损耗曲线上的尖陡峰点所在频率上反射大，信号源来的入射波在该频率上相当一部分能量被反射回去，从能量守恒定律不难理解，到达接收端的信号中该频率的能量就少了，也就是该频率上衰减徒增，于是衰减曲线上就出现不平滑乃至吸收点。

回波损耗指标的重要性决不亚于衰减指标，低衰减如果不以低反射为前提是没有多大意义的。回波损耗指标差的电缆，轻的影响图像的清晰度、细节部分的表现，严重的会出现重影，甚至使某些频道不能使用。同一条电缆，一般的规律时UHF段的反射较VHF段大，所以越是频带宽的网络，越要注意电缆的这一指标。未来的数字电视会对这一指标提出更高的要求。所以对于宽频带、多功能的HFC网络中使用的电缆一定要采用反射小的电缆。

3.2 回波损耗指标的探讨

正因为上面谈到的原因，发达国家的CATV业界对这回波损耗指标都非常重视，如美国NTCA推荐指标规定主干线和支干线的回波损耗不小于26dB；欧洲公司的产品一般也要求24～26 dB。我国的行业标准却只规定了18 dB，而且按GB11323-89的规定，还允许3个不比规定值低4 dB的回波损耗曲线上的峰，实际上就降到了14 dB。考虑到国内HFC网前端和光纤传输网络不亚于发达国家的先进性，电缆分配网络如果继续沿用如此低的回波损耗指标，势必形成传输质量的瓶颈。建议采用编织型电缆的回波损耗大于20 dB，铝管型电缆的回波损耗大于24～26 dB的要求。

3.3 关于物理发泡电缆和竹节电缆的回波损耗

有人认为物理发泡电缆的绝缘体伟发泡结构所以是均匀的，而竹节式电缆由于有支撑垫片，空心部分电容小，支撑部分电容大，所以不均匀，反射损耗值比物理发泡差。实践证明这种说法有一定的片面性，首先不是物理发泡电缆都均匀。物理高发泡挤出工艺的本身决定了它的发泡度在生产过程中是不可避免地发生波动。工艺良好的厂家能够把发泡度控制在±5%以内，如果其他工艺不出问题，此时电缆的回波损耗可能达到26 dB以上。如果只能控制在±10%以内，可能勉强达到行业标准。在选择物理发泡电缆时一定要严格考察厂家的设备工艺，全面检测产品性能。

竹节式电缆由于其垫片结构形成纵向结构不均匀，这是客观存在的。然而从德国引进技术生产的竹节式电缆的反射损耗却都超过26 dB，国内权威机构多次检测都达到30 dB的水平，这是为什么呢？这是因为竹节式电缆由垫片引起的反射与传输信号的波长有关。根据射频电缆理论，当电缆传输信号频率的波长是垫片节距的两倍时各垫片处的反射波按同相叠加，电缆反射很大。对于德国标准的竹节式电缆，此时的波长对应的频率在6000MHz以上。当信号波长>>垫片节距的两倍时，情况就不一样了。如果网络中传输1000MHz信号，此时在竹节电缆中的传输波长为：

（ 取1.24，为BK-9型竹节电缆的参数）

此波长大于竹节节距10多倍。这种情况下垫片产生的反射波首先是平均幅度较小，其次是不同位置垫片产生的发射波幅度，相位都各不相同，形成相互抵消的局面，另外，竹节电缆采用非发泡的实芯聚乙烯挤出，其挤出均匀度比发泡挤出好控制得多。从而大大避免了发泡绝缘体中由于发泡度波动产生的不均匀。综合上面两方面的因素就可以解释为什么竹节电缆能有很高的回波损耗指标。

