射频同轴电缆的技术参数

射频同轴电缆的技术参数

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） 基本性能：
l 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；
l 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；
l 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；
l 高编（128）与低编（64）电缆特性的区别：eie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；eie实验室对典型的SYWV75-5、7/64编电缆进行了研究测试，结果如下图一：

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：
由图二可见，对于视频传输，我国广播级视频失真度标准要求如图a)：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，如图b),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。
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，eie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；
8. 采用抗干扰器，用平衡抵销原理抗干扰。但局限性较大，现场调试交麻烦；
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。