射頻同軸電纜的技術參數

射頻同軸電纜的技術參數

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：
l 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；
l 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；
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；
l 高編（128）與低編（64）電纜特性的區別：eie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；eie實驗室對典型的SYWV75-5、7/64編電纜進行了研究測試，結果如下圖一：

同軸傳輸特性基本特點：
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
網上技術論壇里經常有人問：75-5電纜能傳多遠？回答有300米，500米，600米，還有說1000多米也可以的。為什么會有這么多答案呢？原因是沒有一個統一的標準。既然工程中同軸電纜是用來傳輸視頻信號的，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應用，就離不開圖像質量，離不開決定圖像質量的“視頻傳輸質量”和標準。
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。這一點，從網站技術論壇討論的情況看，還遠沒引起足夠認識。宏觀來看，我國監控行業發展了20多年，工程圖像質量不僅沒有提高反而有些下降，這不能不引起我們的關注和思考。
2. “視頻傳輸”標準：
由圖二可見，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頻點為70.7—109%；監控行業的要求略低一些，如圖b),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。但還有一個誤區：在工程中還是有不少人用主觀評價“工程圖像質量好壞”，甚至于用雙方是否認可驗收來說明“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，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——原作注）
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。
7.工程中確有不少工程是按照“只要圖像質量雙方認可驗收”就是“硬道理”的做法，這實際是無標準可言，不屬本文討論范圍。不過這里可以進一言：還是多做些有影響的樣板工程才是長遠之計；
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，eie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。這就是同軸干擾形成原理，見圖三。

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；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系；工程上值得認真考慮的是這點減弱干擾的效果，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
工程中產生干擾的情況很多很復雜，但可以大致分為兩大類：一類是電纜傳輸線路“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。第二類是兩端設備問題和故障引入的干擾，如設備電源故障引來的50/100周電源干擾，或開關電源的高頻電源干擾等，不妨把這一類叫著“內部干擾”，這部分比較好解決。我們主要談第一類的外部干擾。工程中比較成熟的經驗有：
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，把 “布線這種粗活”在當地雇臨時工來做，結果多處拉斷同軸電纜編織網，使外導體電阻增大，產生干擾，這種情況十分多。但這屬于可以避免，發生概率又最高的“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。這屬于經驗不足的人為因素；
8. 采用抗干擾器，用平衡抵銷原理抗干擾。但局限性較大，現場調試交麻煩；
六、同軸抗干擾技術新進展——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“感應電動勢是否串聯在視頻信號的傳輸回路中”？從上面“同軸電纜的抗干擾性能”一節分析已經知道，干擾在四屏蔽（鋁箔+64編網+鋁箔+64編網）電纜上形成的干擾感應電動勢，仍然是串聯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:外界電磁干擾也會在“金屬管”上產生感應電動勢，但這個感應電動勢與視頻信號的傳輸回路是絕緣隔離的，所以才不會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。