CATV SYSTEM 고장

CATV RECEIVE SYSTEM 고장

가. 수신안테나

안테나의 고장에는 소자가 꺾어져 없어진 것, 사용할 수 없을 정도로 부러지고 구부러진 것. 혹은 심한 부식으로 형태는 있으나 안테나로서 동작불량인 것 등이다.

1. 소자의 결손

안테나를 구성하고 있는 소자가 고장 났을 경우 소자수가 적고 작은 안테나일수록 그 영향은 크게 나타난다. 방사기 이외의 소자 가운에서 고장나면 가장 영향이 큰 것은 반사기로 그림 a3.1과 같이 이득,전후비가 저하되고 화면은 ghost와 snow noise가 현저하게 된다. 도파기의 고장은 지향성이 넓어지고, 이득저하,화면상으로는 snow noise가 많아진다.

2. Matching 불량

안테나에 동측케이블이 직접 이어지도록 되어 있으나 300Ω 단자의 경우는 변환기에서 75Ω으로 변환되는데 이 변환기가 불량해지면 방사기에 평형전류가 흐르지 않게 되고 안테나가 정상으로 동작하지 않게 된다.
그림 a3.2는 그 예로 안테나의 pattern이 구부러지고 변형해 전후비도 나쁘게 된 것이다.

3. 부식

안테나는 옥외에 설치되기 때문에 화학공해와 염해가 많은 지역에서 설치 후 6개월 정도부터 철로 되어있는지지봉, bracket와 板대, U-bolt 등이 녹슬기 시작해 1년후에는 50% 정도가 부식 그 후 부품의 전 표면에 부식이 퍼져 arm등이 사용에 견딜 수 없게 되는 것은 4~5년 정도이다.
안테나 소자는 알미늄 때문에 산화부식현상은 그다지 일어나지 않으나 방사소자의 동축케이블 접속점에 동선을 직접 접속하면 알미늄과 동의 전위차가 크기 때문에 전식현상이 일어나고 접촉저항이 커지게 되므로 반드시 부속 러그판을 사용하고 방수 캡을 단단히 부착할 필요가 있다.

4. 염해

염분이 Ribbon feeder에 부착하면 감쇄량이 극단적으로 커져 수신할 수 없게 되는 적이 있다. 또 안테나도 염분이 부착하면 부식해 노화가 빠르게 된다. 이것이 해수 중의 염분에 의한 염해이다. 그림3.4는 물방울이 붙거나 염해를 받은 경우의 각종 피이더의 감쇄특성을 나타낸 것이다.
그림에서 피이더의 염해를 없애는 데에는 동축케이블을 사용하면 좋다는 것을 알 수 있다. 또한 안테나가 염해를 받는 경우는 우선 급전부의 염해를 받는 것이 많기 때문에 급전부를 납땜하고 비닐을 감아 씌우는 것도 하나의 방법이다. 더욱이 급전부를 방수캡으로 씌운 형태의 염해방지용 안테나를 사용하면 오래사용할 수 있다.

5. 화학공해

대도시와 공장지대 등에서는 아황산 가스, 황화수소, 기타 유해가스의 영향으로 안테나가 빨리 부식하는 일종의 공해가 있다. 산화가스가 원인이 될 경우에는 알미늄보다 철과 동이 부식하기 쉬운 관계도 있어 그림 3.3에 나타난 나비나사와 판대 bracket 등이 빨리 부식한다. 따라서 부식의 영향은 우선 접속부의 접촉불량이 되어 나타나는 경우가 많기 때문에 안테나와 동축케이블의 접속부는 납땜하고 또 부식하기 쉬운 부분은 비닐테이프를 감는 등의 대책이 필요하다.

나. 공동수신용 증폭기

1. 올바른 사용방식

증폭기는 안테나와 케이블 등과 달라 능동성을 갖고 있기 때문에 바른 사용방법이 아니면 고장의 원인이 된다.(능동소자가 포함되는 기기를 Active 기기라 하고 안테나 등의 수동소자로 구성되는 기기를 Passive기기라 한다)

1-1. 증폭기의 규격 및 성능

증폭기의 규격 성능에서 사용상 주의가 필요한 것은 입출력 레벨 전송채널 수를 규격내로 하는 것이다. 성능 카다로그에는 출력레벨, 이득, 이득조정범위 등이 포함되어 있다.
그림 3.5는 이 관계를 나타내고 있다. 이 그림에서 증폭기는 출력레벨의 제한과 입력 레벨조정을 위한 이득조정범위가 정해져 있는 것을 알 수 있다.

