Orbis pictus 21. století

1. Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu Orbis pictus 21. století

2. Orbis pictus 21. století Domovnítelevizní rozvody Návrh Obor: ElektriářRočník:3.Vypracoval:Prof. Ing. Václav Říčný, CSc. OB21-OP-EL-ELZ-RIC-U-3-012 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

3. NÁVRH (ENERGETICKÁ BILANCE) TKR 1 Úvod Návrh TKR zajišťuje žádanévýstupní parametry signálů na výstupních bodechrozvodu známé topologie. V menších a středních STA je to žádaná úroveň Uvýst, odstup signálu od šumu , příp. dynamický rozsah Dsignálu na výstupech účastnických zásuvek. U velkých distribučních TV sítí jsou předepsané parametry signálů v tzv. předávacích bodech -např. na vstupech domovních stanic. Vstupními parametry návrhu jsou úrovně přijímaných sig- nálů, topologie rozvodu atechnické parametry použitých pasivních i aktivních součástí (útlumy, míry šumu, zisky zesilovačů apod.) Kontrola minimálních úrovní signálů ve STA s kanálovými zesilovači by se měla provádět na všech rozváděných kanálech – minimálně však na kanále s nejvyš- ším kmitočtem) a to na nejvzdálenější zásuvce od hlavní stanice. Maximální úroveň signálu se kontroluje naopak na kanále s nejnižším kmitočtem(nebo na kanále s největším vstupním signálem) na zásuvce nejbližší k hlavní stanici. Kontrola úrovní signálů v TKR se širokopásmovýmizesilovači se obvykle pro- vádí nadolním a horním okraji kmitočtového pásma.

4. 2 Postup návrhu Návrh se provádí ve třech krocích a) kontrola a zajištění požadovaných úrovní signálů Uvminv nejvzdálenějším bodě rozvodu dané konfigurace. V tomto kroku se rovněž kontroluje, příp. upravuje maximální povolenáúroveň signálu Uvmax v účastnických zásuvkách blízkých hlavní stanici, b) stanovení odstupu signálu od šumu  na výstupu nejvzdálenějšíúčastnické zásuvky nebo v předávacím bodě domovního rozvodu, Povolené minimální a maximální úrovně signálu i odstupy signálu od šumu na výstupu účastnické zásuvky, příp. v předávacím bodě domovní stanice udávají normy nebo jiná doporučení. c) stanovení (kontrola) dynamického rozsahu Dsignálů na výstupu nejvzdále- nější účastnické zásuvky nebo v předávacím bodě domovního rozvodu se provádí pouze v případě, že ve velkých rozvodech je více zesilovačů zapo- jeno v kaskádě (v případě domovních STA téměř nikdy). Pro návrh se často používají speciální interaktivní počítačové programy.

5. 3 Příklad návrhu) individuální televizní antény Zadání Topologie individuální STA Vstupní signály Ua1=Ua2 = 65 dBV 8. kanál (195 MHz)24. kanál (500 MHz)Ua3 = 70 dBV 49. kanál (700 MHz) Parametry součástí rozvodu - koaxiální kabelVCCOD 75-5.6b0dB = 10 dB/100 m přif0 = 200 MHz - slučovač SbsdB = 2 - 3 dB - rozbočovače R1, R2, R3brdB = 4,5 dB - širokopásmový zesilovač ZAzdB = 33 dB, FzdB = 10 dB, U2max =110 dBV - účastnické zásuvky průchozí ÚZPbpdB = 3,5 dB, bvdB = 14 dB - účastnické zásuvky koncové ÚZKbvdB = 14 dB (vazební útlum)

6. 3.1 Kontrola úrovní signálů v rozvodu Útlumy dílčích částí rozvodu Pro minimální výstupní úrovněUvminsignálu nejvzdálenější účastnické zásuvky č.1,2 platíUvmin = Uai bcdBdBV. Tedy pro 8. kanál Uvmin = 65  (6,2) = 71,2 dBV24. kanál Uvmin = 65  (1,4) = 66,4 dBV 49. kanál Uvmin = 70 0,6 = 69,4 dBV. Pro maximální výstupní úrovněUvmax signálu na nejbližší účastnické zásuvce (6) obdobně pro 8. kanálUvmax = 65  (8,5) = 73,5 dBV24. kanál Uvmax = 65  (5,1) =70,1 dBV49. kanál Uvmax = 70  (4,0) =74,0 dBV

