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这些同轴电缆技术参数,90%的工程师都不知道

2017-2-15 22:46| 发布者: 00d44| 查看: 1241| 评论: 0

摘要: 一、工程常用同轴电缆类型及性能:1.SYV75-3、5、7、9…,75欧姆,聚乙烯绝缘实心同轴电缆。近些年有人把它称为“视频电缆”;2.SYWV75-3、5、7、9…75欧姆,物理发泡聚乙烯绝缘同轴电缆。有人把它称为“射频电缆”;3 ...

一、工程常用同轴电缆类型及性能:

1.SYV75-3、5、7、9…,75欧姆,聚乙烯绝缘实心同轴电缆。近些年有人把它称为“视频电缆”; 


2.SYWV75-3、5、7、9…75欧姆,物理发泡聚乙烯绝缘同轴电缆。有人把它称为“射频电缆”; 


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3.基本性能: 


(1)SYV物理结构是100%聚乙烯绝缘;SYWV 是发泡率占70-80%的物理发泡聚乙烯绝缘电缆; 


(2)由于介电损耗原因,SYV实心电缆衰减明显要大于SYWV物理发泡电缆;在常用工程电缆中,目前物理发泡电缆仍然是传输性能最好价格最低的电缆,在视频、射频、微波各个波段都是这样的。厂家给出的测试数据也说明了这一点;

 

(3)同轴电缆都可以在直流、射频、微波波段应用。 按照“射频”/“视频”来区分电缆,不仅依据不足,还容易产生误导:似乎视频传输必须或只能选择实心电缆(选择衰减大的,价格高的?);从工程应用角度看,还是按“实芯”和“发泡”电缆来区分类型更实用一些; 


(4)高编(128)与低编(64)电缆特性的区别:据实验室实验研究表明,在200KHz以下频段,高编电缆屏蔽层的“低电阻”起主要作用,所以低频传输衰减小于低编电缆。但在200-300KHz以上的视频、射频、微波波段,由于“高频趋肤效应”起主要作用,高编电缆已失去“低电阻”优势,所以高频衰减两种电缆基本是相同的。


二、了解同轴电缆的视频传输特性——“衰减频率特性”

同轴电缆厂家,一般只给出几十到几百兆赫的几个射频点的衰减数据,都还没有提供视频频段的详细数据和特性;实验室对典型的SYWV75-5、7/64编电缆进行了研究测试: 


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同轴传输特性基本特点: 


1.电缆越细,衰减越大:如75-7电缆1000米的衰减,与75-5电缆600多米衰减大致相当,或者说1000米的75-7电缆传输效果与75-5电缆600多米电缆传输效果大致相当; 


2.电缆越长,衰减越大:如75-5电缆750米,6M频率衰减的“分贝数”,为1000米衰减“分贝数”的75%,即15db;2000米(1000+1000)衰减为20+20=40db,其他各频率点的计算方法一样。依照上面1000米电缆测试数据,计算不同长度电缆衰减时,请记住“分贝数是加碱关系”或“衰减分贝数可以按照长度变化的百分比关系计算”,就可以灵活运用了; 


3.频率失真特性:低频衰减少,高频衰减大。高/低边频衰减量之差,可叫做“边频差值”,这是一个十分重要参数。电缆越长,“边频差值”越大;充分认识和掌握同轴电缆的这种 “频率失真特性”,这在工程上具有十分重要的意义;这是影响图像质量最关键的特性,也是工程中最容易被忽视的问题;


三、工程应用设计要点 

网上技术论坛里经常有人问:75-5电缆能传多远?回答有300米,500米,600米,还有说1000多米也可以的。为什么会有这么多答案呢?原因是没有一个统一的标准。既然工程中同轴电缆是用来传输视频信号的,而视频传输最后又体现为图像,所以谈同轴电缆和同轴视频传输技术应用,就离不开图像质量,离不开决定图像质量的“视频传输质量”和标准。


1.视频传输标准的参数很多,这里仅举一个十分重要的“频率特性”例子来理解。视频图像信号是由0-6M不同频率分量组成的。低频成分主要影响亮度和对比度,高频分量主要影响色度、清晰度和分辨率。显然,对视频传输的基本要求,不是只恢复摄像机原信号亮度、对比度就行了,而且还必须恢复摄像机原信号中各种频率份量的相对比例关系。“恢复”不可能是100%,而是允许有一个“失真度”范围要求的标准。这个“标准”的“失真度范围”,在图像上用肉眼应该是分辨不出来的。反过来说,如果在图像上已经能够观察出一点“失真”了,那不管你主观认为图像“还行,可以,不错”甚至“双方认可验收”等等,这时的视频传输质量,都是“不合格的”。要把工程图像做好,首先就应该选择合格的传输设备,追求视频传输质量符合标准。这一点,从网站技术论坛讨论的情况看,还远没引起足够认识。宏观来看,我国监控行业发展了20多年,工程图像质量不仅没有提高反而有些下降,这不能不引起我们的关注和思考。 


