同轴电缆技术参数(一)
一、工程常用同軸電纜類型及性能:
1.SYV75-3、5、7、9…,75歐姆,聚乙烯絕緣實心同軸電纜。近些年有人把它稱為“視頻電纜”;?
2.SYWV75-3、5、7、9…75歐姆,物理發泡聚乙烯絕緣同軸電纜。有人把它稱為“射頻電纜”;
3.基本性能:?
(1)SYV物理結構是100%聚乙烯絕緣;SYWV 是發泡率占70-80%的物理發泡聚乙烯絕緣電纜;?
(2)由于介電損耗原因,SYV實心電纜衰減明顯要大于SYWV物理發泡電纜;在常用工程電纜中,目前物理發泡電纜仍然是傳輸性能最好價格最低的電纜,在視頻、射頻、微波各個波段都是這樣的。廠家給出的測試數據也說明了這一點;
(3)同軸電纜都可以在直流、射頻、微波波段應用。 按照“射頻”/“視頻”來區分電纜,不僅依據不足,還容易產生誤導:似乎視頻傳輸必須或只能選擇實心電纜(選擇衰減大的,價格高的?);從工程應用角度看,還是按“實芯”和“發泡”電纜來區分類型更實用一些;
(4)高編(128)與低編(64)電纜特性的區別:據實驗室實驗研究表明,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”
同軸電纜廠家,一般只給出幾十到幾百兆赫的幾個射頻點的衰減數據,都還沒有提供視頻頻段的詳細數據和特性;實驗室對典型的SYWV75-5、7/64編電纜進行了研究測試:?
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,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,其他各頻率點的計算方法一樣。依照上面1000米電纜測試數據,計算不同長度電纜衰減時,請記住“分貝數是加堿關系”或“衰減分貝數可以按照長度變化的百分比關系計算”,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”,這是一個十分重要參數。電纜越長,“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;這是影響圖像質量最關鍵的特性,也是工程中最容易被忽視的問題;
三、工程應用設計要點?
1.視頻傳輸標準的參數很多,這里僅舉一個十分重要的“頻率特性”例子來理解。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系。“恢復”不可能是100%,而是允許有一個“失真度”范圍要求的標準。這個“標準”的“失真度范圍”,在圖像上用肉眼應該是分辨不出來的。反過來說,如果在圖像上已經能夠觀察出一點“失真”了,那不管你主觀認為圖像“還行,可以,不錯”甚至“雙方認可驗收”等等,這時的視頻傳輸質量,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,追求視頻傳輸質量符合標準。
2.“視頻傳輸”標準: 對于視頻傳輸,我國廣播級視頻失真度標準要求:5M以下幅頻特性誤差范圍為±0.75db, 即91.7—109%;6M頻點為70.7—109%;監控行業的要求略低一些,,0—6M全范圍為±1.5db,即84—118.8%;這個傳輸頻率特性要求,與一般“3db通頻帶”的概念一樣;這里須強調:要保證圖像質量,視頻傳輸系統(產品)的頻率失真范圍應小于3db;“3db帶寬”這個標準,適用于光纜、射頻、微波、同軸和雙絞線等各種視頻傳輸系統產品;這是為了保證圖像質量,對視頻傳輸系統的要求。
3.攝像機信號不加放大補償,只用同軸電纜傳輸時,按照“3db帶寬”這個標準要求,并結合上面的電纜衰減特性,75-5電纜,不超過3db失真度的電纜長度計算方法是:1000米20db,20/3=6.67,1000/6.67=150米,75-7電纜為236米。不同廠家不同批次的電纜特性有一定差別,實際工程設計中,參照這個數據設計和施工,圖像質量一般會有保證的。(準確計算應按照“邊頻差值”計算,上面計算忽略了低頻衰減);
4.實心聚乙烯絕緣電纜,衰減量大于物理發泡電纜。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,產品已經達到的技術水平是:只用一級末端補償(無前端無中繼),75-5電纜在2km,75-7電纜在3km范圍以內的任意距離上,都可以實現上述傳輸標準;傳輸距離和傳輸質量已經和多模光端機相當,而在傳輸成本、施工維護和圖像質量可控恢復功能方面,都具有獨特的實用優勢和競爭優勢;這就是說,同軸視頻傳輸技術,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權技術。?
四、同軸電纜的抗干擾性能
[工程經驗]:一路本來沒有干擾的圖像,運行中偶然出現了干擾,經檢查是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。?
這說明什么問題呢?
一是說明周圍環境確有外界電磁干擾存在,
二是說明在正常情況下,同軸電纜可以把這類干擾屏蔽掉,
三是說明BNC電纜頭接地不良,破壞了電纜的屏蔽性能,使原來已經被屏蔽掉的干擾,在新的條件下又顯現出來了。
這就是我們探討干擾產生原理的啟發點。對于干擾的探討,實驗室的研究成果表明:?
1.同軸干擾形成原理:就像天線接收電磁波原理一樣,電纜外部客觀存在的交變電磁場,可以在電纜外導體上產生干擾感應電流——干擾感應電流在電纜“縱向電阻(阻抗)”Rd上,會形成干擾感應電動勢(電壓)Vi——干擾感應電動勢剛好串聯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。?
2.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,感應電動勢也就很小,而且遠遠小于視頻信號,這時就可以認為“沒有干擾”。這就是同軸電纜屏蔽干擾的作用;?
3.在上面工程經驗中,當接頭沒有焊接好、接觸不良、編織層在穿管時被拉斷、或在電梯隨行電纜中,長時間反復彎曲加上垂直重力作用編織層被逐步拉斷時,都會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,使原來沒有顯現出來的“干擾”也出現了;?
4.工程中的“地電位”干擾也是通過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。
總結
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