1. 電纜的類型
電dian纜lan由you於yu應ying用yong在zai很hen多duo不bu同tong的de環huan境jing,以yi致zhi在zai外wai形xing上shang看kan起qi來lai由you很hen大da的de區qu別bie。但dan不bu論lun任ren何he的de電dian纜lan類lei型xing,它ta們men都dou是shi作zuo為wei信xin號hao傳chuan輸shu的de一yi種zhong導dao體ti。這zhe些xie不bu同tong類lei型xing的de電dian纜lan,在zai傳chuan輸shu不bu同tong信xin號hao的de質zhi量liang表biao現xian也ye有you區qu別bie,除chu了le部bu分fen特te殊shu的de應ying用yong,目mu前qian應ying用yong於yu音yin視shi頻pin傳chuan輸shu的de電dian纜lan大da致zhi以yi單dan根gen導dao線xian、雙絞線、同軸線和光纖為主.
1.1. 單根導線
單根導線是電纜最基本的一種類型(如電線),它由一條或一組在被塑料保護層包圍的導線組成,這種電纜普遍用於傳輸低頻的信號,比如電源、音頻、計算機的ID碼.
1.2. 雙絞線
雙絞線是一個通用的稱呼,導線的數量和絞合的類型並沒有限製,但在電纜的結構上隻有兩種類型:帶屏蔽網的雙絞線(STP:Shielded Twisted Pair)和不帶屏蔽網的雙絞線(UTP:Uunshielded Twisted Pair).
雙絞線普遍在電信、互聯網、專業音響中普遍應用,這種電纜由兩條或兩條以上獨立的、互相絕緣的線纜連續絞合組成,被互相絞合的其中兩條電纜稱為組,傳輸阻抗一般為100_,單根導線的直徑規格在20 AWG(美國線纜標準:0.91mm)到 24 AWG(0.61mm)之間。 雙絞線是一種比較廉價的電纜,每一組導線具備同等的抗幹擾能力,可以有效抑製外界的電磁幹擾(EMI),也有效屏蔽了傳輸信號對外界的電磁幹擾.
UTP電纜最普遍應用在電信傳輸和計算機網絡環境,根據絞合的類型不同分為五類、超五類和六類電纜,一般可以達到100 Mbps(每秒100百萬位)的傳輸率。STP電纜在導線組的外圍增加了一層編織金屬網或錫箔,更有利於提高信號抑製外界無線電電波的衝擊。STP電纜的每個連接頭的金屬外殼都必須保持與屏蔽網的良好接觸.
1.3. 同軸電纜
同軸電纜(Coaxial)是一種由兩個導體組成的合成物,如下圖:同軸電纜的中心導線用於傳輸信號,金屬屏蔽網起了兩個作用:一(yi)是(shi)作(zuo)為(wei)信(xin)號(hao)的(de)公(gong)共(gong)地(di)線(xian)為(wei)信(xin)號(hao)提(ti)供(gong)電(dian)流(liu)回(hui)路(lu),二(er)是(shi)作(zuo)為(wei)信(xin)號(hao)的(de)屏(ping)蔽(bi)網(wang),抑(yi)製(zhi)電(dian)磁(ci)噪(zao)音(yin)對(dui)信(xin)號(hao)的(de)幹(gan)擾(rao)。中(zhong)心(xin)導(dao)線(xian)與(yu)屏(ping)蔽(bi)網(wang)介(jie)於(yu)半(ban)發(fa)泡(pao)的(de)聚(ju)丙(bing)烯(xi)絕(jue)緣(yuan)層(ceng)之(zhi)間(jian),絕(jue)緣(yuan)層(ceng)決(jue)定(ding)了(le)電(dian)纜(lan)的(de)傳(chuan)輸(shu)特(te)性(xing),而(er)且(qie)有(you)效(xiao)保(bao)護(hu)了(le)中(zhong)間(jian)的(de)導(dao)線(xian).
同軸電纜被廣泛應用於音視頻或射頻的傳輸,傳輸阻抗一般為75_,已經成為視頻的標準阻抗(早期也會利用50_阻抗特性進行視頻傳輸)。優質標準的同軸電纜一般比雙絞線的價格更昂貴,因為同軸電纜可靠的物理特性,能夠提供優良的音視頻表現。信號的頻率、分辨率以及電纜的有效傳輸距離在音視頻係統中起了決定作用.
