Кабели и разъемы.
05.11.2009 11:43Идеальный кабель должен работать как идеальная "линия передачи", не влияя на сигнал. Тем не менее, кабели ведут себя по-другому. У соединительных кабелей есть свои характеристики, которые влияют на передаваемые по кабелям сигналы. Кабели и разъемы являются самым уязвимым местом любой схемы передачи видеосигналов. При выборе кабеля надо учитывать три фактора: затухание в кабеле, требуемое качество изображения и стоимость. Часто из внимания ускользает очень важный аспект - показатели качества кабеля. От кабелей зависит не только качество изображения, но и общая надежность систем. Для правильного выбора типа кабеля необходимо понимать и учитывать следующее:
· длина кабеля.
С увеличением длины кабеля растет затухание сигнала при его прохождении по кабелю. Величина затухания зависит от качества материалов, применяемых для изготовления кабеля. Большое затухание сигнала сказывается на потере яркости и четкости картинки;
· частота сигнала.
С увеличением частоты сигнала увеличивается влияние на качество передачи сигнала емкости кабеля. Потери качества выражаются в ухудшении четкости картинки;
· внешние наводки. Кабель, может работать как антенна. Поэтому при недостаточной экранировке на полезный видеосигнал могут значительно повлиять внешние электромагнитные наводки, ухудшая качество изображения вплоть до невозможности просмотра;
· помехи.
Возникают в близкорасположенных кабелях при недостаточном взаимном экранировании, а также в случае повреждения одного из кабелей и превращения его в излучатель по отношению к другим кабелям;
· температура кабеля.
Параметр, который определяется температурными условиями эксплуатации кабеля. В этом смысле нужно учитывать температурную стабильность параметров кабеля и применять кабель, рассчитанный для применения в заданном диапазоне температур;
Конструкция
Основной показатель, формирующий параметры кабеля, - его конструкция. Коаксиальный кабель состоит из центрального проводника, внутреннего диэлектрика, экрана и внешней оболочки.
Центральный проводник:
предназначен для передачи сигнала. Его делают из материалов, хорошо проводящих электрический ток. Обычно используется медь. Центральный проводник может быть как одножильным, так и многожильным.
Внутренний диэлектрик:
Прежде всего, это материал, который изолирует центральный проводник от экрана. Но, кроме того, он определяет импеданс и емкость кабеля. Обычно в кабелях общего назначения используется полиэтилен, а для производства негорючих кабелей - фторсодержащие полимеры. Материал диэлектрика играет огромную роль, влияя на электрические и эксплуатационные свойства кабеля. Дешевые кабели имеют диэлектрик из твердого полиэтилена. Более серьезный производитель использует вспененный полиэтилен, который обеспечивает более низкое погонное затухание сигнала в кабеле на высоких частотах. Стоит заметить, что некоторые производители вспенивают диэлектрик химическим способом. В результате получается низкоплотный полиэтиленовый компаунд, подверженный механическим повреждениям и нестабильный к воздействию окружающей среды в виде температуры и влажности. Наивысшее качество кабеля получается с физически вспененным диэлектриком. Он содержит до 60% воздушных пузырьков, за счет чего уменьшается затухание высоких частот сигнала. По прочности физически вспененный полиэтилен не отличается от обычного твердого не вспененного полиэтилена, обеспечивая необходимую гибкость и устойчивость к механическим воздействиям. И, наконец, обладая высокой стойкостью к температурным колебаниям и влажности, физически вспененный диэлектрик обеспечит стабильность параметров и длительную эксплуатацию кабеля.
Экран
выполняет две важные роли. Он работает как второй проводник, подключенный к общему "земляному" проводу оборудования. В то же время он экранирует сигнальный проводник от посторонних излучений. Это может быть экран из фольги, плетеный экран и комбинации из фольги и оплетки.