1-2. 입력레벨

증폭기는 트랜지스터를 사용하기 때문에 過입력에 대해 dynamic range가 좁은 결점이 있고 강전계지역에서 수신안테나 출력이 높은 경우에는 입력레벨이 이 규격내에 들어가도록 감쇄기 등으로 입력레벨을 낮출 필요가 있다.
채널에 의해 수신안테나 출력이 고르지 않을 때에는 광대역 증폭기에서는 출력레벨을 고르게 하기 위해 채널 equalizer(채널 전용 증폭기 또는 감쇄기 부 채널필터 등)가 필요하다. 각 채널의 입력레벨은 3dB정도의 폭으로 하는 것이 좋다. TV방송에서는 영상과 음성의 출력비는 6dB 낮지만 전파상황에 따라서는 음성레벨이 높은 곳이 있을 수 있다. 증폭기의 규격은 (영상/음성)의 비가 6dB로 고려되어 있기 때문에 극단적으로 음성레벨을 높이면 고장의 원인이 된다.
이 경우에는 음성 equalizer를 사용하거나 수신점을 바꾸거나 하여 레벨을 맞출 필요가 있다.

1-3. 출력레벨

출력레벨은 catalogue에서 최대출력레벨로 표시된 것이 많으나 최근에는 정격 출력레벨로 표시가 되어 있다. 후자는 전원전압,주위온도 등의 안정도가 가미되어 정해지고 있다. 또 출력레벨은 전송채널 수와 상호변조, 혼변조의 성능에 밀접한 관계가 있으며 출력레벨을 표시할 경우는 전송채널 수가 표시되어 있다. 결국 사용하는 전송채널 수가 catalogue표시와 다를 경우에는 운영상의 소요성능이 얻어지도록 입력레벨과 이득조정으로 조정할 필요가 있다.

2. 증폭기의 고장

2-1. 채널증폭기

채널 증폭기의 고장은 "까맣게 되는 것 또는 동기흐름", "920㎑ color beat 장해" 현상이 있다. 어느것이나 모두 정격출력 이상으로 출력레벨이 상승했을 때에 발생하고 원인으로는 입력레벨의 변동, 증폭기 이득의 온도변화 등이 있는데 입출력 레벨이 규격치에 들어 있는가를 점검하고 blower등으로 온도변화를 주어 증폭기의 상태를 점검한다.

2-2. 광대역형 증폭기

광대역형 증폭기의 고장에는 상호변조,혼변조,출력레벨의 고르지 못함 등이 있다. 상호변조와 혼변조는 다른 무선국(FM국과 CB무선국 등)이 원인이 되는 것도 있다. 전계강도계로 방해를 주고 있는 무선극의 주파수를 조사해 notch형 필터를 중폭기 입력에 투입한다.
출력레벨이 고르지 못함은 온도가 관계하는 것이 많으며 전송하는 채널의 출력레벨의 폭은 규정치인 3dB이하가 되도록 입력레벨을 조정한다.

2-3. 증폭기 취급상의 주의

증폭기는 트랜지스터를 사용하고 있기 때문에 취급상 몇 가지 주의가 필요하다.
고온은 트랜지스터의 파괴의 원인이 되므로 가능한 한 주위온도 변동이 적고 통풍이 양호한 장소에 설치하도록 한다.(일반적으로 catalogue에는 주위온도조건이 지정되어 있다) 또한 동작중 출력케이블을 벗길 경우에는 입력이나 전원을 차단한 후 작업을 하여야 한다.

다. 급전선과 수신기의 부정합

1. 부정합에 따른 현상

신호를 능률 좋게 전송하기 위해서는 급전선과 수신기의 임피던스가 정합(Matching)되어야 한다. 정합이 되어 있지 않으면 부정합 점에서 신호가 반사해 계통 전체에 악영향을 준다.

임피던스 부정합에 의한 영향
1) 화질의 부분이 나빠 색이 변한다.
2) ghost가 생긴다.
3) 채널에 따라 색상이 드러나지 않고 레벨이 고르지 못하는 등이 있다.

