CATV 구성기기

CATV 구성기기

가. 개요

공동수신시스템에서 화질의 양,부는 수신점의 화질의 양부에 의해서 결정되므로 수신점에서 얻어지는 화질이 불량하지 않게 필요한 신호레벨만 증폭해서 간선케이블에 소요출력 레벨은 보내는 것이 수신증폭기의 목적이다. 이와같은 증폭기의 전원은 AC30V정도로 동작하는 것이 보통이나 전원유니트에서 개별로 급전하고 케이블을 통해서 신호와 동시에 전송해서 數臺의 증폭기를 동시에 동작시키고 있다.

1. 수신증폭기에 요구되는 성능은 다음과 같다.

저 잡음이어야 하며 혼신 및 혼변조 등이 발생하지 않을 것.
전파의 不要防射가 없을 것.
출력의 조정이 용이할 것.
전파전압의 변동에 대해서도 안정되어 일정출력을 얻을 수 있을 것.
기후의 변화에 특성이 변하지 않을 것.
전력의 소비가 적으며 소형 경량으로 보수 및 취급이 용이할 것.
뇌 및 서어지 전압 등 전기적 충격에 안정될 것.

2. 수신증폭기를 기능별로 분류하면 채널전용형과 광대역형이 있다.

2-1. 채널전용형

채널전용형은 그림 3.1과 같이 (a)는 입력 VHF신호를 그대로 증폭하는 것이고 (b)는 VHF 신호를 각 채널의 VHF신호로 변환해서 증폭하는 것 등이 있다.

2-2. 광대역형

광대역형은 광대역 수신안테나의 출력을 그대로 증폭기 입력에 가해 일괄 증폭하는 방식과 입력을 일부분 채널마다 band pass filter로 나누고 감쇄기로 레벨을 일치시켜 혼합하여 일괄 증폭하는 것이 있다.
광대역형은 회로의 구성상 채널모두 AGC기능을 부가하는 것은 아니다. 그러므로 입력전계가 안정된 소규모의 지역공동수신 및 빌딩,아파트,집단주택의 공동수신 시스템 사용에 적합하다.

나. 선로증폭기

선로증폭기는 분기분배선의 케이블손실 및 분배기,분기기등의 손실에 의한 신호의 감쇄를 보상해서 필요한 신호의 레벨을 유지하는 역할을 한다.
선로증폭기는 그 역할에 따라 간선증폭기(TA : Trunk Amplifier), 분기증폭기 (BA : Bridging Amplifier), 또는 분배증폭기(DA : Distribution Amplifier), 연장증폭기(EA : Extender Amplifier)로 분류한다. 이것은 통상 VHF의 광대역 증폭기로 50~250㎒ 정도의 전송대역에서 사용되고 있으나 일부는 수신증폭기와 같은 모양인 채널전용증폭기를 사용하는 경우가 있다. 이밖에 극히 소규모의 시스템에서는 UHF帶를 전송하는 경우도 있다. 또한 주파수를 분할해서 1개의 케이블로 쌍방향에 전송하는 쌍방향증폭기도 있다.

1. 선로증폭기에 요구되는 일반적인 성능

잡음지수가 적고 왜곡특성이 양호할 것.
전송대역내 진폭특성 평활도(케이블 손실 特性等化性能)가 양호할 것.
AGC압축특성 및 레벨 안정도가 양호할 것.
선로증폭기는 가공사용되는 경우가 많으므로 耐候性이 우수하고 시공이 용이하며 避電대책이 되어 있어야 한다.

2. AGC(Automatic gain control) 방식

CATV에 사용하는 동축케이블의 감쇄량은 온도에 의해 변화한다. 그 변화량은 시스템구성중에서 제일 긴 거리를 점하는 간선계에 문제가 있다. 그 보상에 따라서는 전송품질 및 시스템 규모에도 큰 영향이 있다. 따라서 그 대책으로서 케이블 감쇄량의 변화에 따라서 선로증폭기의 이득을 제어하는데 이것을 AGC라 한다.
일반적으로 AGC는 신호출력레벨을 일정하게 유지시켜 동작하나 선로증폭기는 케이블 감쇄량의 변화분(변화량은 주파수에 따라 다르다)을 증폭기의 이득으로 보상하는 것이 필요하다. 따라서 전송선로부분의 레벨을 어느 정해진 범위내의 값에 유지하도록 증폭기의 이득을 자동적으로 제어하는 것이므로 ALC(Automatic Level Control)이라 한다.
증폭기의 최고와 최저 채널에 대한 이득차(slop), 그래서 취르트(tilt)량을 소정의 값에 유지하기 위해 증폭기의 slop를 자동적으로 제어하는 ASC(Automatic Slop Control) 등이 있다.

