Пояснительная записка (1089301), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Обычным омметром его не измерить-для этого нужен специальный прибор.

1. Затухание сигнала в кабеле

Эта величина характеризует потери уровня сигнала при его прохождении через один метр кабеля и позволяет сравнивать кабели разных марок. Затухание тем больше, чем больше длина кабеля и чем больше частота сигнала. Удельное затухание измеряется в децибелах на метр (дБ/м) и приводится в справочниках в виде таблиц или графиков.

Рис.1.5 Удельное затухание коаксиальных кабелей

На (рис. 1.5) приведены зависимости удельного затухания коаксиальных кабелей разных марок от частоты. Пользуясь ими, можно подсчитать затухание сигнала в кабеле, при известной его длине, на любой частоте. Из графика видно, что удельное затухание зависит от толщины кабеля: чем он толще, тем удельное затухание меньше. Затухание в коаксиальном кабеле складывается из потерь в проводниках, потерь в диэлектрике и потерь на излучение. Последний параметр рассматривается отдельно и характеризует эффективность экранирования. Общее затухание электромагнитной энергии в кабеле характеризуется величиной затухания Г [дБ/100 м] на отрезке кабеля длиной 100 м.

где P_in – мощность сигнала на входе кабеля,

P_out – мощность сигнала после прохода по кабелю.

Потери в проводниках зависят от частоты сигнала, вследствие уменьшения толщины скин-слоя и соответственного уменьшения проводимости. Использование в кабелях высококачественной меди в слое покрытия центрального проводника или для всего центрального проводника позволяет снизить общее затухание в кабеле. Потери в диэлектрике тоже зависят от частоты сигнала. Мощность потерь в диэлектрике расходуется на переориентацию молекул диэлектрика в ВЧ-поле. С увеличением диэлектрической проницаемости материала мощность потерь также растет. Применение в качестве диэлектрика физически вспененного полиэтилена позволяет снизить величину потерь в диэлектрике.

1. Коэффициент экранирования

Эффективность экранирования определяет относительный уровень мощности, излучаемой кабелем в эфир и, одновременно, степень защищенности кабеля от внешних помех. Коэффициент экранирования (выраженный в децибелах) определяется как отношение мощности сигнала внешней помехи к мощности, создаваемой этой помехой в кабеле. Высокая степень экранирования в кабелях достигается за счет использования двухслойного комбинированного экрана — алюминиевой фольги и плотной оплетки из витых проводников.

Важнейшим критерием для передачи видеосигнала является его затухание в применяемом кабеле, что определяет максимальную дистанцию, на которую можно передавать сигнал без дополнительных корректировок. Затухание зависит от частоты сигнала и определяется поперечным сечением кабеля и свойствами применяемого в нем диэлектрика. Поскольку в промышленных кабелях применяется диэлектрик вполне определенного типа, то затухание зависит в основном именно от поперечного сечения. Здесь можно привести для приема графики (рис.1.6).

Рис.1.6 Диаграмма затухания для кабелей RG59U для частоты 5Мгц

Как видно из графиков, чем толще кабель, тем меньше в нем затухание. Для определения максимальной дальности передачи видеосигнала по коаксиальному кабелю надо дать ответ на следующий вопрос: следует ли вести только общее видеонаблюдение или необходимо обеспечить передачу более мелких деталей, например, надо рассматривать лица различных людей или номера автомобилей. В первом случае допустимое общее затухание сигнала составляет 6 дБ при 5 МГц, а во втором - 3 дБ при 5 МГц. Исходя из этих цифр, можно определить следующие максимальные дальности для приведенных в нашем примере кабелей:

• коаксиальный кабель с диаметром диэлектрика 6.6 мм: максимальные расстояния 567 и 290 метров;

• коаксиальный кабель с диаметром диэлектрика 3.7 мм: максимальные расстояния 220 и 113 метров.

1. Низкочастотная передача по двухпроводной линии

В последние годы ведущие фирмы-производители видеооборудования значительно увеличили выпуск продукции, рассчитанной на передачу сигналов изображения, телеметрии, управления по витой паре проводов. Доля выпускаемого видеооборудования, базирующегося на использовании в качестве линии связи витой пары (рис. 1.7), составляет до 50% от общего объема выпускаемого оборудования. По таким направлениям, как передача видео сигнала, телеметрии, команд управления, витая пара успешно конкурирует с оптоволокном и практически полностью вытеснила из новых разработок зарубежных фирм традиционный коаксиальный кабель.

Рис.1.7 Витая пара

Низкочастотная передача видеосигнала по двухпроводной линии - это достаточно простой способ понижения шумов, неизбежно возникающих при передаче видеосигнала по коаксиальному кабелю. Принцип низкочастотной передачи видеосигнала по симметричной линии состоит в том, что видеосигнал на входе разделяется на две составляющие, каждая из которых со строго фиксированным фазовым сдвигом передается по независимому проводу. На эту линию, безусловно, также наводятся достаточно сильные шумы, однако их фазовый сдвиг хаотичен. Величина фазового сдвига сигнала выбирается так, чтобы, поставив на выходе линии дифференциальный усилитель или трансформатор, мы получали сложение полезного сигнала и вычитание шумов друг из друга. Таким образом, удается существенно увеличить соотношение сигнал/шум в видеосигнале.

