射頻同軸電纜的技術(shù)參數
一、 工程常用同軸電纜類(lèi)型及性能:
1) SYV75-3、5、7、9…,75歐姆,聚乙烯絕緣實(shí)心同軸電纜。近些年有人把它稱(chēng)為“視頻電纜”;
2) SYWV75-3、5、7、9…75歐姆,物理發(fā)泡聚乙烯絕緣同軸電纜。有人把它稱(chēng)為“射頻電纜”;
3) 基本性能:
l SYV物理結構是100%聚乙烯絕緣;SYWV 是發(fā)泡率占70-80%的物理發(fā)泡聚乙烯絕緣電纜;
l 由于介電損耗原因,SYV實(shí)心電纜衰減明顯要大于SYWV物理發(fā)泡電纜;在常用工程電纜中,目前物理發(fā)泡電纜仍然是傳輸性能最好價(jià)格最低的電纜,在視頻、射頻、微波各個(gè)波段都是這樣的。廠(chǎng)家給出的測試數據也說(shuō)明了這一點(diǎn);
l 同軸電纜都可以在直流、射頻、微波波段應用。 按照“射頻”/“視頻”來(lái)區分電纜,不僅依據不足,還容易產(chǎn)生誤導:似乎視頻傳輸必須或只能選擇實(shí)心電纜(選擇衰減大的,價(jià)格高的?);從工程應用角度看,還是按“實(shí)芯”和“發(fā)泡”電纜來(lái)區分類(lèi)型更實(shí)用一些;
l 高編(128)與低編(64)電纜特性的區別:eie實(shí)驗室實(shí)驗研究表明,在200KHz以下頻段,高編電纜屏蔽層的“低電阻”起主要作用,所以低頻傳輸衰減小于低編電纜。但在200-300KHz以上的視頻、射頻、微波波段,由于“高頻趨膚效應”起主要作用,高編電纜已失去“低電阻”優(yōu)勢,所以高頻衰減兩種電纜基本是相同的。
二、 了解同軸電纜的視頻傳輸特性——“衰減頻率特性”
同軸電纜廠(chǎng)家,一般只給出幾十到幾百兆赫的幾個(gè)射頻點(diǎn)的衰減數據,都還沒(méi)有提供視頻頻段的詳細數據和特性;eie實(shí)驗室對典型的SYWV75-5、7/64編電纜進(jìn)行了研究測試,結果如下圖一:
同軸傳輸特性基本特點(diǎn):
1. 電纜越細,衰減越大:如75-7電纜1000米的衰減,與75-5電纜600多米衰減大致相當,或者說(shuō)1000米的75-7電纜傳輸效果與75-5電纜600多米電纜傳輸效果大致相當;
2. 電纜越長(cháng),衰減越大:如75-5電纜750米,6M頻率衰減的“分貝數”,為1000米衰減“分貝數”的75%,即15db;2000米(1000+1000)衰減為20+20=40db,其他各頻率點(diǎn)的計算方法一樣。依照上面1000米電纜測試數據,計算不同長(cháng)度電纜衰減時(shí),請記住“分貝數是加堿關(guān)系”或“衰減分貝數可以按照長(cháng)度變化的百分比關(guān)系計算”,就可以靈活運用了;
3. 頻率失真特性:低頻衰減少,高頻衰減大。高/低邊頻衰減量之差,可叫做“邊頻差值”,這是一個(gè)十分重要參數。電纜越長(cháng),“邊頻差值”越大;充分認識和掌握同軸電纜的這種 “頻率失真特性”,這在工程上具有十分重要的意義;這是影響圖像質(zhì)量最關(guān)鍵的特性,也是工程中最容易被忽視的問(wèn)題;
三、 工程應用設計要點(diǎn)
網(wǎng)上技術(shù)論壇里經(jīng)常有人問(wèn):75-5電纜能傳多遠?回答有300米,500米,600米,還有說(shuō)1000多米也可以的。為什么會(huì )有這么多答案呢?原因是沒(méi)有一個(gè)統一的標準。既然工程中同軸電纜是用來(lái)傳輸視頻信號的,而視頻傳輸最后又體現為圖像,所以談同軸電纜和同軸視頻傳輸技術(shù)應用,就離不開(kāi)圖像質(zhì)量,離不開(kāi)決定圖像質(zhì)量的“視頻傳輸質(zhì)量”和標準。