일반적으로 사용되고 있는 AGC방식에는 다음과 같은 방식이 있다.

2-1. 온도 AGC방식

thermostat를 사용해서 선로증폭기 자체에서 주위온도의 변화를 검출해서 증폭기의 이득을 제어하는 방식이다.

2-2. Pilot AGC방식

head end에 의해 Pilot 신호를 보내 Pilot신호의 변화를 각 선로증폭기로 검출해서 pilot신호가 정해진 레벨에 일정하도록 증폭기의 이득을 제어하는 방식이다. 이 방식에는 1波의 pilot신호를 사용해서 ALC와 ASC를 동시에 하는 twist AGC방식과 2波 pilot 신호를 사용해서 ASC를 하는 방법이 있으나, 1波방식이 일반적으로 사용되고 있다.
보통 접속단수가 적은 경우(5단이하)는 AGC를 사용하지 않아도 충분하다.

3. 선로증폭기의 종류별 특성

3-1. 간선증폭기(TA : Trunk Amplifier)

간선증폭기는 간선의 케이블손실을 보상하기 위한 증폭기이다 또 간선증폭기는 다단종속접속해서 사용되므로 특히 dynamic range 가 양호한 等化성능이 요구되고 높은 신뢰도를 가져야 한다. 간선증폭기의 이득은 최고주파수에서 20~25dB, 출력레벨은 전송채널數에 따라서 90~95dB정도가 보통이다.

3-2. 분기증폭기(DA : Distribution Amplifier)

분기증폭기는 간선증폭기의 출력에서 분기된 신호를 분배선을 통해서 가입자 단자에 공급하며, 또 가입자 분기증폭기는 고출력 증폭기로 간선증폭기와 함께 들어간 것과 독립해서 간선의 말단에 있는 분기선에 접속하는 것이 있고, 후자의 것을 분기증폭기라 한다. 분배기의 케이블손실은 그다지 크지 않으므로 분기증폭기는 slop특성이 아닌 평탄특성에도 충분하다. 그러나 분배증폭기는 간선증폭기 사이에 케이블 손실이 크므로 slop특성을 가지고 있다.
출력측은 4분기로 4개의 분기선에 신호를 공급하는 것이 보통이다. 출력레벨은 100~110dB, 이득은 20~30dB 정도로 AGC는 사용하지 않는다.

3-3. 간선분기증폭기(TBA : Trunk Bridging Amplifier)

간선분기증폭기는 간선증폭기와 분기증폭기의 양면성을 갖고 있는 증폭기이다.

3-4. 연장증폭기(EA : Extender Amplifier)

연장증폭기는 분배계의 연장에 사용되므로 분기증폭기와 유사한 특성을 갖고 있다. 출력측은 1단자가 보통이며 연장증폭기도 높은 레벨에서 동작시키므로 歪의 점에서 다수 종속해서 사용하는 경우는 적합하지 않아 분기증폭기의 뒤에 1~2대 종속하는 정도이며 20dB정도의 평탄특성이다.

다. 채널전용증폭기

일반적으로 송신점에서 비교적 거리가 먼 경우의 지역공급 수신시스템에서는 입지조건 및 수신채널에 따라서 전계강도거 큰 차가 있으므로 입력레벨의 변동,인접채널 혼신 등 수신조건이 양호하지 않은 경우가 많다. 이와같은 조건에서는 수신증폭기에 희망채널만이 수신되며 선택성이 충분하고 또한 출력레벨이 그 시스템 tilt에 조정가능한 채널전용증폭기가 사용되는데 출력레벨의 안정화를 위해 AGC가 부착된 것을 사용해야 한다.