В том случае, если необходимо передавать сигнал на большее, чем это позволяет затухание кабеля, расстояние, применяются специальные дополнительные устройства, видеоусилители-корректоры, которые позволяют существенно увеличить максимальное расстояние передачи. С применением низкочастотной передачи видеосигнала по симметричной линии удаление камеры наблюдения от прибора видеообработки может доходить до 3 км без существенного искажения исходного видеосигнала. Приведенная цифра достигается при использовании в качестве кабеля витой пары, однако для дальностей порядка одного километра вполне возможно использовать практически любой двухпроводный кабель. [7].

1. Причины и виды искажений при передаче видеосигналов. Рекомендации по их устранению

При передаче видеосигнала по протяженному кабелю возникают амплитудно-фазочастотные искажения. Эти искажения обусловлены параметрами кабеля. Омическое суммарное сопротивление центральной жилы кабеля и его оплетки вызывают уменьшение амплитуды видеосигнала на выходе кабеля и, соответственно, яркости видеоизображения, а емкостные составляющие кабеля, совместно с распределенным омическим сопротивлением, вызывают резкое уменьшение сигнала на высших частотах, причем ослабление составляющих спектра видеосигнала тем больше, чем выше частота сигнала. Кроме этого, наличие емкостных составляющих импеданса коаксиального кабеля вызывают фазовые искажения видеосигнала на выходе кабеля, в зависимости от частоты. Все это приводит к резкому ухудшению параметров видеоизображения, уменьшению контрастности, четкости, искажениям цветопередачи вплоть до потери цвета вообще. При значительной длине кабеля (или больших значениях удельного сопротивления и емкости) может произойти срыв синхронизации или полное искажение видеосигнала за шумами и наводками от внешних электромагнитных полей. Для нормальной работы видеооборудования, в этом случае, требуется использование специальных видеоусилителей, предназначенных для коррекции амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик передаваемого видеосигнала, а также для нейтрализации помех.

Рассмотрим некоторые виды искажений в линиях передачи.

Переотражения. Одно из основных требований к линиям передачи - согласование сопротивлений источника и приемника с волновым сопротивлением кабеля. В противном случае в точках соединения кабеля с источником и потребителем, а также на неоднородностях кабеля (например, при соединении кабелей различного типа), будет наблюдаться отражение волны (см. рис. 1.8, 1.9).

Но даже при идеальном согласовании сопротивлений могут возникать искажения из-за несовершенной конструкции самого кабеля. Стабильность волнового сопротивления кабеля связана с точностью его изготовления, при этом даже самые лучшие кабели имеют отклонения геометрических размеров в различных сечениях порядка 2 %. Уже при длинах в 5-10 метров в некоторых типах кабелей можно заметить характерные искажения.

Соответственно для уменьшения переотражений в линии связи необходимо по возможности избегать сращиваний кабеля, особенно разных марок; при выборе приемно-передающих устройств выбирать модели с возможностью настройки на волновое сопротивление кабеля.

Запаздывающие переотражения.

Зависимость коэффициента затухания от частоты вызывает во временной области затягивание фронта прямоугольного импульса, а в частотной области выглядит, как уменьшение с ростом частоты коэффициента передачи тракта.

Рис.1.8 Затягивание фронта прямоугольного импульса

Для частотной коррекции, как правило, применяются регулируемые частотнозависимые цепи в обратной связи видеоусилителя-корректора. Они обеспечивают возрастание коэффициента передачи с ростом частоты по закону, обратному показанному на рисунке. Реальная форма искажений рассчитывается или измеряется для каждого конкретного типа кабеля. Многие производители корректоров, предполагая, что будет использоваться определенный тип кабеля, предлагают стандартные цепи коррекции, что дает возможность оператору установить регулятор в положение, соответствующее длине линии, и, тем самым, произвести оптимальную коррекцию в необходимой полосе частот. Если заранее неизвестен тип используемого кабеля, пользователю обычно предоставляется возможность корректировать АЧХ в нескольких точках, добиваясь оптимальной коррекции искажений.

Для правильной установки параметров коррекции используют сигналы тестовых строк (ГОСТ 18471-83), вводимые в передаваемые изображения, и телевизионный осциллограф с блоком выделения строки на приемном конце. Анализируя искажения различных элементов тест-строки, можно отрегулировать корректор для достижения максимальной достоверности передачи сигнала. Типичная картина искажений различных элементов тест- строки (затягивание фронтов прямоугольного импульса (1), уменьшение амплитуды контрольных пакетов (2), 2-Т (3) и 20-Т (4) импульсов после прохождения длинной коаксиальной линии приведена на рисунке 1.10,а. На рисунке 1.10,6 показана эта же строка после коррекции.

Рис.1.10а Типичные искажения элементов тест-строки
после прохождения 650 м кабеля РК-75-4-37

Рис.1.10б Тест-строка после коррекции

Для грубой настройки коррекции можно использовать любой телевизионный сигнал, содержащий высокочастотные элементы - резкие переходы, фронты импульсов белого. Протестировать линию передачи на неоднородности(в том числе на обрыв и короткое замыкание) можно используя генератор тест-сигналов (рис. 1.11) и осциллограф.

Рис. 1.11 Тестовый сигнал

Осциллограммы характерные для короткого замыкания и обрыва приведены на (рис. 1.12).

Рис.1.12 Искажения тест-сигналов из-за неисправностей линии

Еще одна проблема, возникающая при передаче сигналов по линиям связи – это проникновение помех в проходящий сигнал. Эти помехи могут быть синфазными, наводящимися как на центральную жилу, так и на оплетку кабеля (для коаксиального кабеля), или дифференциальными, складывающимися с полезным напряжением сигнала.

Характеристики

Список файлов ВКР