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        小議同軸電纜的信號傳輸

        2013-03-02 09:49:22陳剛
        中國公共安全 2013年10期
        關(guān)鍵詞:信號

        文/陳剛

        同軸電纜的主要特征

        特性阻抗,同軸電纜的主體是由內(nèi)、外兩導(dǎo)體構(gòu)成的,對于導(dǎo)體中流動的電流存在著電阻與電感,對導(dǎo)體間的電壓存在著電導(dǎo)與電容,這些特性是沿線路分布的,稱為分布常數(shù),由于在制造中尺寸精度和介質(zhì)材料純度不均勻的影響,在有線電視系統(tǒng)與閉路監(jiān)控系統(tǒng)中盡管要求使用的同軸電纜特性阻抗為75Ω,但通常實際使用的同軸電纜的特性阻抗為(75±5)Ω。因此,為防止產(chǎn)生信號能量反射,達(dá)到最好的傳輸效果,終端負(fù)載阻抗也應(yīng)盡量等于電纜的特性阻抗。衰減特性,同軸電纜的衰減特性通常用衰減常數(shù)來表示,即:單位長度(如100m)電纜對信號衰減的分貝數(shù)。衰減常數(shù)與信號的工作頻率F的平均方根成正比,即頻率越高,衰減常數(shù)越大,頻率越低,衰減常數(shù)越小。一般來講,5mm粗的家用,100m問題不大。

        電纜的使用限期,任何電纜都有一定的壽命,電纜在使用一段時間后,由于材料老化,導(dǎo)體電阻變大,絕緣介質(zhì)的漏電流增加,當(dāng)電纜的衰減常數(shù)比標(biāo)稱值增加10[%]-15[%]時,該電纜就應(yīng)該更新,一般電纜的壽命根據(jù)質(zhì)量和使用場合的不同在7-20年。溫度系數(shù),溫度系數(shù)表示溫度變化對電纜特性的影響程度,溫度升高,電纜的損耗增加,溫度降低,電纜的損耗減少。電纜衰減值的溫度變化量大約為0.2[%]dB/℃,表明電纜衰減在原基礎(chǔ)上變化0.2[%],若溫度變化為±25℃,則電纜的衰減量變化±5[%]dB。假設(shè)某型號電纜長1500m,在20℃,穿單衣時,550MHZ信號,α=7.9dB/100m,設(shè)溫度系數(shù)為0.2[%]/℃,其衰減量為1500m×7.9dB/100m=118.5dB,當(dāng)溫度變化40℃,摸上去感覺微微有點(diǎn)熱時,衰減量變化為:118.5dB×0.2[%]/℃×40℃=9.48dB。另外,同軸電纜的衰減量隨頻率的不同是存在斜度的,溫度的變化不僅會引起衰減量的變化,而且會引起斜度的變化。在實際工作中,消除溫度變化對系統(tǒng)影響的措施是采用溫度補(bǔ)償型放大器、自動增益控制放大器和自動斜率控制放大器。家庭使用,這方面基本不需要考慮。

        屏蔽特性,屏蔽特性是衡量同軸電纜抗干擾能力的一個參數(shù),也是衡量同軸電纜防泄漏的一個重要參數(shù)。如果電纜屏蔽不好,傳輸信號不僅會受到外來雜波的串?dāng)_,影響有線電視信號質(zhì)量,也會泄漏出去干擾其他信號,為非有線電視用戶所接收,嚴(yán)重影響有線電視的正常入戶,收到鄰居的有線信號就是這個原因。

        信號在同軸電纜的信號傳輸

        視頻線纜傳輸可以分為同軸基帶傳輸、雙絞線基帶傳輸、射頻傳輸、光纜傳輸、數(shù)字(網(wǎng)絡(luò))傳輸?shù)葞追N方式。

        視頻同軸基帶傳輸:我國PAL-D視頻基帶0-6M,復(fù)合視頻基帶一般指視頻基帶和音頻副載波為8M帶寬。同軸視頻傳輸是應(yīng)用最早,用量最大,最容易操作的一種視頻傳輸方式。同軸視頻基帶傳輸?shù)募夹g(shù)要點(diǎn)是:

        同軸電纜的信號傳輸是以“束縛場”方式傳輸?shù)模褪钦f把信號電磁場“束縛”在外屏蔽層內(nèi)表面和芯線外表面之間的介質(zhì)空間內(nèi),與外界空間沒有直接電磁交換或“耦合”關(guān)系。所以同軸電纜是具有優(yōu)異屏蔽性能的傳輸線;同軸電纜屬于超寬帶傳輸線,應(yīng)用范圍一般為0Hz—2Ghz以上;它又是唯一可以不用傳輸設(shè)備也能直接傳輸視頻信號的線纜。