1. 채널전용증폭기의 소요성능조건

수신채널內의 대역특성은 충분한 평탄특성과 대역外의 선택도특성이 충분하여야 한다.
출력레벨이 크고 출력조정이 용이할 것.
출력의 혼합이 용이가고 AGC의 동작범위가 넓어야 한다.
그림 3.3은 광대역방식의 회로구성별로 증폭기의 입력측과 출력측에 band pass filter 가 접속되어 있다. 증폭부는 입력증폭부와 출력증폭부로 나누어지고 출력증폭부의 출력이 일부를 AGC전압으로 검출해서 입력증폭기에 가해 AGC를 동작하고 있다. 그림3.4는 AGC특성을 나타내고 있는 것으로 출력 50dB이상에서는 충분히 AGC가 동작하고 있다.

라. 광대역형 수신증폭기

광대역 수신증폭기는 회로구성도 간단하고 취급도 용이하므로 전파의 수신조건이 좋고 분배수가 적은 소규모지역 공동수신,빌딩,아파트, 집합주택 등의 공동 수신시스템에 널리 사용되고 있다.
회로구성은 그림 3.5와 같고 입력신호는 입력회로의 Low Pass Filter, High Pass Filter에 의해 low ch, high ch로 분리되고 각각의 증폭회로에서 증폭된다. 증폭회로의 구성은 low ch용은 1~2단, high ch용은 2~3단 증폭해서 증폭출력은 출력혼합회로에서 혼합되 출력단자로 끌어들인다.

증폭회로의 이득은 각각 조정되고 수신안테나의 출력에 따라서 출력레벨조정이 가능하다. 그러나 low ch대 또는 high ch대에서는 안테나의 레벨차가 크므로 이득의 조정방법에 따라 화질노화의 원인(혼변조가 있는 잡음)이 되므로 수신점 및 수신안테나의 선정을 충분히 고려하여야 한다. 광대역형 수신증폭기는 가격도 비교적 저렴하여 수신증폭기뿐만 아니라 연장증폭기로서도 사용된다.
그림 3.6은 광대역형 수신증폭기의 입출력특성을 나타내고 있다.

한편 UHF를 수신하는 대역에서는 분배수가 적은 소규모의 빌딩 및 아파트의 공급수신 시스템에서는 직접 UHF 채널을 전송하기 위해 UHF용 광대역형 증폭기를 사용한다. 그림3.7은 UHF광대역 수신증폭기의 입출력특성을 나타내고 있다.
공동수신시설에서는 VHF와 UHF채널의 양신호를 동시에 보내는 경우는 그림 3.8과 같이 VHF용 low pass filter와 UHF용 high pass filter를 조합시킨 VHF,UHF혼합기를 사용해서 일괄혼합간선에 보낸다.

마. 약전계용 전치증폭기

구역外局의 재송신과 같은 미약한 전파를 수신하는 데에는 이득이 높은 안테나를 사용하는 동시에 시스템內의 잡음이 증가되는 만큼 견딜 수 있는 것이 중요하다.
신호를 포함해서 안테나에 수신된 외래잡음이 많은 경우는 시스템內의 잡음을 적게 해도 효과가 없다. CATV 시스템의 신호對 잡음비는 안테나로 수신되는 신호가 최초로 들어오는 증폭기의 잡음지수에 의해 큰 영향을 수반하며 시스템내의 전송레벨에 비해서 입력레벨이 적은 경우는 특히 영향이 크다. 최초의 증폭기는 잡음지수가 적은 동시에 안테나 가까이에 설치할 것이 요망되는데 이와같은 목적에서 소형의 저잡음 증폭기가 사용되는데 이 증폭기를 전치증폭기(Pre_Amplifier)라 한다.
잡음지수는 VHF용에서는 5~6dB, UHF 용에서 6~7dB정도이다. 보통AGC기능은 부가되고 이득은 20~30dB 정도이며 최대출력레벨은 너무 높게 할 필요는 없고 90dBμ 정도가 많다.

Pilot 신호발생기

간선 및 케이블의 감쇄량은 주위온도의 변화에 의해서 1℃당 약 0.2 %(dB)의 변동이 있어 이것을 보상하기 위해 간선에 pilot 신호를 전송하여 그 레벨을 검출하여 자동적으로 보정하는데 이 pilot신호를 발생하는 장치를 말한다. 일반적으로 CW(continuous wave : 待續波)발생기로 특히 출력레벨의 안정과 高신뢰성이 요구된다.