1.4. 光纖
光纖電纜(Optic Cable)信號長距離傳輸的最好選擇,光纖傳輸是一種基於光電轉換取代電子傳輸的技術手段。光纖傳輸的簡易原理是:模mo擬ni電dian信xin號hao傳chuan給gei光guang發fa射she機ji,經jing信xin號hao緩huan衝chong電dian路lu和he驅qu動dong電dian路lu,將jiang輸shu入ru的de電dian壓ya信xin號hao轉zhuan變bian成cheng電dian流liu信xin號hao,驅qu動dong發fa光guang管guan或huo者zhe激ji光guang器qi。這zhe樣yang,輸shu入ru的de電dian信xin號hao轉zhuan換huan為wei光guang信xin號hao,通tong過guo精jing確que光guang對dui準zhun和he引yin導dao,耦ou合he進jin入ru光guang纖xian。光guang信xin號hao經jing光guang纖xian傳chuan輸shu後hou,在zai接jie收shou端duan光guang信xin號hao被bei一yi個ge波bo長chang相xiang配pei的de光guang電dian二er極ji管guan轉zhuan換huan成cheng原yuan來lai的de電dian子zi源yuan,經jing低di噪zao聲sheng線xian性xing放fang大da器qi放fang大da後hou再zai輸shu出chu。
光纖信號傳輸避免了傳統電纜傳輸的許多缺點,具備很多電纜傳輸無法比擬的優點;
優異的抗電磁幹擾:changjulidianlanchuanshuzhong,dianlanzishenjiushiyigenjudadetianxian,huishiquzhouweikongjiancunzaidedianciboxinhao,tebieshizaixianshixitonggengweituchu,zheleiganraoxinhaozaituxiangxianshizhongbiaoxianchuwufaxiaochudekelizaoyin,guangxiandianlandehexinshiboli,erqiechuanshudeshiguangxinhao,burongyishouwaijiediancibodeganrao.
很小的體積:大多數的光纖與人體的頭發一般粗細.
很低的衰減:因為光纖傳輸是依靠玻璃導管完成,不存在信號因為電纜電阻、容抗引起的大幅度衰減,光纖極大的提高了傳輸的帶寬能力和傳輸距離。光纖的高度安全:光纖傳輸的信號內容不容易被竊聽.
雖然光纖似乎是信號傳輸的終極方法,但也有一些不利點;
較高的價格:光纜、發射器、接收器價格昂貴
較高的人工:在光纜的布管布線過程,需要眾多的人力資源和特殊工具。雖然光信號在光纖中傳輸損耗很低,但是在發射端和接收端進行的電光、光電轉換對信號的衰減卻很厲害。所以要保證無插損傳輸,就必須在傳輸中加入高增益多級放大器,還要保證電路能穩定工作.
2. 電纜的結構
多duo數shu的de視shi頻pin電dian纜lan隻zhi是shi在zai兩liang個ge相xiang鄰lin設she備bei之zhi間jian連lian接jie,這zhe麼me短duan的de距ju離li,似si乎hu沒mei有you很hen多duo需xu要yao考kao慮lv的de問wen題ti。但dan是shi在zai一yi個ge完wan善shan的de視shi頻pin係xi統tong中zhong,這zhe些xie視shi頻pin設she備bei甚shen至zhi遍bian布bu於yu建jian築zhu的de每mei一yi個ge角jiao落luo,傳chuan輸shu線xian纜lan完wan全quan成cheng了le至zhi關guan重zhong要yao的de因yin素su。傳chuan輸shu線xian纜lan的de那na些xie因yin素su會hui最zui直zhi接jie影ying響xiang視shi頻pin信xin號hao的de最zui終zhong效xiao果guo?我wo們men以yi同tong軸zhou電dian纜lan的de單dan一yi傳chuan輸shu為wei例li進jin行xing說shuo明ming。
2.1. 導線的結構類型
導線指電纜中心用於傳輸電子的導體,最普遍使用的材料是銅。銅線是最經濟有效的傳輸方式之一,其他的材料包括鋁、銀和黃金.
同軸電纜根據線徑的不同,外形的大小有差異。導線的結構分為兩種:單dan根gen電dian纜lan和he多duo根gen電dian纜lan組zu合he。單dan根gen電dian纜lan的de結jie構gou容rong易yi成cheng型xing,但dan保bao護hu外wai皮pi和he絕jue緣yuan層ceng比bi較jiao堅jian硬ying,所suo以yi顯xian得de沒mei有you什shen麼me柔rou性xing。多duo根gen電dian纜lan由you許xu多duo小xiao線xian徑jing的de電dian纜lan絞jiao合he成cheng型xing,增zeng加jia了le線xian纜lan的de柔rou性xing。一yi般ban認ren為wei單dan根gen電dian纜lan的de傳chuan輸shu質zhi量liang要yao優you於yu多duo根gen組zu合he的de模mo式shi.
