小议同轴电缆的信号传输

文/陈刚

同轴电缆的主要特征

特性阻抗，同轴电缆的主体是由内、外两导体构成的，对于导体中流动的电流存在着电阻与电感，对导体间的电压存在着电导与电容，这些特性是沿线路分布的，称为分布常数，由于在制造中尺寸精度和介质材料纯度不均匀的影响，在有线电视系统与闭路监控系统中尽管要求使用的同轴电缆特性阻抗为75Ω，但通常实际使用的同轴电缆的特性阻抗为（75±5）Ω。因此，为防止产生信号能量反射，达到最好的传输效果，终端负载阻抗也应尽量等于电缆的特性阻抗。衰减特性，同轴电缆的衰减特性通常用衰减常数来表示，即：单位长度（如100m）电缆对信号衰减的分贝数。衰减常数与信号的工作频率F的平均方根成正比，即频率越高，衰减常数越大，频率越低，衰减常数越小。一般来讲，5mm粗的家用，100m问题不大。

电缆的使用限期，任何电缆都有一定的寿命，电缆在使用一段时间后，由于材料老化，导体电阻变大，绝缘介质的漏电流增加，当电缆的衰减常数比标称值增加10[%]-15[%]时，该电缆就应该更新，一般电缆的寿命根据质量和使用场合的不同在7-20年。温度系数，温度系数表示温度变化对电缆特性的影响程度，温度升高，电缆的损耗增加，温度降低，电缆的损耗减少。电缆衰减值的温度变化量大约为0.2[%]dB/℃，表明电缆衰减在原基础上变化0.2[%]，若温度变化为±25℃，则电缆的衰减量变化±5[%]dB。假设某型号电缆长1500m，在20℃，穿单衣时，550MHZ信号，α=7.9dB/100m，设温度系数为0.2[%]/℃，其衰减量为1500m×7.9dB/100m=118.5dB，当温度变化40℃，摸上去感觉微微有点热时，衰减量变化为：118.5dB×0.2[%]/℃×40℃=9.48dB。另外，同轴电缆的衰减量随频率的不同是存在斜度的，温度的变化不仅会引起衰减量的变化，而且会引起斜度的变化。在实际工作中，消除温度变化对系统影响的措施是采用温度补偿型放大器、自动增益控制放大器和自动斜率控制放大器。家庭使用，这方面基本不需要考虑。

屏蔽特性，屏蔽特性是衡量同轴电缆抗干扰能力的一个参数，也是衡量同轴电缆防泄漏的一个重要参数。如果电缆屏蔽不好，传输信号不仅会受到外来杂波的串扰，影响有线电视信号质量，也会泄漏出去干扰其他信号，为非有线电视用户所接收，严重影响有线电视的正常入户，收到邻居的有线信号就是这个原因。

信号在同轴电缆的信号传输

视频线缆传输可以分为同轴基带传输、双绞线基带传输、射频传输、光缆传输、数字（网络）传输等几种方式。

视频同轴基带传输：我国PAL-D视频基带0-6M，复合视频基带一般指视频基带和音频副载波为8M带宽。同轴视频传输是应用最早，用量最大，最容易操作的一种视频传输方式。同轴视频基带传输的技术要点是：

同轴电缆的信号传输是以“束缚场”方式传输的，就是说把信号电磁场“束缚”在外屏蔽层内表面和芯线外表面之间的介质空间内，与外界空间没有直接电磁交换或“耦合”关系。所以同轴电缆是具有优异屏蔽性能的传输线；同轴电缆属于超宽带传输线，应用范围一般为0Hz—2Ghz以上；它又是唯一可以不用传输设备也能直接传输视频信号的线缆。

视频基带信号处在0-6M的频谱最低端，所以视频基带传输又是绝对衰减最小的一种传输方式。但也正是因为这一点，频率失真——高低频衰减差异大，便成为视频传输需要面对的主要问题；在视频传输通道幅频特性“-3db”失真度要求内，75-5电缆传输距离约为120—150米；工程应用传输距离在2、3百米以内还比较好，网上论坛里提供的“感官标准”传输距离数据，从3、5百米到1千多米都有，实际是没有标准，也就没有实际参考意义。

同轴视频基带传输的主要技术问题是：为实现远距离传输的频率斜率放大和抗干扰问题。

抗干扰技术

对常见的电梯、车间、传输耦合等各类干扰，已可以有效解决，斜率抗干扰技术的应用，在有效抑制干扰的同时，也能有效补偿电缆衰减和频率失真，属于抗干扰传输设备。其前端有源—后端无源抗干扰传输距离（75-5）在1000米左右，前后端都有源为1500-2000米；与斜率视频放大器配套的抗干扰传输距离3公里，75-7电缆可以达到5公里。双绝缘双屏蔽抗干扰同轴电缆是与同轴电缆穿镀锌铁管原理一样，施工更方便，成本更低，在常见电磁干扰环境下，可以作为防止干扰入侵，又可方便设计和施工的工程选择。