UHF Converter

VHF와 UHF채널이 혼재하는 지역의 공동시설에서는 분배수가 비교적 적은 소규모빌딩, 아파트, 빌딩그늘공동수신 시스템은 증폭기,동축케이블, 출력단자(정합기)등의 특성을 미리 시스템 설계의 단계에서 UHF까지 사용되는 것을 고려하며 VHF에서 UHF까지 전대역을 커버하는 공동수신시스템으로 동작해야 한다.
그러나 UHF채널신호를 모두 간선으로 통하면 UHF대는 케이블의 전송손실이 크므로 이것을 보상하기 위해 출력이 큰 증폭기가 필요하게 되고 이것은 경제적인 면에서 불리하다.
따라서 일반적으로 UHF의 수신채널을 VHF 채널로 변환하여 보내는 방식이 사용되고 있다. 이 경우 VHF로 변환한 채널은 그 지역에서 VHF로 방송하고 있는 채널, 인접채널과 4채널 separate 방해관계가 있는 채널등은 피하여야 한다.

입력회로는 안테나의 정합, image 방해, 他의 spurious 감도억압 등을 위해 2~3단의 반동축공진회로를 삽입하고 잡음지수를 적게 하기 위해 고주파 증폭을 1단으로 하여 주파수혼합단으로 신호를 가한다.
또한 국부발진기는 컬러방송의 전송을 고려된 경우 변환채널의 주파수안정도가 문제가 된다. 이를 위해 발진기에 수정발진자를 사용 3~4배해서 주파수혼합단에 더한다.

혼합기

head end에서 각 채널증폭기의 출력신호와 Pilot 신호발생기의 출력신호를 혼합해서 간선에 보내는 장치를 말한다. 혼합기에서 요구되는 성능은 삽입손실이 적고 단자간 결합손실이 커야 한다.

분기기 및 분배기

간선, 분기선, 분배선을 2계통 이상에서 분할하는 경우에 사용된다. 시스템 구성상 우수한 전기적 성능과 동시에 사고가 발생된 경우 그의 파급범위가 크므로 고신뢰성이 요구된다.

전기적성능은 양호한 전압정재파비(VSWR)특성, 차폐특성, 단자간 결합특성, 주파수특성을 가질 것.
환경조건에 견디는 기계적강도와 안정성을 가질 것. 또한 취부 후 전압에 의한 진동, 온도변화의 안정, 방수기능의 우수, 또 염해 및 방식성이 우수하여야 한다.

1. 분기기

전송신호를 주간선방향에 적은 손실로 지선측에 공급해서 분기된다, 분기단자수,결합손실에 따라서 여러종류가 있고 그 특성예는 표 3.9와 같다.

2. 분배기

전송신호를 等分으로 분배하는 것으로 분배수에 따라서 여러 가지가 있다.특성은 표3.10과 같다.

콘넥터

CATV 시스템에서는 케이블길이가 길고 또한 동축케이블 상호간에 각종 기기가 삽입되어 접속개소가 많으므로 콘넥터는 기계적인 특성과 전기적인 특성을 만족해야 한다.

기계적으로는 안장력, 장기간사용할 수 있고, 기밀성이 좋고 비가 침입하지 않을 것
전기적 특성으로는 고주파의 사용대역에 정합되어 VSWR가 적고 케이블과 기기와 접촉저항이 적어 신호에 전송손실을 주지 않는 동시에 상용주파전류도 10A정도까지, 신호가 외부에 누설되지 않을 것이 요구된다.

CATV용으로서는 간선 및 분기선은 fitting 콘넥터를 분배선 입입선 및 옥내배선은 F형 콘넥터가 일반적으로 사용되고 있다. 그림 3.16은 fitting 콘넥터의 구조"예"이다.

보안기

보안기는 공동수신시스템에서 간선측의 낙뢰,누전에 대해서 가입자 설비와 인체를 보호하며 교류전압이 충전해서 transless 수상기의 surge간선측을 보호하기 위해 사용된다. 이 보안기는 가입자 댁내 등의 인입구에 부착해서 사용하며, 벽면에 취부가 가능한 구조이다.

전원공급장치

사용전원 AC220V를 저전압(AC 30V)로 변환해서 각 증폭기에 전력을 공급하며 전원은 AC 30V 또는 60V가 사용되고 있으나 30V 사용이 대부분이다. CATV 시스템 급전에서는 1대의 급전장치에서 증폭기의 대수는 TA 1대와 BA 4대까지사용하고 있다(일본 TCV사양)