2.2. 導線直徑的計量
原則上,同等的條件越粗的電纜越能進行更長距離的傳輸,因為同樣的長度,粗電纜比細電纜具備更低的直流阻抗.
2.3. 電介體
電介體也即是電纜的絕緣體,在同軸電纜中擔任了雙重的角色:一是電介體介於導線與屏蔽網之間,形成了保護導線的重要組織;另一個更重要的角色是它確定了電纜的物理特性。比如電纜的阻抗和容抗。阻抗為75_電纜的電介體通常是半發泡的聚乙烯.
2.4. 屏蔽網
屏蔽網在電纜中把導線和電介體嚴密的包圍起來,起了兩個作用:一yi是shi作zuo為wei信xin號hao的de公gong共gong地di線xian為wei信xin號hao提ti供gong電dian流liu回hui路lu,二er是shi作zuo為wei信xin號hao的de屏ping蔽bi網wang,抑yi製zhi電dian磁ci噪zao音yin對dui信xin號hao的de幹gan擾rao。屏ping蔽bi網wang的de結jie構gou以yi金jin屬shu編bian織zhi網wang和he錫xi箔bo最zui常chang見jian。金jin屬shu編bian織zhi網wang比bi錫xi箔bo具ju備bei更geng低di的de直zhi流liu阻zu抗kang,但dan對dui電dian磁ci幹gan擾rao的de屏ping蔽bi率lv隻zhi有you90%,錫箔對電磁幹擾的屏蔽率高達100%。所以很多專業的線纜會采取金屬編織網與錫箔雙重屏蔽結構,可以更有效的提高信號的信噪比.
2.5. 保護層
保護層是對電纜內部所有成份進行全麵保護的一層外皮,很容易受氣溫、化學藥品、液體和日光的影響。電纜的保護層必須適應任何條件的安裝環境。這些標準被NEC(National Electric Code)管理而且有UL(美國保險商實驗所)認證:
阻燃認證:電纜保護層的常用原料是絕緣良好且廉價的PVC(聚氯乙烯),zuranrenzhengyaoqiudianlanbudanyouteshudefanghuobaohuceng,erqieyaoshiyongtebiedejueyuancailiao,keyifangzhidianlanbaoluchanshengdeyanhuoshijian。tongguozuranrenzhengdedianlankeyizaihuwaikongjianshiyong,shineiyingyongkeyibuxuyaoguandaofanghu.
無鹵素認證:大部分電纜的PVC保護層在製造過程都會廣泛應用鹵素(Halogen)作為混合物,鹵素具備極高的阻燃和絕緣化學特性,但在高溫下會產生有毒的煙霧(主要成分是瓦斯)。無鹵素的電纜保護層在高溫時不會產生煙霧和有毒的氣體,這是歐洲的安全標準(編號:IEC33203、IEC61034和IEC754-1),更多關於無鹵素電纜的資訊可以訪問官方網站:http://www.halogenfree.org
3. 電纜的性能和規格
3.1. 長度
信xin號hao的de衰shuai減jian與yu電dian纜lan的de長chang度du成cheng正zheng比bi,電dian纜lan越yue長chang,衰shuai減jian越yue大da,這zhe是shi電dian纜lan的de物wu理li定ding律lv。電dian纜lan的de長chang度du一yi般ban用yong英ying尺chi或huo公gong尺chi來lai標biao注zhu,音yin視shi頻pin信xin號hao通tong過guo長chang距ju離li的de電dian纜lan會hui造zao成cheng信xin號hao的de衰shuai減jian,對dui最zui終zhong效xiao果guo的de影ying響xiang體ti現xian在zai信xin噪zao比bi降jiang低di、亮度降低、圖像模糊和同步不良,這些明顯的差異也成了對比電纜質量的依據(單位長度的電纜對傳輸同等信號的不同衰減量)。
3.2. 頻率
電(dian)纜(lan)的(de)容(rong)抗(kang)和(he)導(dao)線(xian)材(cai)料(liao)決(jue)定(ding)了(le)傳(chuan)輸(shu)信(xin)號(hao)頻(pin)率(lv)的(de)範(fan)圍(wei),在(zai)合(he)適(shi)的(de)傳(chuan)輸(shu)距(ju)離(li)內(nei),如(ru)果(guo)出(chu)現(xian)圖(tu)像(xiang)模(mo)糊(hu),多(duo)數(shu)是(shi)電(dian)纜(lan)沒(mei)有(you)達(da)到(dao)高(gao)頻(pin)傳(chuan)輸(shu)的(de)要(yao)求(qiu),造(zao)成(cheng)信(xin)號(hao)的(de)高(gao)頻(pin)段(duan)損(sun)失(shi)(圖像的細節)。