        視頻基帶信號處在0-6M的頻譜最低端,所以視頻基帶傳輸又是絕對衰減最小的一種傳輸方式。但也正是因為這一點(diǎn),頻率失真——高低頻衰減差異大,便成為視頻傳輸需要面對的主要問題;在視頻傳輸通道幅頻特性“-3db”失真度要求內(nèi),75-5電纜傳輸距離約為120—150米;工程應(yīng)用傳輸距離在2、3百米以內(nèi)還比較好,網(wǎng)上論壇里提供的“感官標(biāo)準(zhǔn)”傳輸距離數(shù)據(jù),從3、5百米到1千多米都有,實際是沒有標(biāo)準(zhǔn),也就沒有實際參考意義。

        同軸視頻基帶傳輸?shù)闹饕夹g(shù)問題是:為實現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)念l率斜率放大和抗干擾問題。

        抗干擾技術(shù)

        對常見的電梯、車間、傳輸耦合等各類干擾,已可以有效解決,斜率抗干擾技術(shù)的應(yīng)用,在有效抑制干擾的同時,也能有效補(bǔ)償電纜衰減和頻率失真,屬于抗干擾傳輸設(shè)備。其前端有源—后端無源抗干擾傳輸距離(75-5)在1000米左右,前后端都有源為1500-2000米;與斜率視頻放大器配套的抗干擾傳輸距離3公里,75-7電纜可以達(dá)到5公里。雙絕緣雙屏蔽抗干擾同軸電纜是與同軸電纜穿鍍鋅鐵管原理一樣,施工更方便,成本更低,在常見電磁干擾環(huán)境下,可以作為防止干擾入侵,又可方便設(shè)計和施工的工程選擇。

        同軸視頻基帶傳輸設(shè)備

        我國頻率斜率視頻放大技術(shù)的出現(xiàn),有效解決了視頻傳輸?shù)念l率失真問題,產(chǎn)品已經(jīng)比較成熟,在視頻傳輸通道“-3db”失真度要求內(nèi),僅用一級末端補(bǔ)償,75-5電纜傳輸距離已經(jīng)提高到了2000米以上,前后雙端補(bǔ)償?shù)囊曨l恢復(fù)設(shè)備已經(jīng)突破3公里。傳輸距離已可以滿足多數(shù)中近距離工程需要,傳輸質(zhì)量已達(dá)到高質(zhì)量工程的要求。

        應(yīng)用上的盲區(qū)誤區(qū)

        知道同軸傳輸有衰減,但不了解、不理解“頻率失真才是視頻同軸傳輸最需要重視的主要問題。頻率失真改變了視頻原信號各種頻率成分的正常比例關(guān)系,降低了圖像色度和清晰度。

        “視頻電纜”與“射頻電纜”:不親自測試驗證比較,也不加分析,盲目相信視頻傳輸只能用“視頻電纜”,不能用射頻電纜。不知道,甚至也不相信射頻電纜(SYWV)比視頻電纜(SYV)的傳輸特性更好一些,價格也更便宜;實際上通用射頻軟電纜原來只有SYV一種,八十年代中后期,物理發(fā)泡射頻電纜(SYWV)出現(xiàn)以后,特別是射頻有線電視網(wǎng)的發(fā)展,SYWV電纜以其優(yōu)異的傳輸特性,在射頻波段度藍(lán)天下,而SYV射頻電纜只能局限在視頻波段用于視頻傳輸了,把它叫著“視頻電纜”,本意是“限制性貶義名稱”。所謂視頻傳輸只能用“視頻電纜”,不能用射頻電纜,是一個廣為誤傳的大誤區(qū)。

        不知道,不了解同軸電纜也有專業(yè)傳輸設(shè)備。距離遠(yuǎn)了,首先考慮的是選用粗電纜,或者改用其他傳輸方式;或者錯誤地把普通視頻放大器當(dāng)成傳輸設(shè)備來用。

        不了解基于斜率視頻放大技術(shù)的視頻恢復(fù)設(shè)備,具有圖像質(zhì)量控制功能,可以在工程現(xiàn)場的監(jiān)控室看著畫面調(diào)整、改善、恢復(fù)提高圖像質(zhì)量,并成功的與光纜、射頻、微波、雙絞線傳輸系統(tǒng)合理組合,用于改善傳輸系統(tǒng)的圖像質(zhì)量。