1. 視頻傳輸標準的參數很多,這里僅舉一個(gè)十分重要的“頻率特性”例子來(lái)理解。視頻圖像信號是由0-6M不同頻率分量組成的。低頻成分主要影響亮度和對比度,高頻分量主要影響色度、清晰度和分辨率。顯然,對視頻傳輸的基本要求,不是只恢復攝像機原信號亮度、對比度就行了,而且還必須恢復攝像機原信號中各種頻率份量的相對比例關(guān)系。“恢復”不可能是100%,而是允許有一個(gè)“失真度”范圍要求的標準。這個(gè)“標準”的“失真度范圍”,在圖像上用肉眼應該是分辨不出來(lái)的。反過(guò)來(lái)說(shuō),如果在圖像上已經(jīng)能夠觀(guān)察出一點(diǎn)“失真”了,那不管你主觀(guān)認為圖像“還行,可以,不錯”甚至“雙方認可驗收”等等,這時(shí)的視頻傳輸質(zhì)量,都是“不合格的”。要把工程圖像做好,首先就應該選擇合格的傳輸設備,追求視頻傳輸質(zhì)量符合標準。這一點(diǎn),從網(wǎng)站技術(shù)論壇討論的情況看,還遠沒(méi)引起足夠認識。宏觀(guān)來(lái)看,我國監控行業(yè)發(fā)展了20多年,工程圖像質(zhì)量不僅沒(méi)有提高反而有些下降,這不能不引起我們的關(guān)注和思考。
2. “視頻傳輸”標準:
由圖二可見(jiàn),對于視頻傳輸,我國廣播級視頻失真度標準要求如圖a):5M以下幅頻特性誤差范圍為±0.75db, 即91.7—109%;6M頻點(diǎn)為70.7—109%;監控行業(yè)的要求略低一些,如圖b),0—6M全范圍為±1.5db,即84—118.8%;這個(gè)傳輸頻率特性要求,與一般“3db通頻帶”的概念一樣;這里須強調:要保證圖像質(zhì)量,視頻傳輸系統(產(chǎn)品)的頻率失真范圍應小于3db;“3db帶寬”這個(gè)標準,適用于光纜、射頻、微波、同軸和雙絞線(xiàn)等各種視頻傳輸系統產(chǎn)品;這是為了保證圖像質(zhì)量,對視頻傳輸系統的要求。但還有一個(gè)誤區:在工程中還是有不少人用主觀(guān)評價(jià)“工程圖像質(zhì)量好壞”,甚至于用雙方是否認可驗收來(lái)說(shuō)明“傳輸系統(設備)”是否合格,這就有些本末倒置了。工程商這么做可能是“糊涂”;傳輸設備廠(chǎng)家如果這么做,那可就是“蒙人”了,如果再利用媒體這么宣傳,那就是誠心“誤導”了。
3..攝像機信號不加放大補償,只用同軸電纜傳輸時(shí),按照“3db帶寬”這個(gè)標準要求,并結合上面的電纜衰減特性,75-5電纜,不超過(guò)3db失真度的電纜長(cháng)度計算方法是:1000米20db,20/3=6.67,1000/6.67=150米,75-7電纜為236米。不同廠(chǎng)家不同批次的電纜特性有一定差別,實(shí)際工程設計中,參照這個(gè)數據設計和施工,圖像質(zhì)量一般會(huì )有保證的。(準確計算應按照“邊頻差值”計算,上面計算忽略了低頻衰減——原作注)
4.實(shí)心聚乙烯絕緣電纜,衰減量大于物理發(fā)泡電纜。所以3db帶寬有效傳輸距離少于上面計算值,工程上大致可按90%左右估算。如實(shí)芯75-5電纜“3db帶寬”傳輸距離大約為150*0.9=135米;
5.高編電纜:盡管200k以下的衰減小于低編電纜,但200-300k以上的傳輸衰減與低編電纜一樣,所以3db帶寬傳輸距離,反而低于上述計算值,這是由于高編電纜的“邊頻差值”更大的因素造成的,“邊頻差值”越大,放大補償的難度越大;
