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本站網絡實名:eie 加權視頻放大器 加權抗干擾器 視頻恢復主機
當前位置:技術交流 挑戰同軸視頻干擾
  下列文章是我公司EIE實驗室根據公司產品開發、實驗、工程等實踐經驗及數據所寫,均為原創文章。希望能與廣大同行進行交流。未經我公司許可不得轉載。
 
挑 戰 同 軸 視 頻 干 擾
 
---本篇文章已被發表在“慧聰安防技術市場——商訊互動”第58期2004.03.20
 
  “干擾”一直是監控工程設計和施工中的一個令人頭疼的“心病”。我們愿與業界朋友一起努力,共同向這一工程難題發起挑戰。這里把 “eie實驗室”的初步研究成果正式向業界公開,拋磚引玉,供大家研究實踐,共同提高。
 

一、 同軸電磁干擾傳統理論與認識

1. 穿過縫隙論:干擾電磁場透過同軸電纜的外導體屏蔽層縫隙或屏蔽層破損處,輻射到、耦合到、感應到芯線上,從而形成干擾的。

2. 趨膚深度穿透論:在視頻干擾的低頻段,計算電磁波的趨膚深度大于屏蔽層厚度,認為干擾仍會穿透屏蔽層,輻射到芯線上;

3. 在這些理論和認識指導下,同軸電纜的結構也逐漸發生變化:從原來只有一個編織層的單屏蔽層同軸電纜,發展到一層鋁箔加一層編織網的雙屏蔽電纜,繼而發展到“鋁箔+編織網+鋁箔+編織網”的“四屏蔽同軸電纜”,力求形成了一個“又厚又無縫”的外導體屏蔽層。但即使這樣,當工程中電纜很長時,還是有干擾產生。于是人們覺得,同軸電纜是一種抗干擾性能不太強的傳輸線。

 

二、 對電磁干擾形成機制重新認識
eie實驗室通過實驗和理論分析,對外部干擾電磁場在同軸電纜傳輸系統中產生干擾的形成機制,初步形成了以下認識:

1. 干擾”穿透”論依據似乎不足。視頻信號的上邊頻為6MHz,波長50米。50Hz干擾電磁波的波長為6百萬米或6000Km。電磁理論與實踐表明,當網狀導體孔隙直徑小于1/10波長時,電磁波的穿透功率基本可以忽略;一般64編以上的同軸電纜編織網的平均孔隙大約1毫米左右,遠遠小于波長,完全可以等效為一個“無縫面導體”。干擾電磁場在導體表面產生感應電流,表面感應電流又產生相位相反的反電磁場,在導體外表面電場強度始終為零,而感應電流為最大值。又由于電纜外導體直徑同樣遠遠小于波長,編織網又是良導體,所以干擾電流在電纜外屏蔽層周圍是均勻分布的,即任意一個橫截面都是等電位的。電磁場理論和實驗也已證明,一個等電位導體圓筒,其內部空間是等電位空間,即在同軸電纜外導體內部空間里,沒有干擾產生的交變電磁場。同軸芯線,處在這個等電位空間里,不可能產生干擾感應電動勢,如同電磁屏蔽室的原理一樣。從同軸傳輸線基本理論方面看,信號在同軸線內部的傳輸,是以在內外導體限定的空間內,并以固定場結構模式傳輸的。外界干擾信號要進入同軸電纜傳輸,必須有一種有效的輸入結構和激勵條件,顯然對干擾來說,這是不具備的。所以說“干擾穿透”的理論和實踐依據似乎不足。

2. 干擾電磁場在同軸電纜外導體縱向阻抗上產生感應電動勢?!≡誄瀆绱挪ǖ目占浠肪持?,同軸電纜外導體如同一根接收天線(線天線),空間干擾電磁場照樣會在外導體表面產生縱向交變感應電流。實際工程中當電纜很長時,外導體縱向電阻(阻抗)雖然很小,但不為零。于是較強的干擾感應電流,便會在外導體縱向電阻上產生一定幅度的感應電動勢。用Vi代表這個實際產生的感應電動勢。同樣,如果電纜兩端接地,交流同相地電位差或異相壓差環路干擾,也會在外導體縱向電阻上形成干擾電動勢。我們統一都用Vi表示這種客觀存在的干擾感應電動勢。

3. 外界干擾是怎樣混到視頻信號中的?
同軸電纜,不管具有一層,兩層還是四個屏蔽層,電氣上都是互相導通的一個同軸外導體屏蔽層,只是具體結構和厚度不同而已。同軸電纜視頻傳輸等效電路如下圖所示。

       
攝像機輸出視頻幅度Vo=2Vp-p,輸出阻抗為75Ω,同軸電纜內導體等效阻抗為Rc, 外導體等效阻抗為Rd, Vi是干擾在同軸外導體縱向阻抗上形成的感應電動勢(大小正比于Rd,嚴格講正比于縱向電抗Zd),末端設備對傳輸線來說是一個Rh=75Ω匹配負載。顯然,終端負載Rh從傳輸回路中取得的信號電壓,是視頻信號Vo和干擾電動勢Vi共同作用的結果。
Vab=(Vo ×75)÷[75×2+Rc+Rd)] + (Vi×75) ÷[75×2+Rc+Rd)]
其中,第一項為負載獲得的有效視頻信號
Voh=(Vo ×75)÷[75×2+Rc+Rd)],
第二項為負載獲得的有效干擾信號
Vih=(Vi×75) ÷[75×2+Rc+Rd)],
當電纜很短時,內外導體電阻可以忽略,Rc+Rd=0,這時,有效視頻信號
Voh=(Vo ×75)÷75×2+0)= Vo ×75÷75×2= Vo/2=1Vp-p;
因為干擾感應電動勢Vi正比于(Rc+Rd),此時Vi=0,Vih =0;
值得注意的是干擾信號Vi是由電纜縱向分布參數(阻抗或電阻)決定的,不是一個集中的點信號源,重要的是它串聯在視頻信號傳輸回路中,負載在取得攝像機視頻信號的同時,也必然取得干擾信號。干擾的性質屬于“加性干擾”,不管視頻信號有沒有,它始終存在。