同轴视频基带传输设备

我国频率斜率视频放大技术的出现，有效解决了视频传输的频率失真问题，产品已经比较成熟，在视频传输通道“-3db”失真度要求内，仅用一级末端补偿，75-5电缆传输距离已经提高到了2000米以上，前后双端补偿的视频恢复设备已经突破3公里。传输距离已可以满足多数中近距离工程需要，传输质量已达到高质量工程的要求。

应用上的盲区误区

知道同轴传输有衰减，但不了解、不理解“频率失真才是视频同轴传输最需要重视的主要问题。频率失真改变了视频原信号各种频率成分的正常比例关系，降低了图像色度和清晰度。

“视频电缆”与“射频电缆”：不亲自测试验证比较，也不加分析，盲目相信视频传输只能用“视频电缆”，不能用射频电缆。不知道，甚至也不相信射频电缆（SYWV）比视频电缆（SYV）的传输特性更好一些，价格也更便宜；实际上通用射频软电缆原来只有SYV一种，八十年代中后期，物理发泡射频电缆（SYWV）出现以后，特别是射频有线电视网的发展，SYWV电缆以其优异的传输特性，在射频波段度蓝天下，而SYV射频电缆只能局限在视频波段用于视频传输了，把它叫着“视频电缆”，本意是“限制性贬义名称”。所谓视频传输只能用“视频电缆”，不能用射频电缆，是一个广为误传的大误区。

不知道，不了解同轴电缆也有专业传输设备。距离远了，首先考虑的是选用粗电缆，或者改用其他传输方式；或者错误地把普通视频放大器当成传输设备来用。

不了解基于斜率视频放大技术的视频恢复设备，具有图像质量控制功能，可以在工程现场的监控室看着画面调整、改善、恢复提高图像质量，并成功的与光缆、射频、微波、双绞线传输系统合理组合，用于改善传输系统的图像质量。

盲目的相信高编电缆衰减小，抗干扰能力强，传输距离远。认为视频干扰的产生，就是因为屏蔽层不好，编网密度不够造成的，于是一味的使用高编电缆。工程实践是，在工程现场产生干扰的实例中，绝大多数还是用的高编电缆；最新研究表明，干扰的产生主要不是因为编网的屏蔽性能不好造成的，而是由于电缆太长，屏蔽层纵向电阻较大，干扰感应电流在纵向电阻上形成了感应电动势，并通过传输电缆两端的75欧姆匹配电阻，与芯线形成回路，在负载上产生干扰的，这对高编电缆也会产生干扰，就好理解一些了。

误认为凡是干扰都能用抗干扰器来解决。有一类干扰我们暂称为“故障类干扰”：如电源问题，供电系统问题，地电位环路问题，设备故障问题等“有形电路”引起的“干扰现象”，并不是常规意义上“无形电路”的电磁干扰。这类干扰不需要用任何抗干扰设备就能解决，办法是排除“故障”。

不了解同轴传输的匹配原理和工程应用方法，盲目用电工技术把内外导体分别焊接或扭接来处理电缆接头，以为这样可靠，不知道破坏了“同轴性”，阻抗不连续会产生反射；有线电视传输工程中大量应用的“F型接头”和“双通”可以实现高性能电缆连接，现场操作也方便。

射频传输

射频传输方式继承了有线电视成熟的射频调制解调传输技术，并结合监控实际开发了一系列的相关产品。射频传输方式技术要点是：

射频传输是用视频基带信号，对几十兆赫到几百兆赫的射频载波调幅，形成一个8M射频调幅波带宽的“频道”，沿用有线电视技术，从46-800多兆赫，可以划分成许多个8M“频道”，每一路视频调幅波占一个频道，多个频道信号通过混合器变成一路射频信号输出、传输，在传输末端再用分配器按频道数量分成多路，然后由每一路的解调器选出自己的频道，解调出相应的一路视频信号输出；传输主线路是一条电缆，多路信号公用一条射频电缆，这就是目前安防行业里所介绍的“共缆”，“一线通”等射频传输产品；

