小議同軸電纜的信號傳輸

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，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，傳輸距離遠。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，能在一條電纜中，同時傳輸多路視頻，可以雙向傳輸。這在某些攝像機分布相對集中，且集中后又需要遠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)，用千分尺仔細檢查各點外徑，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)密平整進行察看，方法是剖開同軸電纜外護套，剪一小段同軸電纜編織網(wǎng)，對編織網(wǎng)數(shù)量進行鑒定，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，因此對新進同軸電纜應(yīng)檢查鋁箔的質(zhì)量。剖開護套層，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。

檢查外護層的擠包緊度，高質(zhì)量的同軸電纜外護層都包得很緊，這樣可縮小屏蔽層內(nèi)間隙，防止空氣進入造成氧化，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。