2.“视频传输”标准: 对于视频传输,我国广播级视频失真度标准要求:5M以下幅频特性误差范围为±0.75db, 即91.7—109%;6M频点为70.7—109%;监控行业的要求略低一些,,0—6M全范围为±1.5db,即84—118.8%;这个传输频率特性要求,与一般“3db通频带”的概念一样;这里须强调:要保证图像质量,视频传输系统(产品)的频率失真范围应小于3db;“3db带宽”这个标准,适用于光缆、射频、微波、同轴和双绞线等各种视频传输系统产品;这是为了保证图像质量,对视频传输系统的要求。但还有一个误区:在工程中还是有不少人用主观评价“工程图像质量好坏”,甚至于用双方是否认可验收来说明“传输系统(设备)”是否合格,这就有些本末倒置了。工程商这么做可能是“糊涂”;传输设备厂家如果这么做,那可就是“蒙人”了,如果再利用媒体这么宣传,那就是诚心“误导”了。

 

3.摄像机信号不加放大补偿,只用同轴电缆传输时,按照“3db带宽”这个标准要求,并结合上面的电缆衰减特性,75-5电缆,不超过3db失真度的电缆长度计算方法是:1000米20db,20/3=6.67,1000/6.67=150米,75-7电缆为236米。不同厂家不同批次的电缆特性有一定差别,实际工程设计中,参照这个数据设计和施工,图像质量一般会有保证的。(准确计算应按照“边频差值”计算,上面计算忽略了低频衰减——原作注)

 

4.实心聚乙烯绝缘电缆,衰减量大于物理发泡电缆。所以3db带宽有效传输距离少于上面计算值,工程上大致可按90%左右估算。如实芯75-5电缆“3db带宽”传输距离大约为150*0.9=135米; 


5.高编电缆:尽管200k以下的衰减小于低编电缆,但200-300k以上的传输衰减与低编电缆一样,所以3db带宽传输距离,反而低于上述计算值,这是由于高编电缆的“边频差值”更大的因素造成的,“边频差值”越大,放大补偿的难度越大;

 

6.同轴电缆加放大补偿的视频传输方式:这时系统传输特性是同轴电缆的衰减频率特性和放大补偿的“增益频率特性”之和,放大补偿的“增益频率特性”,应该能有效补偿电缆的频率衰减特性,且二者应该始终保持相反、互补关系,这才可以有效扩展同轴电缆的传输距离。目前这项同轴视频传输技术,产品已经达到的技术水平是:只用一级末端补偿(无前端无中继),75-5电缆在2km,75-7电缆在3km范围以内的任意距离上,都可以实现上述传输标准;传输距离和传输质量已经和多模光端机相当,而在传输成本、施工维护和图像质量可控恢复功能方面,都具有独特的实用优势和竞争优势;这就是说,同轴视频传输技术,以将有效监控范围扩展到了2-3公里,且是我国自有知识产权技术。 


7.工程中确有不少工程是按照“只要图像质量双方认可验收”就是“硬道理”的做法,这实际是无标准可言,不属本文讨论范围。不过这里可以进一言:还是多做些有影响的样板工程才是长远之计;


四、同轴电缆的抗干扰性能

[工程经验]:一路本来没有干扰的图像,运行中偶然出现了干扰,经检查是BNC电缆头接地不良引起的。重新焊好后,干扰消失了,图像恢复正常。 


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这说明什么问题呢?一是说明周围环境确有外界电磁干扰存在,二是说明在正常情况下,同轴电缆可以把这类干扰屏蔽掉,三是说明BNC电缆头接地不良,破坏了电缆的屏蔽性能,使原来已经被屏蔽掉的干扰,在新的条件下又显现出来了。这就是我们探讨干扰产生原理的启发点。对于干扰的探讨,实验室的研究成果表明: 