6.同軸電纜加放大補償的視頻傳輸方式:這時(shí)系統傳輸特性是同軸電纜的衰減頻率特性和放大補償的“增益頻率特性”之和,放大補償的“增益頻率特性”,應該能有效補償電纜的頻率衰減特性,且二者應該始終保持相反、互補關(guān)系,這才可以有效擴展同軸電纜的傳輸距離。目前這項同軸視頻傳輸技術(shù),產(chǎn)品已經(jīng)達到的技術(shù)水平是:只用一級末端補償(無(wú)前端無(wú)中繼),75-5電纜在2km,75-7電纜在3km范圍以?xún)鹊娜我饩嚯x上,都可以實(shí)現上述傳輸標準;傳輸距離和傳輸質(zhì)量已經(jīng)和多模光端機相當,而在傳輸成本、施工維護和圖像質(zhì)量可控恢復功能方面,都具有獨特的實(shí)用優(yōu)勢和競爭優(yōu)勢;這就是說(shuō),同軸視頻傳輸技術(shù),以將有效監控范圍擴展到了2-3公里,且是我國自有知識產(chǎn)權技術(shù)。
7.工程中確有不少工程是按照“只要圖像質(zhì)量雙方認可驗收”就是“硬道理”的做法,這實(shí)際是無(wú)標準可言,不屬本文討論范圍。不過(guò)這里可以進(jìn)一言:還是多做些有影響的樣板工程才是長(cháng)遠之計;
四、同軸電纜的抗干擾性能
[工程經(jīng)驗]:一路本來(lái)沒(méi)有干擾的圖像,運行中偶然出現了干擾,經(jīng)檢查是BNC電纜頭接地不良引起的。重新焊好后,干擾消失了,圖像恢復正常。
這說(shuō)明什么問(wèn)題呢?一是說(shuō)明周?chē)h(huán)境確有外界電磁干擾存在,二是說(shuō)明在正常情況下,同軸電纜可以把這類(lèi)干擾屏蔽掉,三是說(shuō)明BNC電纜頭接地不良,破壞了電纜的屏蔽性能,使原來(lái)已經(jīng)被屏蔽掉的干擾,在新的條件下又顯現出來(lái)了。這就是我們探討干擾產(chǎn)生原理的啟發(fā)點(diǎn)。對于干擾的探討,eie實(shí)驗室的研究成果表明:
1. 同軸干擾形成原理:就像天線(xiàn)接收電磁波原理一樣,電纜外部客觀(guān)存在的交變電磁場(chǎng),可以在電纜外導體上產(chǎn)生干擾感應電流——干擾感應電流在電纜“縱向電阻(阻抗)”Rd上,會(huì )形成干擾感應電動(dòng)勢(電壓)Vi——干擾感應電動(dòng)勢剛好串聯(lián)在視頻信號傳輸回路里,與視頻信號一起加到末端負載Rh上,形成了干擾。這就是同軸干擾形成原理,見(jiàn)圖三。
2. 顯然:當電纜外導體電阻很小,或當外界電磁干擾不是很強,感應電流很小,感應電動(dòng)勢也就很小,而且遠遠小于視頻信號,這時(shí)就可以認為“沒(méi)有干擾”。這就是同軸電纜屏蔽干擾的作用;
3. 在上面工程經(jīng)驗中,當接頭沒(méi)有焊接好、接觸不良、編織層在穿管時(shí)被拉斷、或在電梯隨行電纜中,長(cháng)時(shí)間反復彎曲加上垂直重力作用編織層被逐步拉斷時(shí),都會(huì )造成外導體電阻增加,導致“干擾感應電壓”升高,視頻信號傳輸效率(分壓比例)降低,使原來(lái)沒(méi)有顯現出來(lái)的“干擾”也出現了;
4. 工程中的“地電位”干擾也是通過(guò)同軸電纜外導體電阻才起作用的,所以單端接地可有效排除;
5. 四屏蔽高編(128)電纜外導體電阻比低編電纜小,所以形成的干擾感應電動(dòng)勢也要低一些,這種“低一些”的效果,只是對低頻干擾而言的(歐姆電阻為主)。對于高頻干擾,由于趨膚效應,高、低編電纜的表面阻抗基本一樣,所以對高頻的抗干擾效果區別不大;需要明確的是:與低編電纜比較,四屏蔽高編(128)電纜這種能夠“適當減弱”低頻干擾的效果,其減弱程度是與兩種電纜外導體電阻成反比關(guān)系;工程上值得認真考慮的是這點(diǎn)減弱干擾的效果,與高編電纜的高投入成本是否值得?