        盲目的相信高編電纜衰減小,抗干擾能力強(qiáng),傳輸距離遠(yuǎn)。認(rèn)為視頻干擾的產(chǎn)生,就是因為屏蔽層不好,編網(wǎng)密度不夠造成的,于是一味的使用高編電纜。工程實踐是,在工程現(xiàn)場產(chǎn)生干擾的實例中,絕大多數(shù)還是用的高編電纜;最新研究表明,干擾的產(chǎn)生主要不是因為編網(wǎng)的屏蔽性能不好造成的,而是由于電纜太長,屏蔽層縱向電阻較大,干擾感應(yīng)電流在縱向電阻上形成了感應(yīng)電動勢,并通過傳輸電纜兩端的75歐姆匹配電阻,與芯線形成回路,在負(fù)載上產(chǎn)生干擾的,這對高編電纜也會產(chǎn)生干擾,就好理解一些了。

        誤認(rèn)為凡是干擾都能用抗干擾器來解決。有一類干擾我們暫稱為“故障類干擾”:如電源問題,供電系統(tǒng)問題,地電位環(huán)路問題,設(shè)備故障問題等“有形電路”引起的“干擾現(xiàn)象”,并不是常規(guī)意義上“無形電路”的電磁干擾。這類干擾不需要用任何抗干擾設(shè)備就能解決,辦法是排除“故障”。

        不了解同軸傳輸?shù)钠ヅ湓砗凸こ虘?yīng)用方法,盲目用電工技術(shù)把內(nèi)外導(dǎo)體分別焊接或扭接來處理電纜接頭,以為這樣可靠,不知道破壞了“同軸性”,阻抗不連續(xù)會產(chǎn)生反射;有線電視傳輸工程中大量應(yīng)用的“F型接頭”和“雙通”可以實現(xiàn)高性能電纜連接,現(xiàn)場操作也方便。

        射頻傳輸

        射頻傳輸方式繼承了有線電視成熟的射頻調(diào)制解調(diào)傳輸技術(shù),并結(jié)合監(jiān)控實際開發(fā)了一系列的相關(guān)產(chǎn)品。射頻傳輸方式技術(shù)要點(diǎn)是:

        射頻傳輸是用視頻基帶信號,對幾十兆赫到幾百兆赫的射頻載波調(diào)幅,形成一個8M射頻調(diào)幅波帶寬的“頻道”,沿用有線電視技術(shù),從46-800多兆赫,可以劃分成許多個8M“頻道”,每一路視頻調(diào)幅波占一個頻道,多個頻道信號通過混合器變成一路射頻信號輸出、傳輸,在傳輸末端再用分配器按頻道數(shù)量分成多路,然后由每一路的解調(diào)器選出自己的頻道,解調(diào)出相應(yīng)的一路視頻信號輸出;傳輸主線路是一條電纜,多路信號公用一條射頻電纜,這就是目前安防行業(yè)里所介紹的“共纜”,“一線通”等射頻傳輸產(chǎn)品;

        傳輸距離比較遠(yuǎn),能在一條電纜中,同時傳輸多路視頻,可以雙向傳輸。這在某些攝像機(jī)分布相對集中,且集中后又需要遠(yuǎn)距離傳輸幾公里以內(nèi)的場合,應(yīng)用射頻調(diào)制解調(diào)傳輸方式比較合理。傳輸上單纜、多路,單向、雙向,音頻、視頻、控制等同時進(jìn)行和兼容等,都是射頻調(diào)制解調(diào)傳輸方式的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢;

        技術(shù)現(xiàn)狀:由于射頻傳輸方式繼承了有線電視成熟的射頻調(diào)制解調(diào)傳輸技術(shù),理論上和實踐上都有比較成熟的產(chǎn)品。射頻傳輸在安防工程中應(yīng)用,技術(shù)上是成熟的。

        應(yīng)用上的盲區(qū)誤區(qū)

        以為射頻傳輸方式像同軸電纜傳輸一樣,把設(shè)備用電纜連起來,基本就成了。不太了解,射頻傳輸方式在工程應(yīng)用中,隱含著一個“射頻傳輸網(wǎng)絡(luò)”設(shè)計與施工的重要技術(shù)面,這是工程能否成功,能否高質(zhì)量運(yùn)行的關(guān)鍵所在。再好的產(chǎn)品,射頻傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與施工經(jīng)驗不足,水平不夠,也很難做好,甚至失敗。這一點(diǎn)很多廠家在作產(chǎn)品介紹時,提的很少。

        還應(yīng)了解,與有線電視傳輸方式相反,調(diào)制器、混合器等主要設(shè)備,不再是放在室內(nèi),而多數(shù)是放在室外的全天候工作環(huán)境中,因此,對設(shè)備性能有了全天候的要求。這與一般監(jiān)控系統(tǒng)工程追求低造價投入的趨向是矛盾的。結(jié)果只能適當(dāng)降低產(chǎn)品技術(shù)性能了。如系統(tǒng)穩(wěn)定性,頻道頻率飄移等。