传输距离比较远，能在一条电缆中，同时传输多路视频，可以双向传输。这在某些摄像机分布相对集中，且集中后又需要远距离传输几公里以内的场合，应用射频调制解调传输方式比较合理。传输上单缆、多路，单向、双向，音频、视频、控制等同时进行和兼容等，都是射频调制解调传输方式的技术特点和优势；

技术现状：由于射频传输方式继承了有线电视成熟的射频调制解调传输技术，理论上和实践上都有比较成熟的产品。射频传输在安防工程中应用，技术上是成熟的。

应用上的盲区误区

以为射频传输方式像同轴电缆传输一样，把设备用电缆连起来，基本就成了。不太了解，射频传输方式在工程应用中，隐含着一个“射频传输网络”设计与施工的重要技术面，这是工程能否成功，能否高质量运行的关键所在。再好的产品，射频传输网络设计与施工经验不足，水平不够，也很难做好，甚至失败。这一点很多厂家在作产品介绍时，提的很少。

还应了解，与有线电视传输方式相反，调制器、混合器等主要设备，不再是放在室内，而多数是放在室外的全天候工作环境中，因此，对设备性能有了全天候的要求。这与一般监控系统工程追求低造价投入的趋向是矛盾的。结果只能适当降低产品技术性能了。如系统稳定性，频道频率飘移等。

在射频传输方式的工程应用中，绝大多数工程公司仍缺乏“射频传输网络”设计、安装、调试方面技术人员，缺乏专用检测设备和工程经验，很多工程公司连示波器都还没有，更不用说场强仪了。这也是制约射频传输推广应用的重要因素。

射频传输网络属于监控工程中的一个“传输环节”，但却包含了对调制、混合、多级功率放大、多频道均衡、交调、谐波、音视频比例关系等多种设备和技术要求，系统复杂，设备技术含量较高。是各种传输方式中，技术复杂度最高，又较难掌握的一类。

射频传输避开了0-6M范围的低频干扰，但回避了射频网络的现实问题：射频传输，频段高，电缆衰减严重，设备的热噪声，频道间的均衡、交调、串扰、谐波等已经成为主要矛盾，看看每家每户的有线电视节目，那是经过专业训练的专业队伍设计施工的，总是有的频道还有干扰，而且干扰情况还经常发生变化，这在多路数共缆传输系统中，必须引起高度重视。

鉴别同轴线的质量

观察绝缘介质的圆整度，标准同轴电缆的截面很圆整，电缆外导体、铝箔贴于绝缘介质的外表面，介质的外表面越圆整，铝箔与它外表的间隙就越小，越不圆整间隙就越大。实践证明，间隙越小电缆的性能越好，另外，大间隙空气容易侵入屏蔽层而影响电缆的使用寿命。

检测同轴电缆绝缘介质的一致性，同轴电缆绝缘介质直径波动主要影响电缆的回波系数，此项检查可剖出一段电缆的绝缘介质，用千分尺仔细检查各点外径，看其是否一致。

检测同轴电缆的编织网，同轴电缆的编织网线时同轴电缆的屏蔽性能起着重要作用，而且在集在供电有线电视线路中还有电源的回路线，因此同轴电缆质量检测必须对编织网是否严密平整进行察看，方法是剖开同轴电缆外护套，剪一小段同轴电缆编织网，对编织网数量进行鉴定，如果与所给指标数值相符为合格，比所给指标数值少为不合格。另外对单根编织网线用螺旋测微器进行测量，在同等价格下，线径越粗质量较好。

检查铝箔的质量，同轴电缆中起重要屏蔽作用的是铝箔，它在防止外来开路信号干扰与有线电视信号泄露方面具有重要作用，因此对新进同轴电缆应检查铝箔的质量。剖开护套层，观察编织网线和铝箔层表面是否保持良好光泽；接着取一段电缆，紧紧绕在金属小轴上，拉直向反向转绕，反复几次，再割开电缆护套层观看铝箔有无折裂现象，也可剖出一小段铝箔在手中反复揉搓和拉伸，经多次揉搓和拉伸仍未断裂，具有一定韧性的为合格，否则为次品。

检查外护层的挤包紧度，高质量的同轴电缆外护层都包得很紧，这样可缩小屏蔽层内间隙，防止空气进入造成氧化，防止屏蔽层的相对滑动引起电性能飘移，但挤包太紧会造成剥去护层，以用力不能拉出线芯为合适。

观察电缆成圈形状，电缆成圈不仅是个美观问题，而且也是质量问题。电缆成圈平整，各条电缆保持在同一同心平面上，电缆与电缆之间成圆弧平行地整体接触，可减少电缆相互受力，堆放不易变形损伤，因此在验收电缆质量时对此不可掉以轻心。