均衡器設(shè)計(jì)

通信系統(tǒng)中傳輸?shù)男盘?hào)都是由許多不同頻率的正弦分量組成的，并且它們的幅度或相們之間具有確定的關(guān)系。為保證傳輸信號(hào)的質(zhì)量，要求在傳輸過程中，各正弦分量的幅度或相移關(guān)系保持不變，稱之為無畸變傳輸?shù)趯?shí)際上，信號(hào)經(jīng)過線性系統(tǒng)時(shí)，各頻率正弦分量的幅度或相位之間的關(guān)系將發(fā)生變化，因而使信號(hào)波形發(fā)生畸變。減少信號(hào)畸變的方法是，針對(duì)各種畸變的性質(zhì)在傳輸系統(tǒng)中介入各種類型的均衡網(wǎng)絡(luò)，校正幅度畸變的網(wǎng)絡(luò)稱為衰減均衡器；

1、無源衰減均衡器

（1）固定衰減

顯然，對(duì)稱橋T型的影象阻抗是不隨頻率變化的純電阻。

衰減均衡器工作在阻抗匹配情況下，介入衰減A1與影象衰減AO相同，即

當(dāng)信號(hào)只作單方向傳輸時(shí)，由于橋T型衰減均衡器工作在電橋平衡狀態(tài)，電阻RO處于等電位兩點(diǎn)之中，因而可以將RO任意地從電路中移去或短路。橋T型衰減均衡器就能簡(jiǎn)化成一個(gè)等效L型衰減均衡器，如圖5.1-23所示。

圖5.1-23 供單向傳輸用的L型衰減均衡器

（2）橋T型均衡器的甲類、乙類結(jié)構(gòu) 參閱圖5.1-24中Z1有甲、乙兩類結(jié)構(gòu)，甲類中Z1是由R1和電抗二端網(wǎng)絡(luò)X1并聯(lián)組成，實(shí)際中大量采用這種結(jié)構(gòu)；乙類中Z1是由電感、電容、電阻任意組合而成的一般二端網(wǎng)絡(luò)。

圖5.1-24  橋T型均衡器的甲、乙類結(jié)構(gòu)A）甲類、B）乙類

對(duì)于甲類一般結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行分析如下：

橋臂阻抗

2、可變衰減均衡器

實(shí)際應(yīng)用中，除固定衰減均衡器外，還有一種本身附有自動(dòng)化控制元件的可變衰減均衡器。這種可變衰減均衡器又稱平調(diào)網(wǎng)絡(luò)和斜調(diào)網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)傳輸信號(hào)的設(shè)備受外界環(huán)境影響時(shí)，使其衰減，頻率特性不斷變化。為適應(yīng)這種情況，設(shè)計(jì)出可變衰減均衡器能夠起自動(dòng)均衡作用。

常用可變衰減均衡器的分類見表5.1-17。

從表中可以看出，可變衰減均衡器屬于六端網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：1-1'端和2-2'端為正常傳輸信號(hào)用的輸入端和輸出端；3-3'端接熱敏電阻RT或接包含有熱敏電阻RT的阻抗網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)電路結(jié)構(gòu)不同，共分三類，第一、二類可變衰減均衡器又有串聯(lián)和并聯(lián)型兩種形式。

可變衰減均衡器根據(jù)其工作性質(zhì)，集輸常數(shù)應(yīng)該按如下規(guī)律變化，即

式中G0為起始特性；G~為可變分量；為可變分量的最大值；Z1Z為3-3'端的輸入阻抗；R0為當(dāng)G=G0時(shí)，熱敏電阻RT的阻值。

傳輸常數(shù)G隨著X的變化（其中主要是熱敏電阻RT的阻值變化），其變化范圍G0±。因此，X和這兩個(gè)函數(shù)稱為可變衰減均衡器參數(shù)，并且參數(shù)X和可以是實(shí)數(shù)，也可以是復(fù)婁。