7. Porovnáním s žádanými úrovněmi signálů na odbočovacích výstupech účast- nických zásuvek (pro analogové signálym58 až 83 dBV) je patrné, že úrovně vyhovují. Je třeba také zkontrolovat, zda úroveň signálu Uz2 na výstupu zesilovače Z nepřekročív případěnejvětšího přijímaného signálu (Ua3 = 70dBV) výrobcem povolenou úroveňU2max= 110 dBV. Vzhledem k širokopásmovému zesilování signálůtří rozváděných kanálů je třeba tuto úroveň snížit na hodnotu U'2max = 110 – 7,5 log(3-1) = 107,7 dBV. Pro největší přijímaný signál Ua3 (49. kanál - 700 MHz) tedy platí U'z2 = Ua3-bk1dB-bk2dB- bsdB +AzdB = 70- 0,48 - 0,64 -2,5 + 33 = 99,4 dBVU'2max 3.2 Kontrola odstupu signálu od šumu  v účast. zásuvkách Přesný výpočet celkového šumového čísla FcdB větve rozvodu od antény až po účastnickou zásuvku je složitý. Je v ní zapojena řada pasivních a aktivních součástí. Při velkém ziskuzesilovače Z však části rozvodu za jeho výstupem na výsledné šumové číslo nemají prakticky žádný vliv. Zhlediska šumových poměrů je kritickývstupní signál antény Aa2,který má relativně nízkou úroveň, vysoký kmitočet (24.kanál). Před zesilovačem jsou zapojeny tři pasivní prvky (3m koaxiálního kabelu, slučovačS a další 4m koaxiálního kabelu).

8. Výpočet výsledného šumového čísla Fc a)Koax. kabel (3m)bk0dB =16 dB/100 m bk1dB = bk0dB.3/100 =16.3/100 = 0,48 dB výkonový přenos ak1 = 10-bk/10 = 10 - 0,48/10 = 0,895, šumové čísloFk1dB = ak1-1 = 0,895-1 = 1,12. b)Slučovač SbsdB = 2,5 dB výkonový přenos as = ,míra šumuFsdB = brmdB + 10 log n, kde útlum brmdB = 1 dB a n je počet slučovaných signálů(n= 2). Po dosazení FsdB = 1 + 10 log 2= 4 dB šumové číslo Fs = c) Koax. kabel (4m)jako v bodě a)bk2dB = 0,64 dB, ak2 = 0,862 a Fk2 = 1,16. d) Zesilovač ZAzdB = 33 dB výkonové zesíleníAz = míra šumu FzdB = 10 dB šumové číslo Fz = Pro výsledné šumové číslo Fc kaskády těchto čtyř prvků tedy platí

9. Výpočet výsledného odstupu signálu od šumu Pro odstup  na výstupu zesilovače Z pro signál z antény A2 platí  = Ua2/(Uš1), kde Ua2 = 1,78 mV (65 dBV) a pro t = 20C, Bš = 8 MHz a Rv = 75  je Uš1 = = 1,56 V . Po dosazení dostaneme  =atedy dB = 20log  = 20 log 226,9 = 47,1 dB. Je patrné, žetato hodnota vyhovuje a zaručuje velmi kvalitní obraz na tomto i na dalších kanálech. Poznámka K jednoduššímu vyjádření odstupu signálu od šumu dB lze užít i logaritmickou formu dB = Ua2Uš1bk1dBbsdB - bk2dB FzdB a po dosazení dB = 65  3,86 - 0,48  2,5  0,64 - 10 = 47,5 dB. Nepatrná odchylka od výsledku přesného výpočtu vznikáuvažováním stejné- vlivu útlumů obou úseků kabelů před a za prvním slučovačem S.

10. 4 Příklad návrhu střední společné televizní antény ZadáníTopologie STA Vstupní signály Signály kanálů C24 a C49 jsou kmitočtově Ua1= 70 dBV (FM),Ua2= 80 dBV (C06) konvertovány do III.TV pásma (175-230 MHz) Ua3=75 dBV (C24), Ua4=65 dBV (C49) Pametry součástí STA -kabel 1 VCCOD 75-5,6bk0dB = 8 dB/100 m při 200 MHz -kabel 2 VCCOY 75-4,8bk0dB = 12 dB/100 mpři 200 MHz -rozbočovače RbrdB = 4,2 dB - účastnické zásuvky průchozí útlum bpdB = 1,2 dBvazební útlum bvdB = 15 dB - kanálové zesilovače a měniče kmitočtu maximální zisk AzdB = 50 dBšumové číslo FzdB = 8 až 10 dBU2max= 120 dBVnastavitelný útlum budB = 0 - 25 dB - slučovač ZJ6v hlavni stanici HSprůchozí útlum bpsdB = 4 dB.

11. 4.1 Kontrola úrovní signálů v rozvodu STA Útlumydílčích částí domovního rozvodu STA za zesilovačem Zisk kanálové zesilovačů hlavní stanice musí vyrovnat útlum k nejvzdálenější účast- nickézásuvce. Jejich zisk je nastavitelný v rozsahu25 dB. Je třeba kontrolovat, zda pro všechny vstupní signály (Ua1 ažUa4) lze dodržetpožadované výstupní úrovně na nejvzdálenějšíúčastnické zásuvce rozvodu a na jaké hodnoty je třeba nastavit zisky jednotlivých zesilovačů. Úroveň vstupních signálůUvi zesilovačů je snížena o útlum bk(f ) 10 metrů vstupního kabelu č.1 (bk0dB= 8 dB/100m pro f0 = 200 MHz).