1.同轴干扰形成原理:就像天线接收电磁波原理一样,电缆外部客观存在的交变电磁场,可以在电缆外导体上产生干扰感应电流——干扰感应电流在电缆“纵向电阻(阻抗)”Rd上,会形成干扰感应电动势(电压)Vi——干扰感应电动势刚好串联在视频信号传输回路里,与视频信号一起加到末端负载Rh上,形成了干扰。这就是同轴干扰形成原理,见图三。 


2.显然:当电缆外导体电阻很小,或当外界电磁干扰不是很强,感应电流很小,感应电动势也就很小,而且远远小于视频信号,这时就可以认为“没有干扰”。这就是同轴电缆屏蔽干扰的作用; 


3.在上面工程经验中,当接头没有焊接好、接触不良、编织层在穿管时被拉断、或在电梯随行电缆中,长时间反复弯曲加上垂直重力作用编织层被逐步拉断时,都会造成外导体电阻增加,导致“干扰感应电压”升高,视频信号传输效率(分压比例)降低,使原来没有显现出来的“干扰”也出现了; 


4.工程中的“地电位”干扰也是通过同轴电缆外导体电阻才起作用的,所以单端接地可有效排除;

 

5.四屏蔽高编(128)电缆外导体电阻比低编电缆小,所以形成的干扰感应电动势也要低一些,这种“低一些”的效果,只是对低频干扰而言的(欧姆电阻为主)。对于高频干扰,由于趋肤效应,高、低编电缆的表面阻抗基本一样,所以对高频的抗干扰效果区别不大;需要明确的是:与低编电缆比较,四屏蔽高编(128)电缆这种能够“适当减弱”低频干扰的效果,其减弱程度是与两种电缆外导体电阻成反比关系;工程上值得认真考虑的是这点减弱干扰的效果,与高编电缆的高投入成本是否值得? 


五、视频传输中的抗干扰措施

工程中产生干扰的情况很多很复杂,但可以大致分为两大类:一类是电缆传输线路“外部电磁干扰”的入侵,如地电位干扰、电台干扰、电火花干扰、并行电缆耦合干扰等。这是影响最大、设计和施工中又很难预测的干扰。第二类是两端设备问题和故障引入的干扰,如设备电源故障引来的50/100周电源干扰,或开关电源的高频电源干扰等,不妨把这一类叫着“内部干扰”,这部分比较好解决。我们主要谈第一类的外部干扰。工程中比较成熟的经验有: 


1.防止 “地电位”的单端接地或不接大地; 


2.电缆穿金属管,或走金属线槽;此法十分有效,但成本较高,施工有一定复杂度; 


3.埋地; 


4.“远离”其他动力电缆或信号控制电缆,并尽量避免或减少并行; 


5.集中供电和控制信号传输采用屏蔽电缆,但屏蔽层不能两端都接视频地; 


6.施工穿管时,把 “布线这种粗活”在当地雇临时工来做,结果多处拉断同轴电缆编织网,使外导体电阻增大,产生干扰,这种情况十分多。但这属于可以避免,发生概率又最高的“人为因素”。


7. 电缆中间接头连接方法,不是采用F型接头和双通连接,而是采用“焊接”或“扭接”的方法,这就破坏了电缆的同轴性和特性阻抗的连续性,容易引起反射和干扰。这属于经验不足的人为因素;


六、同轴抗干扰技术新进展——抗干扰同轴电缆

在外部强干扰源仍然存在的情况下,为什么电缆穿金属管,或走金属线槽后,就可以有效抗干扰呢?正确的回答也应该是“屏蔽的效果”。那么这种屏蔽和四屏蔽电缆的屏蔽又有什么不同呢? 


两种屏蔽情况的根本区别在于“感应电动势是否串联在视频信号的传输回路中”?从上面“同轴电缆的抗干扰性能”一节分析已经知道,干扰在四屏蔽(铝箔+64编网+铝箔+64编网)电缆上形成的干扰感应电动势,仍然是串联在视频信号的传输回路中,所以它的效果只能是“减弱”干扰,而不是真正意义上的抗干扰;“穿管”的情况就不同了,尽管:外界电磁干扰也会在“金属管”上产生感应电动势,但这个感应电动势与视频信号的传输回路是绝缘隔离的,所以才不会对视频信号形成干扰。这也是彻底解决同轴电缆抗干扰性能的出路所在。


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例如:SYV-75-3-1型电缆表示同轴射频电缆,用聚乙烯绝缘,用聚氯乙烯做护套,特性阻抗为75Ω,芯线绝缘外经为3mm,结构序号为1。


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