由式（5.1-4）可知：

2、有源幅度均衡器

無源元件構(gòu)成的均衡器，調(diào)整范圍有限，如果要擴(kuò)大調(diào)整范圍，則網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，實(shí)際中常采用放大器來補(bǔ)償由于插入均衡器帶來的衰耗。近年來由于集成電路的應(yīng)用和發(fā)展，亦采用由有源網(wǎng)絡(luò)組成的均衡器，它可以克服上述缺點(diǎn)。

二階有源幅度均衡器的電壓比傳遞函數(shù)屬于雙二階函數(shù)，即

當(dāng)歐X=歐O=歐M時(shí)，此傳遞函數(shù)對(duì)應(yīng)有源幅度均衡器的幅度特性和電路結(jié)構(gòu)如圖5.1-25所示。顯然，給定不同的歐X、歐W、歐O、歐O和K值就可得出各種步同增益頻率特性曲線，利用這些曲線相加，則可獲得所需要的均衡幅度特性曲線。

以上所述，無論是無源，還是原源都是固定幅度均衡器，除此之外，它們都可構(gòu)成可變衰減均衡器，如在有源均衡器中，還有增益頻率特性斜率連續(xù)可調(diào)的幅度均衡器、衰減可變均衡器，能調(diào)節(jié)低斜率正負(fù)的有源可變均衡器等等，形式很多，請(qǐng)參閱文獻(xiàn)（5）。

3、無源時(shí)延均衡器

信號(hào)在傳輸過程中，除幅度會(huì)產(chǎn)生畸變外，相移也會(huì)發(fā)生畸變，相移畸變?cè)跀?shù)字傳輸中顯得非常重要。為此，保證信號(hào)不發(fā)生畸變，在幅度和相移兩方面都必須滿足條件：

式中稱為時(shí)延，為常數(shù)。

時(shí)延均衡器的幾個(gè)概念：

1）對(duì)相位均衡器的要求  在傳輸頻帶內(nèi)。均衡器的相移特性應(yīng)滿足給定要求，幅度特性應(yīng)是常數(shù)，輸入阻抗應(yīng)是定值，以便于和其他部件匹配連接。

2）群時(shí)延  相移特性可用時(shí)延特性來表示，當(dāng)傳輸信號(hào)是調(diào)制信號(hào)時(shí)，要占據(jù)一段有效頻帶角W，如果能無畸變地傳輸這段有效頻帶，則信號(hào)將不失真。用數(shù)學(xué)式表示，相移對(duì)頻率取導(dǎo)數(shù)應(yīng)為常數(shù)，則群時(shí)延為常數(shù)，即

引進(jìn)群時(shí)延概念后，亦可將相移均衡器稱之群時(shí)延均衡器，或簡(jiǎn)稱均衡器。同樣它可構(gòu)成固定和可變的兩種類型，廣泛采用的是固定時(shí)延均衡器，目前最理想的是格型全通網(wǎng)絡(luò)。

3）格型全通網(wǎng)絡(luò)  實(shí)現(xiàn)全能函數(shù)的網(wǎng)絡(luò)是格型網(wǎng)絡(luò)，它是理想時(shí)延均衡器，表5.1-18列出一些常用全通網(wǎng)絡(luò)的基本特性及傳輸特性。

表中所示全通網(wǎng)絡(luò)均為平衡型電路，在工作頻率較高時(shí)，一般都要求采用不平衡型電路結(jié)構(gòu)，因此必須對(duì)電路進(jìn)行等效變換，此變換可用分定端來證明，請(qǐng)參閱參考文獻(xiàn)（4）。

4、有源時(shí)延均衡器

時(shí)延均衡器的幅度特性在全頻域內(nèi)為一常數(shù)，僅其相移特性與頻率有關(guān)。而時(shí)延均衡器電路和實(shí)現(xiàn)可由無源L、C、R構(gòu)成，也可由R、C網(wǎng)絡(luò)及有源器件來構(gòu)成，后者稱之為有源時(shí)延均衡器，其種類很多，常用的有由一階和二階形式的基本節(jié)鏈接而成的電路，其相移及時(shí)延由所有基本節(jié)的總和來確定。表5.1-19示出幾種常用有源時(shí)延均衡器基本節(jié)電路及傳遞特性。