4. 降低电缆衰减的措施

4.1降低绝缘体的损耗

由于标准规定了内、外导体的直径d1和D2，所以视它们为常数。

（1）式可简化为：

（9）

式中A、B为常数，即衰减常数α与 成正比。

为了降低绝缘体的衰减在作为绝缘体的聚乙烯加入空气，使 减小。从第一代到第四代CATV电缆的演变就是围绕着这一点来进行的。第一代实芯聚乙烯绝缘，这是传统的绝缘形式。第二代化学发泡聚乙烯绝缘尽管由于利用化学发泡剂遇热分解释放出氮气的特性，成功地在聚乙烯内形成了均匀气泡，但由于其分解残留物作用使高频下 增大导致衰减常数徒增和发泡难于控制等缺点而为藕状电缆代替。第三代藕状电缆80年代中后期进入我国市场，但由于它的纵向防水性能差、结构不稳定、反射损耗差等缺点而为第四代物理发泡电缆和竹节式电缆所取代。

4.2降低内外导体衰减

从上例可以发现，在金属衰减中内导体衰减占70%左右，远比外导体衰减大，所以降低内导体衰减意义特别重大。为此，第一是铜内导体必须采用电性能良好的电工级无氧铜，如采用铜包铝线则表面铜层亦要达到电工级铜材指标。个别厂家采用再生杂铜做内导体，这对衰减性能的影响无疑是灾难性的。第二是在保持绝缘外径不变的条件下，采用大直径的内导体。从式（3）可看出：内导体直径d1越大，衰减会越小。但增大内导体直径受到阻抗的制约。在射频条件下，CATV电缆的特性阻抗要满足：

（8）

式中Z为标称特性阻抗（75Ω）。

为了接插件标准化，Z和D2都是给定的，所以d1的增大必须以 的减小为前提，才能满足特性阻抗的要求。在CATV电缆从第一代到第四代的发展过程中电缆衰减能越做越小，根本原因是介质的 越做越小从而 d1可以越做越大的缘故.

外导体衰减占总衰减的比例依外导体所用材料不同而不同，约为15%到20%。就金属衰减一项来讲，以铜为外导体可比用铝作外导体减少衰减约6%，对总衰减影响不大，所以用铝代替铜作外导体是可行的。

评价电缆衰减指标最有效的依据：衰减的频率特性曲线。曲线是测试电缆时在扫频仪或网络分析上观察到的电缆的衰减频率特性曲线，评价电缆优劣的标准是：

①曲线上各频点的衰减值要达到技术指标，且越低越好。

②曲线越光滑越好，不能有吸收点和毛刺。

电缆曲线上有吸收点，特别是主干线和支干线，传输电视信号时它所在频道的电平与相邻频道相比会随着传输距离的增加低得越来越多，严重时采用均衡措施也无济于事。550MHz以下的吸收点直接影响目前使用的频道，而550MHz以上的吸收点会给将来的数字电视传输带来极大障碍。行业标准对衰减值只规定几个频率点的值，这个规定只有在曲线上没有吸收点的条件下才是有意义的。

4.3为了有利于系统的均衡，衰减曲线越平坦越好。

对于成品电缆它的d1、D2都是常数，于是总衰减的表达式（10）可变为：

（10）

上式中 为金属衰减，Bf为介质衰减。

5. 对于电缆选用的一些建议

CATV电缆的传输特性只有通过测试其衰减和反射损耗的频率特性曲线才能了解。性能优良的CATV电缆其衰减的频率特性曲线是一条光滑的曲线，电缆的高频性能越好，其衰减曲线越平坦，线性度越好。

为了避免网络安装完成后因电缆质量不好达不到设计要求，唯一的办法是按国标规定抽检到货的每一批电缆。仪器可用网络分析仪或扫频测试仪，有了自己的检测手段就可以避免使用劣质电缆。

对于电缆生产厂家的考察，不光是看它是否能生产出较低衰减的电缆。真正体现厂家技术工艺和质量水平的是以上两大曲线的优劣。有线电视工作者需增加对CATV电缆的了解，选择具有最佳性价比的电缆。随着中国有线电视的蓬勃发展，有线电视的网络的建设已全面铺开，网络的功能也在逐步完善和提高，在这样的形势下，有线电视电缆的选用显得尤为重要，这不仅关系到收视效果的功能外，关系到整个有线电视网络的使用寿命，还涉及到以后网络的升级、功能开发等一系列问题。■

参考文献

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作者简介：吴潮明，汕头市金桥电缆有限公司董事长、技术中心主任。