五、視頻傳輸中的抗干擾措施
工程中產(chǎn)生干擾的情況很多很復雜,但可以大致分為兩大類(lèi):一類(lèi)是電纜傳輸線(xiàn)路“外部電磁干擾”的入侵,如地電位干擾、電臺干擾、電火花干擾、并行電纜耦合干擾等。這是影響最大、設計和施工中又很難預測的干擾。第二類(lèi)是兩端設備問(wèn)題和故障引入的干擾,如設備電源故障引來(lái)的50/100周電源干擾,或開(kāi)關(guān)電源的高頻電源干擾等,不妨把這一類(lèi)叫著(zhù)“內部干擾”,這部分比較好解決。我們主要談第一類(lèi)的外部干擾。工程中比較成熟的經(jīng)驗有:
1. 防止 “地電位”的單端接地或不接大地;
2. 電纜穿金屬管,或走金屬線(xiàn)槽;此法十分有效,但成本較高,施工有一定復雜度;
3. 埋地;
4. “遠離”其他動(dòng)力電纜或信號控制電纜,并盡量避免或減少并行;
5. 集中供電和控制信號傳輸采用屏蔽電纜,但屏蔽層不能兩端都接視頻地;
6. 施工穿管時(shí),把 “布線(xiàn)這種粗活”在當地雇臨時(shí)工來(lái)做,結果多處拉斷同軸電纜編織網(wǎng),使外導體電阻增大,產(chǎn)生干擾,這種情況十分多。但這屬于可以避免,發(fā)生概率又最高的“人為因素”。
7. 電纜中間接頭連接方法,不是采用F型接頭和雙通連接,而是采用“焊接”或“扭接”的方法,這就破壞了電纜的同軸性和特性阻抗的連續性,容易引起反射和干擾。這屬于經(jīng)驗不足的人為因素;
8. 采用抗干擾器,用平衡抵銷(xiāo)原理抗干擾。但局限性較大,現場(chǎng)調試交麻煩;
六、同軸抗干擾技術(shù)新進(jìn)展——抗干擾同軸電纜
在外部強干擾源仍然存在的情況下,為什么電纜穿金屬管,或走金屬線(xiàn)槽后,就可以有效抗干擾呢?正確的回答也應該是“屏蔽的效果”。那么這種屏蔽和四屏蔽電纜的屏蔽又有什么不同呢?
兩種屏蔽情況的根本區別在于“感應電動(dòng)勢是否串聯(lián)在視頻信號的傳輸回路中”?從上面“同軸電纜的抗干擾性能”一節分析已經(jīng)知道,干擾在四屏蔽(鋁箔+64編網(wǎng)+鋁箔+64編網(wǎng))電纜上形成的干擾感應電動(dòng)勢,仍然是串聯(lián)在視頻信號的傳輸回路中,所以它的效果只能是“減弱”干擾,而不是真正意義上的抗干擾;“穿管”的情況就不同了,盡管:外界電磁干擾也會(huì )在“金屬管”上產(chǎn)生感應電動(dòng)勢,但這個(gè)感應電動(dòng)勢與視頻信號的傳輸回路是絕緣隔離的,所以才不會(huì )對視頻信號形成干擾。這也是徹底解決同軸電纜抗干擾性能的出路所在。
國產(chǎn)同軸電纜的同一型號和含義
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例如:SYV-75-3-1型電纜表示同軸射頻電纜,用聚乙烯絕緣,用聚氯乙烯做護套,特性阻抗為75Ω,芯線(xiàn)絕緣外經(jīng)為3mm,結構序號為1。 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
常用同軸電纜型號的規格和主要參數 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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