4. 同軸電纜外導體屏蔽性能分析:
同軸電纜外導體,既是視頻信號地,同時也是有效抵抗電磁干擾的屏蔽層。外界電磁場充斥著所有空間,只是有強弱之分,只要在具體應用場合里,干擾電動勢與有用信號之比小到可以忽略,就可以認為沒有干擾。同軸電纜外導體面積很大,阻抗很低,大部分干擾形成的感應電動勢都可以忽略,這就是它的屏蔽作用。有線電視系統采用公用調頻廣播與通信波段作為增補頻道,用同軸電纜進行遠距離電視節目傳輸,而相互沒有干擾,就是同軸電纜具有優異屏蔽性能的實踐驗證。反方面的例證是,在監控工程中,因同軸電纜屏蔽網斷裂,或電纜頭接觸不良等,都會造成外導體阻抗增大,使原來可以忽略的弱干擾,變成了不能忽略的強干擾。我們可以把這種本不應該產生卻又在具體工程中冒出來的干擾叫做“失誤干擾”,“失誤干擾”產生的概率很大,約占工程干擾總數的一半到一多半。

5. 減小干擾影響的可能辦法:
根據上面分析,我們可以對同軸電纜視頻傳輸,提出以下幾種減小干擾影響的途徑和可能辦法:
★ 減少傳輸距離,縮短電纜長度(可行性很?。?;
★ 用粗電纜或多層屏蔽電纜(事倍功半,不太可?。?;
★ 提高輸入信號幅度,增大信噪比(也不太可?。?;
★ 使用中繼放大,增大信噪(也不太可?。?;
★ 電纜單端接地或都不接地(一般可行);

 

三、 抗干擾電纜—— “e電纜”簡介:
SYWV75-5/eie,是一種抗干擾同軸電纜的型號與品牌標志,它是由eie實驗室開發并擁有自有知識產權的產品。這種電纜的簡稱為“e電纜”,外觀和尺寸與傳統4屏蔽物理發泡同軸電纜沒有區別。用于視頻傳輸環境中,具有優異的、抗強電磁干擾能力。在此,我們首次公開這一技術。

1.“e電纜”是一種“雙屏蔽、雙絕緣同軸電纜”。如下圖

    

  它的結構從內到外依次是:

  ?、佟∧詰繼逍鞠?;

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  ?、邸÷斂捅嘀餐槌傻耐嵬獾繼澹ǖ諞黃簾尾悖?;

  ?、堋〉詼擋?;

  ?、蕁⊥嘀詼簾尾惲尥饣ぬ?。

“e電纜”結構與4屏蔽物理發泡同軸電纜基本一樣。

2. 內導體芯線、物理發泡絕緣層和第一屏蔽層,組成標準SYWV75-5同軸電纜,用于視頻信號傳輸,第一屏蔽層是視頻信號地。信號傳輸仍然是要保證芯線和第一屏蔽層的有效連接。不同的是:外面的第二屏蔽層與里面第一屏蔽層之間是一個絕緣層,內外屏蔽層互不導通,第二屏蔽層不是信號地,它是真正的外界干擾屏蔽層,它給視頻傳輸線提供了一個“柔性屏蔽室”環境。

3. “e電纜”抗干擾原理:從“外界干擾是怎樣混到視頻信號中的”分析已經知道,單屏蔽層電纜會產生干擾的原因是,屏蔽層是信號傳輸回路的一部分,而干擾電動勢又直接串聯在信號傳輸回路中?!癳電纜”的情況不同,盡管干擾也會在第二屏蔽層上產生感應電動式Vi,但Vi與信號傳輸回路絕緣,所以不會在信號傳輸回路中產生干擾電壓。這就是“e電纜”的基本抗干擾原理。

4. “e電纜”的抗干擾性能描述:

① 干擾在第二屏蔽層上產生的感應電動式Vi與信號傳輸回路絕緣,所以不能直接在信號傳輸回路中產生干擾電壓。

② 盡管內外屏蔽層之間是絕緣的,但兩層導體之間仍有分布電容Co存在,外屏蔽層感應電動勢可以通過分布電容Co耦合到內屏蔽層上,間接形成干擾Vio。

③ 分布電容Co的耦合作用與頻率有關,對50Hz干擾及電機,電火花等常見的強干擾,頻率都很低,Co的容抗Zco很大,遠遠大于內屏蔽層縱向電阻Rd(幾歐姆到幾十歐姆),這樣外屏蔽層感應電動勢Vi,必須經過Co高容抗Zco與低電阻Rd高比率分壓衰減,才是耦合到內屏蔽層上的有效干擾電動勢Vio,顯然抗干擾能力也就大幅度提高;

④ 干擾頻率越低,“e電纜”的抗干擾能力越強,對常見的、威脅最大的低頻超強電磁干擾,具有優異的抗干擾特性;

⑤ 即使對視頻的高頻段干擾,也具有明顯的抗干擾能力。

5.“e電纜”的上述抗干擾特性,在對這種電纜進行的抗干擾模擬試驗和工程實際干擾環境的抗干擾試驗中得到了驗證,取得了十分滿意的效果,現正積極推薦工程應用。

 
“e電纜”的開發成功和不斷完善,將給監控工程的設計和施工帶來福音。應用“e電纜”,可以實現在強電磁干擾情況下的“安全布線和施工”,而不再會被干擾所困惑。
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