12. Úroveň signálu na vstupu jednotlivých kanálových zesilovačů hlavní stanice Uv1 = Ua1- bkdB( f1) = 70 dBV - 0,6 dB = 69,4 dBVpro f1 = 100 MHz(FM rozhlas), Uv2 = Ua2- bkdB( f2) = 80 dBV - 0,8 dB = 79,2 dBVpro f2 = 175 MHz (kanál C06), Uv3 = Ua3 -bkdB( f3) = 75 dBV - 1,4 dB = 73,6 dBVpro f3 = 500 MHz (kanál C24), Uv4 = Ua4- bkdB( f4) = 65 dBV - 1,6 dB = 63,4 dBVpro f4 = 700 MHz (kanál C49). Zisk každého kanálového zesilovače se nastavuje tak, aby na nejvzdálenějších účastnických zásuvkách(přízemí sekce B) byla alespoň požadovaná úroveň signálu Uvýstminpro analogovou televizi58 dBV, pro FM rozhlas 50dBV. Pracovní zisk zesilovačů je útlumovými členy nastaven tak, abyúrovně signálu na nejvzdálenější zásuvcebyly conejvyšší a přibližně stejnépro všechny rozváděné signály. Lze ji proto zvýšit na všechkanálech o 5,4 dB - což je omezeno maximálním ziskem zesilovače pro kanál C49 (Az4max = 50 dB). AzidB = UvýstminUvi + bcmaxidBa po dosazení Az1dB 50  69,4 + 46,0 = 26,6 dB,Az2dB 58  79,2 + 48,0 = 26,8 dB, Az3dB 58  73.6 + 50,0 = 34,4 dB, Az4dB 58 63,4 + 50,0 = 44,6 dB. Ve všech případech jsou zisky AzidB AzmaxdB (50 dB) v rozsahu nastavitelného útlumovéhočlánku v zesilovačích hlavní stanice (viz zadání).

13. Kontrola výstupních úrovní signálu Uvýst na nejbližší účastnické zásuvce Uvýst1 = Az1dB + Uv1- bcmin1dB = 26,6 + 69,4 - 33,5 = 62,5 dBVUvýstmax (= 80 dBV),Uvýst2 = Az2dB + Uv2- bcmin2dB = 26,8 + 79,2 - 34,1 = 71,9 dBVUvýstmax (= 83 dBV),Uvýst3 = Az3dB + Uv3- bcmin3dB = 34,4 + 73,6 - 34,4 = 73,6 dBVUvýstmax (= 83 dBV),Uvýst4 = Az4dB + Uv4- bcmin4dB = 44,6 + 63,4 - 34,4 = 73,6 dBVUvýstmax (= 83 dBV). Nejvyšší úrovně signálů rozváděných kanálů na nejbližších zásuvkách nesmí přesáhnout povolenou úroveň83 dBV. Je nutno také zkontrolovat maximální úroveň výstupního napětíUzzesilovačů hlavní stanice na kanálu, pro který bude nastaven největší zisk zesilovače - v tomto případěC49 (Az4dB= 44,6 dB). Úroveň výstupního napětí Uz4 bude Uz4 =Az4dB + Uv4 = 44,6 + 63,4 = 108 dBVU2max (120 dBV). 4.2 Kontrola odstupu signálu od šumu v rozvodu STA Celkové šumové číslo Fcvětve rozvodu k nejvzdálenější účastnické zásuvce je vyjádřeno vztahem Fc =.

14. Kontrola by měla být prováděna na všech rozváděných kanálech. V tomto pří-padě je provedena pouze na kanálu s nejvyšším kmitočtem, na kterém lze předpokládat největší šumové číslo zesilovače. Pro kanálC49 tedy platí bkdB(fi) = bkdB(f4) = 1,6 dB, bcmaxdB = 50 dB, AzdB = Az4 = 44,6 dB, FzdB = 10 dB. Pro celkové šumové čísloplatí Fc = = 1,44 + 13,04 + 5,02 = 19,5. Pro odstup signálu od šumu nakanáluC49platí (pro Uš1 = 1,56.10-6 V)  = = 258,4 nebo dB = 20 log 298,6 = 48,2 dB. Tato hodnota zajišťuje z hlediska šumu velmi kvalitní obraz. Z uvedených příkladů jepatrné, že návrh televizních kabelových rozvodů je poměrně složitý a časově náročný. Existují však speciální programy, kterými lze návrh automatizovat.

15. Děkuji Vám za pozornost Václav Říčný Střední průmyslová škola Uherský Brod, 2010 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky