CATV 고장의 원인(CATV Trouble) - 왜곡의 성질과 화질의 방해

CATV 고장의 원인(CATV Trouble) - 왜곡의 성질과 화질의 방해

 

 

1. 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

반응형

②는 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)

(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 검지한, 허용한과 왜곡량과의 관계를 표3.3에 표시한다.

 

[표3.3] XM, IM의 검지한,허용한(dB)

 

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.

 

 

2. 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.