3.3. 幹擾
dianlantongshiyeshiyitiaojudadetianxian,huixishoukongjiancunzaidediancibo。ruguodianlanmeiyoupingbihuopingbixiaoguobuliang,renheleixingdedianciganraodouhuizhijiezuoyongyuyouyongdexinhao,jiangdixinhaodexinzaobi
3.4. 溫度
如(ru)同(tong)所(suo)有(you)的(de)電(dian)子(zi)電(dian)路(lu)一(yi)樣(yang),電(dian)纜(lan)的(de)物(wu)理(li)特(te)性(xing)也(ye)會(hui)受(shou)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)的(de)影(ying)響(xiang),電(dian)纜(lan)的(de)物(wu)理(li)參(can)數(shu)在(zai)不(bu)同(tong)的(de)溫(wen)度(du)範(fan)圍(wei)有(you)不(bu)同(tong)的(de)表(biao)現(xian)。在(zai)工(gong)程(cheng)應(ying)用(yong)時(shi),電(dian)纜(lan)典(dian)型(xing)在(zai)牆(qiang)壁(bi)、天tian花hua板ban和he儀yi器qi架jia上shang覆fu設she,因yin為wei這zhe些xie地di方fang的de通tong風feng條tiao件jian不bu會hui很hen理li想xiang,容rong易yi產chan生sheng較jiao高gao的de溫wen度du。因yin此ci,選xuan擇ze電dian纜lan的de允yun許xu使shi用yong溫wen度du範fan圍wei應ying該gai適shi用yong於yu這zhe些xie環huan境jing.
3.5. 斜率
xielvshimiaoshushuangjiaoxianbutongchangduduixinhaochuanshuchanshengdeshijiancha,qujueyushuangjiaoxiandejiaohegongyihejiaoheleixing,dangchanshengjiaodadeshiyanwuchashi,xuyaoduidianlanjinxingxielvbuchang.
3.6. 阻抗
阻抗是描述電纜技術規格的重要參數之一,它為信號的正確流程建立了基線。這個信號的流程維護了整個係統的動力轉換。
xiangxiangshuiliutongguoyitiaodakoujingdeshuiguan,zhiyaoshuiguanzhijingbaochiyizhi,shuiliudejiegouheliuchengbuhuiyoubianhua。dangzhegeshuiliubeiyinrudaoyitiaoxiaokoujingdeshuiguanshi,qingkuangfashenglebianhua:由you於yu瓶ping頸jing的de存cun在zai,水shui流liu的de結jie構gou被bei打da亂luan,所suo有you的de水shui流liu不bu能neng同tong時shi通tong過guo瓶ping頸jing,引yin起qi部bu分fen水shui流liu產chan生sheng反fan方fang向xiang流liu動dong,而er且qie最zui後hou還hai是shi被bei主zhu流liu再zai次ci導dao入ru水shui的de流liu程cheng.
電纜傳輸阻抗的失配也會造成類似上述的現象:電子信號被再次導入對最初的信號影響稱為反射,傳送波與反射波相互幹擾的結果使電壓幅度形成駐波,用VSWR(電壓駐波比)表示.
在視頻係統中,阻抗匹配是係統設計中需要嚴肅看待的問題。早期在同軸電纜BNC類型的連接頭同時存在50_和75_兩種規格,現在視頻阻抗統一75_,50_阻抗的電纜和連接頭目前隻會在射頻信號中應用。短距離的阻抗失配會影響圖像的高頻細節,引起畫麵出現“鬼影現象".