Оплетка -
экран, который изготавливается из множества тонких проводников, сплетенных в виде сетки, охватывающей центральный проводник с внутренним диэлектриком. Оплетка обычно обладает меньшим сопротивлением, чем фольга, и отличается лучшей устойчивостью к постороннему электромагнитному полю и электромагнитным наводкам. Наводки имеют различный характер и происхождение. Это могут быть как низкочастотные наводки (например, от промышленной сети питания), так и высокочастотные (ВЧ-шум от работы электронных приборов и при искрении электрических машин). Оплетка может сочетаться с другими видами экранов, например с алюминиевой или медной фольгой для обеспечения необходимого процента экранировки. Фольга позволяет обеспечить до 100% экранировки в сочетании с оплеткой. Учитывая, что оплетка может обеспечить эффективность экранировки до 90%, чтобы получить 100%, необходимы две оплетки, что существенно увеличивает стоимость кабеля, его вес и ухудшает гибкость. Гораздо легче добиться 100% эффективности экранировки можно сочетанием оплетки и фольги.
Внешняя оболочка
Обеспечивает необходимую защиту внутренних компонентов кабеля. Оболочка защищает кабель от климатического, химического воздействия и предохраняет от солнечного света.
Основные параметры кабеля
Импеданс
-показатель, определяющий возможность передачи энергии сигнала по кабелю между источником и приемником. Все элементы на пути сигнала, разъемы и сам кабель должны иметь один импеданс. Несоблюдение этого правила приводит к внутренним отражениям в кабеле, что может привести к появлению на изображении двойных контуров. Самой частой причиной появления отражений являются некачественные разъемы или их неправильная установка, а также применение разъемов и кабелей разного импеданса. Стандартный импеданс видео кабелей составляет 75 Ом.
Затухание
- показатель потерь энергии сигнала внутри кабеля. Этот параметр нормируется на частоте 100 МГц для длины 100 м. Каждый кабель имеет свои частотные свойства, поэтому ослабление на разных частотах тоже разное и чем частота выше, тем ослабление больше. На практике значения затухания для 100 МГц бывает недостаточно, и производители в своих каталогах на кабель приводят спецификации с таблицами затуханий для разных частот. Так что уже по количеству позиций зависимости затухания от частоты можно понять, насколько серьезно производитель подходит к параметрам сигнала. Большая часть спецификаций на кабельную продукцию приходится на таблицу уровней затухания в дБ в диапазоне частот для стандартной длины кабеля Обычно это 100 футов или 100 м. В зависимости от рекомендаций производителя, таблица составляется с частотами, кратными 1, 5, 10, 20 МГц. Но некоторые каталоги включают специфические частоты: 72, 135, 177, 270 МГц и др. Эти частоты используются для передачи цифровых видеосигналов. При выборе кабеля необходимо знать диапазон частот, в котором вы его будете использовать. И не покупать кабель, который понравился вам по внешнему виду и цене. Может оказаться, что вы приобрели кабель, у которого затухание в диапазоне частот, в котором вы хотите его использовать настолько велико, что вы на другом конце кабеля получите сигнал ослабленный в десятки раз.
Сопротивление
- показатель качества проводника, показывающий, какая часть энергии сигнала превратится в тепло. Результат таких потерь - снижение уровня сигнала, а соответственно, динамической яркости изображения. Сопротивление зависит от материала проводника, его размеров и температуры.
Лучшие кабели имеют сигнальные проводники из химически чистой меди или покрываются тонким слоем серебра.
Емкость.
По конструкции любой коаксиальный кабель -это конденсатор Емкость кабеля влияет на высокочастотные составляющие видеосигнала, то есть на четкость изображения. Емкость определяется качеством диэлектрика и конструкцией кабеля. Этот параметр особенно важен при передаче цифровых сигналов.
Выбор и монтаж разъемов.
Следующим шагом является качественное подключение кабеля к оборудованию. При этом надо учитывать, что подключение может осуществляться различными типами разъемов. Основными разъемами для подключения видеосигналов в настоящее время можно назвать BNC, RCA, DVI, S-Video (MiniDIN 4 pin). И выбранный кабель должен быть рассчитан на разделку на него нужного разъема. Довольно часто один-единственный некачественный разъем приводит к потере качества изображения всей системы.
Плохой обжим или пайка зачастую приводят к отражениям сигнала в кабеле, потерям и искажениям. Ведущие производители кабеля выпускают также и разъемы для кабеля, либо указывают в спецификациях рекомендуемый тип разъема другого производителя, обеспечивающий качественную разделку разъема на кабель. В настоящее время некоторые производители выпускают разъемы (например, BNC) с явным браком.
