均衡器类型介绍及其设计

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通信系统中传输的信号都是由许多不同频率的正弦分量组成的，并且它们的幅度或相们之间具有确定的关系。为保证传输信号的质量，要求在传输过程中，各正弦分量的幅度或相移关系保持不变，称之为无畸变传输但在实际上，信号经过线性系统时，各频率正弦分量的幅度或相位之间的关系将发生变化，因而使信号波形发生畸变。减少信号畸变的方法是，针对各种畸变的性质在传输系统中介入各种类型的均衡网络，校正幅度畸变的网络称为衰减均衡器；
1、无源衰减均衡器
（1）固定衰减


图5.1-24  



显然，对称桥T型的影象阻抗是不随频率变化的纯电阻。
衰减均衡器工作在阻抗匹配情况下，介入衰减A1与影象衰减AO相同，即



当信号只作单方向传输时，由于桥T型衰减均衡器工作在电桥平衡状态，电阻RO处于等电位两点之中，因而可以将RO任意地从电路中移去或短路。桥T型衰减均衡器就能简化成一个等效L型衰减均衡器，如图5.1-23所示。



图5.1-23 供单向传输用的L型衰减均衡器
（2）桥T型均衡器的甲类、乙类结构 参阅图5.1-24中Z1有甲、乙两类结构，甲类中Z1是由R1和电抗二端网络X1并联组成，实际中大量采用这种结构；乙类中Z1是由电感、电容、电阻任意组合而成的一般二端网络。



桥T型均衡器的甲、乙类结构A）甲类、B）乙类
                          
                       
                          
                               


对于甲类一般结构特性进行分析如下：
桥臂阻抗



2、可变衰减均衡器
实际应用中，除固定衰减均衡器外，还有一种本身附有自动化控制元件的可变衰减均衡器。这种可变衰减均衡器又称平调网络和斜调网络，当传输信号的设备受外界环境影响时，使其衰减，频率特性不断变化。为适应这种情况，设计出可变衰减均衡器能够起自动均衡作用。
常用可变衰减均衡器的分类见表5.1-17。




从表中可以看出，可变衰减均衡器属于六端网络结构：1-1'端和2-2'端为正常传输信号用的输入端和输出端；3-3'端接热敏电阻RT或接包含有热敏电阻RT的阻抗网络。根据电路结构不同，共分三类，第一、二类可变衰减均衡器又有串联和并联型两种形式。
可变衰减均衡器根据其工作性质，集输常数应该按如下规律变化，即



式中G0为起始特性；G"为可变分量；

为可变分量的最大值；Z1Z为3-3'端的输入阻抗；R0为当G=G0时，热敏电阻RT的阻值。
传输常数G随着X的变化（其中主要是热敏电阻RT的阻值变化），其变化范围G0±

。因此，X和

这两个函数称为可变衰减均衡器参数，并且参数X和可以是实数，也可以是复娄。
由式（5.1-4）可知：



2、有源幅度均衡器
无源元件构成的均衡器，调整范围有限，如果要扩大调整范围，则网络结构较复杂，实际中常采用放大器来补偿由于插入均衡器带来的衰耗。近年来由于集成电路的应用和发展，亦采用由有源网络组成的均衡器，它可以克服上述缺点。
二阶有源幅度均衡器的电压比传递函数属于双二阶函数，即



当欧X=欧O=欧M时，此传递函数对应有源幅度均衡器的幅度特性和电路结构如图5.1-25所示。显然，给定不同的欧X、欧W、欧O、欧O和K值就可得出各种步同增益频率特性曲线，利用这些曲线相加，则可获得所需要的均衡幅度特性曲线。
以上所述，无论是无源，还是原源都是固定幅度均衡器，除此之外，它们都可构成可变衰减均衡器，如在有源均衡器中，还有增益频率特性斜率连续可调的幅度均衡器、衰减可变均衡器，能调节低斜率正负的有源可变均衡器等等，形式很多，请参阅文献（5）。
3、无源时延均衡器
信号在传输过程中，除幅度会产生畸变外，相移也会发生畸变，相移畸变在数字传输中显得非常重要。为此，保证信号不发生畸变，在幅度和相移两方面都必须满足条件：



                          
                       
                          
                               

式中称为时延，为常数。
时延均衡器的几个概念：
1）对相位均衡器的要求  在传输频带内。均衡器的相移特性应满足给定要求，幅度特性应是常数，输入阻抗应是定值，以便于和其他部件匹配连接。
2）群时延  相移特性可用时延特性来表示，当传输信号是调制信号时，要占据一段有效频带角W，如果能无畸变地传输这段有效频带，则信号将不失真。用数学式表示，相移对频率取导数应为常数，则群时延为常数，即



引进群时延概念后，亦可将相移均衡器称之群时延均衡器，或简称均衡器。同样它可构成固定和可变的两种类型，广泛采用的是固定时延均衡器，目前最理想的是格型全通网络。
3）格型全通网络  实现全能函数的网络是格型网络，它是理想时延均衡器，表5.1-18列出一些常用全通网络的基本特性及传输特性。



表中所示全通网络均为平衡型电路，在工作频率较高时，一般都要求采用不平衡型电路结构，因此必须对电路进行等效变换，此变换可用分定端来证明，请参阅参考文献（4）。
4、有源时延均衡器
时延均衡器的幅度特性在全频域内为一常数，仅其相移特性与频率有关。而时延均衡器电路和实现可由无源L、C、R构成，也可由R、C网络及有源器件来构成，后者称之为有源时延均衡器，其种类很多，常用的有由一阶和二阶形式的基本节链接而成的电路，其相移及时延由所有基本节的总和来确定。表5.1-19示出几种常用有源时延均衡器基本节电路及传递特性。