3.7. 衰減
電纜對信號的衰減也稱為插入損耗,單位是分貝(dB),正規的電纜會提供一張損失表,描述電纜在單位長度對不同頻率的衰減值。比如某電纜的衰減值表示為 -2.2dB/30m@100MHz 是指這條電纜在30米長度時,傳輸100MHz帶寬信號時會產生-2.2dB的de插cha入ru損sun耗hao。電dian纜lan的de插cha入ru損sun耗hao是shi累lei積ji的de,而er且qie對dui不bu同tong頻pin率lv的de信xin號hao衰shuai減jian值zhi也ye不bu一yi樣yang。同tong樣yang帶dai寬kuan的de信xin號hao,電dian纜lan長chang度du增zeng加jia一yi倍bei,插cha入ru損sun耗hao也ye是shi增zeng加jia一yi倍bei,比bi如ru上shang述shu的de電dian纜lan在zai60米長度時,傳輸100MHz帶寬信號時會產生-4.4dB的插入損耗。
雖sui然ran設she計ji好hao電dian纜lan的de插cha入ru損sun耗hao是shi必bi要yao的de,但dan很hen多duo時shi候hou由you於yu沒mei有you預yu先xian的de計ji算suan,電dian纜lan插cha入ru損sun耗hao對dui係xi統tong的de高gao頻pin損sun失shi屢lv見jian不bu鮮xian。在zai這zhe種zhong情qing況kuang下xia,前qian端duan電dian子zi補bu償chang可ke能neng是shi唯wei一yi的de解jie決jue方fang法fa。所suo以yi大da部bu分fen的de接jie口kou和he線xian路lu驅qu動dong器qi都dou包bao含han了le可ke以yi調tiao整zheng的de補bu償chang電dian路lu,一yi般ban都dou具ju備bei電dian平ping(或增益)和峰值調整.
利用30米的Extron BNC5-Mini電纜傳輸150MHz帶寬信號,在信號不經過任何均衡和放大時,在150MHz頻段出現了接近-12dB的插入損耗,而且0~150MHz頻段的傳輸曲線非常陡峭;;利用電子器材(比如接口、均衡器、放大器)對信號進行適當的電平和峰值調整後,不但將電纜的插入損耗減少到-3dB以內,而且使0~150MHz頻段的傳輸曲線得到了非常平滑的響應.
4.1. 電平控製
電平控製是為了補償電纜插入對整個信號幅度的衰減,由於電纜的插入很容易對信號幅度造成5%或更多的衰減,比如一個模擬0.7V的信號,5%的電纜插入損耗可以達到35mV的信號衰減。通常電平控製被設定用於補償低頻部分的衰減,並恢複信號在正常的振幅電平(比如0.7V)
4.2. 峰值控製
fengzhikongzhishiweilebuchangdianlancharuduixinhaogaopinbufendeshuaijian,gaopinduanxinhaodeshuaijianzhuyaoyingxiangtuxiangdexijie。fengzhikongzhikeyikefugaopinxinhaozaidianlanchuanshuchanshengdeshuaijianquxian,danbuhuiguodutishengxinhaodegaopinxinxi,gaopinxinhaodesunshikenenghuilingwaichanshengzaoyin。zaiceshixitongbiaozhundeshihou,dianpingkongzhihefengzhikongzhikeyitongshishiyong。zaiceshishebeihexianshiqicaideyixieshujubiaoming,yikaojingyanqujisuandianlanchuanshujulishizaochengxitongshibaidezhenzhengyuanyin,suirandabufenshejishidouyijingyishidaodianlanshirenhexitongshejidezuiruohuanjie,danhaishibeianpaizaizuihoukaolvdeyixiangneirong.
4.3. 直流電阻
電阻的一種定義是“物質以熱的形式妨礙電子流通的一種物理特性”,電阻是一種減慢電子的流動的導體的特性,單位是_(歐姆),用於簡單表示導體對電流的衰減。電纜的直流電阻一般用_/千米表示,由電纜的材料、線徑、尺寸和溫度決定。直流電阻影響信號的電壓(振幅),長距離的電纜傳輸或高阻值電纜都會使圖像顯得黯淡。舉例來說,一個0.7Vp-p的視頻信號經由60米長的電纜(電纜直流阻值41_)傳輸進行顯示,顯示端得到的真實可用的信號電平大約隻有0.63Vp-p(信號電平損失大約10%)。良好的複合視頻線纜一般每千米的直流電阻應該在35_以下.
4.4. 電容容量
電容的定義是“在兩個導體之間的電介體會儲存電荷的一種特性”,可以解釋電纜也是一個電容器,具備充電、放電的能力,在電纜中電容的單位用pF/m(微微法/每米).
同軸電纜存在的電容會影響視頻信號的銳度和細節,這是由於視頻信號可能存在一些黑色-白bai色se的de轉zhuan變bian,電dian纜lan的de電dian容rong特te性xing會hui影ying響xiang這zhe個ge信xin號hao轉zhuan變bian中zhong上shang升sheng和he下xia跌die的de時shi間jian,也ye就jiu是shi影ying響xiang了le視shi頻pin信xin號hao在zai銳rui度du和he細xi節jie方fang麵mian的de改gai變bian。良liang好hao的de複fu合he視shi頻pin線xian纜lan一yi般ban每mei米mi的de電dian容rong分fen布bu應ying該gai在zai60pF以下。
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