1)은 급전선이 짧고 ghost까지 이르지 않는 현상으로 지연시간이 짧으면 현상을 검지하기 어렵다(인간의 지연시간 검지는 0.2㎲정도이고 이것은 급전선 길이가 약 20m에 상당한다)
2), 3)은 급전선 길이가 길어졌을 경우로 2)는 반사파의 신호가 ghost되어 나타나고.
3)은 직접파와 반사파에 의해 정재파가 발생해 주파수 특성이 현저한 谷 부분에 color 신호주파수가 일치할 경우이다.
증폭기를 사용하고 있는 수신설비로 급전선이 절단되는 등의 현저한 부정합이 생기면 증폭기는 발진(총채로 턴 듯한 가로줄의 noise)현상과 트랜지스터의 파괴를 유발하므로 이 때에는 증폭기의 전원을 차단한 후 불량개소를 처리하여야 한다.

2. 부정합의 원인

1) 급전선의 일부손상 또는 급전선의 설비방식의 불량
콘넥터의 처리불량, 리본피이더의 경우에는 과도한 구부림과 루우프가 생기지 않도록 주의를 필요로 하는데 화질의 향상을 꾀하기 위해서는 동축케이블을 사용하여야 한다.

2) 급전선(수신안테나로부터)~증폭기 입력
급전선의 길이가 긴 경우로 입력레벨이 높아 증폭기의 입력 VSWR이 변화하면 발생한다. 증폭기의 입력측에 고정감쇄기(6dB정도)를 투입하면 막아진다.

3) 증폭기 출력 ~ 급전선
주파수性이 물결치는 것이며(출력레벨에 채널차가 생긴다) 출력레벨에 여유가 있을 때에는 6dB정도의 고정감쇄기를 출력측에 투입하는 것이 좋다.

4) 급전선~분기기,분배기 및 분기기,분배기~수신기입력 등
분기기 분배기의 단말처리 불량이 원인이 되는 것이 많다.

라. 혼변조, 상호변조

1. 혼변조(cross modulation)

증폭기의 비직선에 의한 3차 왜곡성분의 일종으로서 입력신호가 진폭변조법의 경우 다른 신호가 직접 바꿔타는 window wiper 방해 및 타국의 영상신호가 혼입하는 현상이 발생한다. 이것을 혼변조라 한다. 상호변조와는 다르고 어느것이나 주파수의 관계에서 발생한다. 혼변조는 혼변조를 유발한 반송파의 선두치를 a, 혼변조성분의 P-P치를 b라 하면 다음과 같이 표시한다.
혼변조도[dB] = -20 log(a/b)

2. 상호변조(inter modulation)

증폭기는 주파수와 진폭이 다른 2개 이상의 신호를 동시에 가해지는 경우 증폭기의 비직선 때문에 왜곡파 성분으로서 고주파성분외에 신호의 주파수의 합 및 차의 beat주파수 성분이 생긴다.

3. 혼변조,상호변조의 발생원인

증폭기의 동작이 비선형이면 왜곡이 발생한다. 비선형이란 입력레벨에 따라 증폭기의 이득이 변하고 또 출력과의 위상차가 변하는 것으로 다음 2가지로 분류된다.

1) 진폭비직선형-------진폭왜곡
2) 위상비직선형-------위상왜곡

2)는 UHF용 고출력 증폭기에서 발생하여 일반증폭기로는 1)이 主이기 때문에 1)에 대하여 설명한다.

증폭기에 입력 x를 가했을 때의 출력 y(x)를 수식으로 나타내면

보통 증폭기에 구하고 있는 증폭동작은 3.1식의 K1x항 만이지만 그 밖의 항이 수 많이 있다. 성능이 좋은 직선증폭기는 k1(증폭도--- 이득을 가리킨다)이 크고 그 밖의 k2----kn이 대단히 작은 것을 말한다.
공청용증폭기는 보통 k2,k3에 착안해서 검토를 진행하므로 실용상 지장이 없다. k2x을 2차왜곡 k3x를 3차왜곡이라 한다. 입력이 3개의 신호일 때 증폭기의 출력에는 표3.1에 나타내는 여러 가지의 신호성분이 나오게 된다.
TV전파 주파수 배열상에서 VHF대 전송에서는 2,3차 왜곡을 검토하지만 UHF대의 경우에는 3차 왜곡만을 검토하는 것이 좋다. 이것은 2차 왜곡성분이 전송지역외가 되기 때문이다. V,U형 증폭기의 경우는 UHF대의 2차왜곡이 VHF대의 전송지역에 들어올 가능성이 있으므로 반드시 검토하여야 한다.

