[发明专利]有线电视信号分离器

说明书

本发明涉及信号分离器领域，可用于有线电视(CATV)分配系统，以及涉及将宽频信号在各种输出端分配的应用上，因此本发明应用并不仅仅局限于公用有线电视系统。

在一个具有数以千计分配点的有线电视(公用天线电视)分配系统内，必须在两个或更多的外展分支电路之间对输入信号作分离处理，用于在外展分支电路之间分离信号的信号分离器须满足几个具有相当挑战性的性能标准。首先，有线电视信号的频宽非常广，常在5-552MHZ间。在可见的未来，上限会达1000MHZ(1GHZ)，以使整个带宽将接近八倍频宽的范围。因而，在1GHZ下，传统的印刷电路板及所用导线接脚就不能进行正常的操作。

其次，在信号的频率范围内，功率损失必须均匀，且必须控制在一极小的分贝数内。从系统的源头端传至用户家里信号须经过超过一打之多的分离器，分离器所造成的任何衰减将会因线路上数目众多的分离器而倍增。

第三，分离器必须具备非常好的输出回返损失。这意味着任何从输出分支电路流回的信号必须为分离器吸收，且不能再反射到所述分支电路上去，再反射回去的信号会使用户的电视机上出现“鬼影”。

第四，分离器必须具备非常好的输出隔离。这意味着在某一输出端进出的信号不能出现在其他的输出端上。如果信号能够从某一输出端传至另一输出端，那么邻近者的电视信号接收品质即会降低。

图1所示为现有技术的基本电路。该电路属于可产生相同输出类型的，它也可以提供产生不相同输出的电路，但这种电路不在本发明的范畴内。图1的电路包括一个输入端和两个输出端，多输出端可借助建构二元“树”来达成，其中每一组成均包含一个基本电路。亦即，一个给定的信号分离器的每一个输出端均连接至另一完全相同的分离器电路的输入端。如此，众多的分离器电路可以级联式方式相接，而使一单独的输入信号能分离为任意多的输出信号。

若两个输出端的负载均为Z₀，则在点B由输入电压感应而生且分别流经绕组T2的N3及N4之电流应相等。若N3＝N4，则由这些电流在T2的铁芯所感应的磁场应是大小相等、极性相反，且点C与D间无电压差。在点B由输入端看进去的负载，为二输出端A、B的负载并联，或Z₀/2。为了提供正确的阻抗匹配，T1用来将输入阻抗以2倍转换，因此T1的匝数N1+N2对N2的比值应为

若反射的能量出现在输出端A，会被串联的两个阻抗吸收。第一个为输入源阻抗Z₀，经T1以1/2因数转换，结果为Z₀/2。第二个为负载电阻R1，其阻抗选择为2Z₀，经T2转换为Z₀/2(根据(N3+N4)/N3匝数比值的平方)。此二阻抗串联形成Z₀达到完美匹配。

当有反射的能量出现在输出端A时，两个相同的串联负载阻抗使得点B的电压为点C的1/2，且相位相同。假设绕组T2具有相同匝数，亦即N3＝N4，则使得点B与C间的电压为点C与D间电压值的一半。这样，点D电压为0，也就是说由输出端A反射的能量不会出现在输出端B上。

设计一性能良好的宽频信号分离器有一些实际上的问题。即使可以获得在5-552MHZ内几近理想的负载电阻，变压器T1及T2仍会呈现与理想值的相当大的偏差。作为第一阶修正，可将这些偏离视同在每一变压器绕组上加上串联及并联的阻抗。并联的阻抗代表变压器的铁芯磁化电流和损失，而变压器制造商会明示在操作频率范围内每一匝绕组所感应的并联阻抗，其误差控制在20％的容限以内，对第二阶效应而言这是十分满意的。

在另一方面，串联阻抗的处理是较困难的问题。串联阻抗主要是由于基于以下事实的漏感产生的，即，其事实是流过铁芯上每一绕组的每一匝的电流所感应的磁场不会通过所有其他的匝。漏感的总量由铁芯材质种类和绕组的空间布局决定。变压器制造商并不会明定这些效应，且绕组是以手工在微小的铁芯上制成。因而，串联阻抗的差异就很大，通常需要在产品完成后再以手工对绕组的加以分布来作调整。

有几种技术可用来补偿T1及T2所感应的等效并联阻抗。首先，T1及T2可采用相同的铁芯，且绕组N2，N3及N4可设为相同。这样，输出端A及B间严格的输出隔离将得以保持，而与并联的铁芯损失值无关。

其次，这样一个事实，即宽频铁芯材质的并联铁芯损失阻抗在工作频宽内几乎是完美的电阻式的和相当恒定的，这样，可增加负载电阻R1的值并减低输入匹配的变压器比值(N1+N2)/N2，以补偿这种并联阻抗的增加。

上述补偿技术可加以扩展以用来处理当N2不等于N3及N4的情形。对于这种补偿的主要限制来源于串联的漏感所导致的性能劣化的更严重限制。