        在射頻傳輸方式的工程應(yīng)用中,絕大多數(shù)工程公司仍缺乏“射頻傳輸網(wǎng)絡(luò)”設(shè)計、安裝、調(diào)試方面技術(shù)人員,缺乏專用檢測設(shè)備和工程經(jīng)驗,很多工程公司連示波器都還沒有,更不用說場強(qiáng)儀了。這也是制約射頻傳輸推廣應(yīng)用的重要因素。

        射頻傳輸網(wǎng)絡(luò)屬于監(jiān)控工程中的一個“傳輸環(huán)節(jié)”,但卻包含了對調(diào)制、混合、多級功率放大、多頻道均衡、交調(diào)、諧波、音視頻比例關(guān)系等多種設(shè)備和技術(shù)要求,系統(tǒng)復(fù)雜,設(shè)備技術(shù)含量較高。是各種傳輸方式中,技術(shù)復(fù)雜度最高,又較難掌握的一類。

        射頻傳輸避開了0-6M范圍的低頻干擾,但回避了射頻網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)實問題:射頻傳輸,頻段高,電纜衰減嚴(yán)重,設(shè)備的熱噪聲,頻道間的均衡、交調(diào)、串?dāng)_、諧波等已經(jīng)成為主要矛盾,看看每家每戶的有線電視節(jié)目,那是經(jīng)過專業(yè)訓(xùn)練的專業(yè)隊伍設(shè)計施工的,總是有的頻道還有干擾,而且干擾情況還經(jīng)常發(fā)生變化,這在多路數(shù)共纜傳輸系統(tǒng)中,必須引起高度重視。

        鑒別同軸線的質(zhì)量

        觀察絕緣介質(zhì)的圓整度,標(biāo)準(zhǔn)同軸電纜的截面很圓整,電纜外導(dǎo)體、鋁箔貼于絕緣介質(zhì)的外表面,介質(zhì)的外表面越圓整,鋁箔與它外表的間隙就越小,越不圓整間隙就越大。實踐證明,間隙越小電纜的性能越好,另外,大間隙空氣容易侵入屏蔽層而影響電纜的使用壽命。

        檢測同軸電纜絕緣介質(zhì)的一致性,同軸電纜絕緣介質(zhì)直徑波動主要影響電纜的回波系數(shù),此項檢查可剖出一段電纜的絕緣介質(zhì),用千分尺仔細(xì)檢查各點(diǎn)外徑,看其是否一致。

        檢測同軸電纜的編織網(wǎng),同軸電纜的編織網(wǎng)線時同軸電纜的屏蔽性能起著重要作用,而且在集在供電有線電視線路中還有電源的回路線,因此同軸電纜質(zhì)量檢測必須對編織網(wǎng)是否嚴(yán)密平整進(jìn)行察看,方法是剖開同軸電纜外護(hù)套,剪一小段同軸電纜編織網(wǎng),對編織網(wǎng)數(shù)量進(jìn)行鑒定,如果與所給指標(biāo)數(shù)值相符為合格,比所給指標(biāo)數(shù)值少為不合格。另外對單根編織網(wǎng)線用螺旋測微器進(jìn)行測量,在同等價格下,線徑越粗質(zhì)量較好。

        檢查鋁箔的質(zhì)量,同軸電纜中起重要屏蔽作用的是鋁箔,它在防止外來開路信號干擾與有線電視信號泄露方面具有重要作用,因此對新進(jìn)同軸電纜應(yīng)檢查鋁箔的質(zhì)量。剖開護(hù)套層,觀察編織網(wǎng)線和鋁箔層表面是否保持良好光澤;接著取一段電纜,緊緊繞在金屬小軸上,拉直向反向轉(zhuǎn)繞,反復(fù)幾次,再割開電纜護(hù)套層觀看鋁箔有無折裂現(xiàn)象,也可剖出一小段鋁箔在手中反復(fù)揉搓和拉伸,經(jīng)多次揉搓和拉伸仍未斷裂,具有一定韌性的為合格,否則為次品。

        檢查外護(hù)層的擠包緊度,高質(zhì)量的同軸電纜外護(hù)層都包得很緊,這樣可縮小屏蔽層內(nèi)間隙,防止空氣進(jìn)入造成氧化,防止屏蔽層的相對滑動引起電性能飄移,但擠包太緊會造成剝?nèi)プo(hù)層,以用力不能拉出線芯為合適。

        觀察電纜成圈形狀,電纜成圈不僅是個美觀問題,而且也是質(zhì)量問題。電纜成圈平整,各條電纜保持在同一同心平面上,電纜與電纜之間成圓弧平行地整體接觸,可減少電纜相互受力,堆放不易變形損傷,因此在驗收電纜質(zhì)量時對此不可掉以輕心。

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