4. 왜곡의 성질과 화질의 방해

1) 출력레벨

2차왜곡의 증가량은 TV신호의 출력레벨에 비례하고 3차왜곡은 2승에 비례한다. 출력레벨은 보통 영상신호의 동기 선두치 반송파 레벨만으로 생각해도 된다.

2) 왜곡의 가산

다수의 채널을 증폭할 경우 한 개의 주파수와 전송지역에 복수의 왜곡이 더해지는 것이 많다. XM은 채널수를 n으로 하면 n-1개가 하나의 채널에서 나타난다. TV의 변조방식은 負변조이기 때문에 다른 채널의 동기신호가 XM이 되어 wiper 방해를 주지만 이것이 n-1개 더해지기 때문에 이론상으로는 20 log ₁₀(n-1) dB만큼 XM량은 나빠지고 화질도 나빠진다.
[예] 3ch분만 전송했을 시의 XM량을 -50dB로 하면 4 ch 6dB, 6ch로 12dB 나빠져 각각 -44dB, -38dB가 된다. 실제로는 각 TV 방송국의 동기신호의 주파수와 위상이 꼭 같은 것은 없기 때문에 실제상 상기 계산식은 10 log ₁₀(n-1) [dB]가 되어 지장이 없다. ch수에 대한 노화량을 표3.2에 표시한다.
즉 多채널 증폭기를 설계할 경우 채널수에 대응한 ?화량을 고려해 출력레벨을 정하여야 하며 3ch 전송시의 XM량을 측정하므로써 다채널시의 XM량을 설계할 수 있다.
IM에 대해 주파수가 같은 경우에는 벡터합이 되기 때문에 역상이 되면 서로 상쇄되고 정상이 되면 증가한다.
주파수가 다른 경우에는 시각평가상 고려하지 않으면 안된다. 평가적으로 생각하면 XM과 마찬가지로 相乘가산이 되므로써 좋다.

[표3.2] 채널數에 對한 혼변조(XM)의 ?化量(dB)

채널 수(n)	10 log₁₀(n-1)	20 log₁₀(n-1)
3 4 5 6 7	3.0 4.8 6.0 7.0 7.8	6.0 9.5 12.0 14.0 15.6
8 9 10 11	8.5 9.0 9.5 10.0	17.0 18.1 19.0 20.0

(주) 2ch. 전송시의 X·M량에 이 표의 ?화치를 더하면 소요채널수의 X·M이 구해진다.
[예] 2ch 전송시 -58dB
8ch 전송시 X·M8 = -58+8.5 = -49.5(dB)

3) 혼변조와 상호변조(3차성분)의 관계

XM의 측정은 동시신호원과 변조기,복조기를 필요로 하기 때문에 상당히 복잡하다. 여기에 대해 IM은 신호발생기와 全測器로 측정할 수 있다.
XM과 IM의 관계를 알고 있으면 IM을 측정하여 구하고 XM을 계산할 수 있다. 표3.1에 나타난 3차왜곡의 계수를 2신호전송의 경우에 비교하면 IM의 계수 3/4, k3는 XM의 계수 3·K3/2의 1/2이 되어 있다. 결국 IM량에 6dB를 더한 것이 XM량과 같다. 따라서 그림 3.7에 나타난 주파수 배열과 레벨을 가지고 2신호 IM을 측정하므로써 2신호 XM이 계산된다. 2)항에서 기술한 왜곡와 가산치를 포함해 계산식을 정리하면 다음과 같이 된다.

[계산 예]
f1 : 100㎒, f2 : 105㎒, 출력레벨 : 100dBμ, 2신호 IM레벨 : 38dB가 측정으로 얻어졌다.

2신호 전송시의 XM2
2신호 IM량 IM2= 38-100= -62dB
3.1 식에서 XM2 = IM2 + 6 = -56dB
4신호 전송시의 XM4
3.1식에서 XM4 = IM2 + 6 + 10 log ₁₀(4-1) = -62+6+4.8= -51.2dB
8신호 전송기의 XM8
3.1식에서 XM8 = IM2 +6 + 10 log ₁₀(8-1) = -62+6+8.5 = -47.8dB

4) 화질방해

XM은 window wiper 방해를 준다. 이것을 TV의 변조방식이 負변조이기 때문에 동기신호성분이 증폭기의 비직선부분에 걸릴 가능성이 많고 수평동기 신호분이 세로의, 수직동기신호분이 가로의 검은 bar 가 되어 나타난다. IM은 그 주파수가 전송주파수 부근에 있을 때 beat 방해를 준다.
송신주파수는 계속되기 때문에 고정 beat는 되지 않고 beat 주파수와 화질평가의 관련이 있으므로 평가의 판단에는 시간을 들일 필요가 있다. XM,IM에 대한 檢知限, 許用限과 왜곡량과의 관계를 표3.3에 표시한다.
[표3.3] XM, IM의 검지한,허용한(dB)

구분	검지한	허용한	비고
XM	-46	-38	가장 조건이 나쁜 변조내용의 경우
IM	-55	-48	가장 조건이 나쁜 주파수에 의한다.

5. 혼변조, 상호변조의 실제

1) VHF 채널

일본 TV주파수 할당은 최저 1채널의 간격을 두고 행해지고 있다. 따라서 재송신으로 채널변환을 하지 않은 증폭기에서 IM beat가 발생할 주파수를 예측할 수가 있다. 이것은 표3.4에 표시한다.

2)UHF 채널

UHF채널에서는 채널간격이 1채널인 것이 많다. 4채널 전송을 하는 예로서 왜곡의 발생주파수 배열을 그림 3.8에 표시한다. 이 그림에서와 같이 주파수배열에 의해 왜곡이 나오는 방향이 다르므로 화질평가를 할 때에는 전 채널에 주의할 필요가 있다.

3) 920㎑ color beat

채널전용 증폭기라도 3차 왜곡성분으로서 920㎑ color beat가 발생한다. 이 TV신호는 영상(휘도)신호, 음성신호, color 신호 등 3신호로 구성되어 있고 이 3신호의 IM beat가 전송대역내에서 영상신호의 상하 920㎑로 되기 때문이다.

[예] 제2채널의 경우
fv : 55.25㎒, fa : 59.75㎒, fc : 58.83㎒
fv+fa-fc = 56.17 = fv+0.92㎒
fv+fc-fa = 54.33 = fv - 0.92㎒
이 color beat는 화면의 대부분이 포화도가 높은 단일색일 때 눈에 잘 띄운다. 출력레벨을 내리거나 음성레벨을 낮추면 개선된다.

6. 증폭기의 혼변조,상호변조의 개선법

1) 증폭기의 혼변조 상호변조의 방해

증폭기 사용상 고장으로서 증폭회로의 왜곡에 기인하는 상호변조가 있다. 이것은 증폭기의 계통내에 접속되어 있는 모든 TV 수상기의 화면에 영향을 준다.
상호변조는 2차 왜곡 및 3차 왜곡으로 인해 발생되므로 화면에는 beat방해가 되어 나타난다. 혼변조란 3차 왜곡에 의한 것으로 광대역 증폭기에서 2개 이상의 채널을 증폭하고 있을 때 하나의 채널의 변조파가 다른 채널의 변조신호에 의해 변조되는 현상의 방해로 화면상으로는 이른바 wiper방해가 된다.
혼변조에 대해서는 입력레벨, 출력레벨, 증폭기 채널수, 채널간의 레벨차, 종속접속대수 등에 의해 좌우된다.

2) 증폭기의 혼변조, 상호변조 개선의 종합

증폭기의 왜곡에 의한 혼변조,상호변조의 정도는 일정한 입력레벨로 증폭한 채널수가 VHF일 때에는 7波, UHF 일 때에는 2波로 표시하고 있는 점이 많다. 따라서 증폭기의 특성을 충분히 활용해 혼변조, 상호변조방해를 개선하기 위해서는 다음을 고려하여야 한다.
- 입력레벨은 되도록 고르고 적정레벨 범위로 설정한다.
- 사용하는 증폭기에는 주파수 특성(이득편차),온도특성이 좋은 것을 선정한다.
- 출력레벨은 입력레벨의 변화, 이득의 온도특성을 고려하고 최대출력레벨 보다도 2~3dB낮은 운용레벨(정격출력)로 설정한다.

마. TV공동수신기의 내용연한

TV공동수신기의 내용년수를 논하는 것은 극리 어려운 문제와 배경이 있다. 사용환경, 설정상황, 보수상황, 메이커주장,사용자의 해석 등의 각종 조건에 따른 복잡한 관계가 발생하고 또 내용년한의 보증관계가 있어 명확한 답을 얻기 어려운 실정이다. 여기서는 상기의 각종 조건이 일반적인 것으로 또 메이커와 사용자가 협조해서 내용연한을 기준으로 파악하는 것을 전제로 한다.