Размеры деталей разъема приборной части не соответствуют размерам разъема на ответной части. Это может привести к нарушению контакта, и тем самым к потере качества передаваемого сигнала. Кроме того, возможно просто механическое повреждение дорогостоящего прибора. Поэтому, необходимо приобретая разъемы приобретать и кабель, который бы соответствовал данному разъему по своим размерам. Кроме этого учитывать, что и разъемы могут быть разные, рассчитанные на волновое сопротивление кабеля 75 ОМ и 50 ОМ. Следует учитывать ,что область применения 75 Ом разъемов BNC на частотах до 1 ГГц, 50 Ом до 4ГГц. Ниже на рис.1 приведены типовые размеры разъемов типа BNC(в дюймах)
Мы используем разъемы BNC со следующими размерами рис.2(в миллиметрах).
При передаче цифровых сигналов SDI: применяйте кабели, специфицированные для цифровых сигналов. Они отличаются от обычных (video) маркировкой "digital", более высокими требованиями к геометрии и, обычно, дополнительным фольговым экраном; Старайтесь применять качественные разъемы с волновым сопротивлением 75 Ом;
Недопустимо сращивание кабелей, использование всевозможных переходников,удлинителей и т.п.
· длина кабеля.
С увеличением длины кабеля растет затухание сигнала при его прохождении по кабелю. Величина затухания зависит от качества материалов, применяемых для изготовления кабеля. Большое затухание сигнала сказывается на потере яркости и четкости картинки;
· частота сигнала.
С увеличением частоты сигнала увеличивается влияние на качество передачи сигнала емкости кабеля. Потери качества выражаются в ухудшении четкости картинки;
· внешние наводки. Кабель, может работать как антенна. Поэтому при недостаточной экранировке на полезный видеосигнал могут значительно повлиять внешние электромагнитные наводки, ухудшая качество изображения вплоть до невозможности просмотра;
· помехи.
Возникают в близкорасположенных кабелях при недостаточном взаимном экранировании, а также в случае повреждения одного из кабелей и превращения его в излучатель по отношению к другим кабелям;
· температура кабеля.
Параметр, который определяется температурными условиями эксплуатации кабеля. В этом смысле нужно учитывать температурную стабильность параметров кабеля и применять кабель, рассчитанный для применения в заданном диапазоне температур;
Конструкция
Основной показатель, формирующий параметры кабеля, - его конструкция. Коаксиальный кабель состоит из центрального проводника, внутреннего диэлектрика, экрана и внешней оболочки.
Центральный проводник:
предназначен для передачи сигнала. Его делают из материалов, хорошо проводящих электрический ток. Обычно используется медь. Центральный проводник может быть как одножильным, так и многожильным.
Внутренний диэлектрик:
Прежде всего, это материал, который изолирует центральный проводник от экрана. Но, кроме того, он определяет импеданс и емкость кабеля. Обычно в кабелях общего назначения используется полиэтилен, а для производства негорючих кабелей - фторсодержащие полимеры. Материал диэлектрика играет огромную роль, влияя на электрические и эксплуатационные свойства кабеля. Дешевые кабели имеют диэлектрик из твердого полиэтилена. Более серьезный производитель использует вспененный полиэтилен, который обеспечивает более низкое погонное затухание сигнала в кабеле на высоких частотах. Стоит заметить, что некоторые производители вспенивают диэлектрик химическим способом. В результате получается низкоплотный полиэтиленовый компаунд, подверженный механическим повреждениям и нестабильный к воздействию окружающей среды в виде температуры и влажности. Наивысшее качество кабеля получается с физически вспененным диэлектриком. Он содержит до 60% воздушных пузырьков, за счет чего уменьшается затухание высоких частот сигнала. По прочности физически вспененный полиэтилен не отличается от обычного твердого не вспененного полиэтилена, обеспечивая необходимую гибкость и устойчивость к механическим воздействиям. И, наконец, обладая высокой стойкостью к температурным колебаниям и влажности, физически вспененный диэлектрик обеспечит стабильность параметров и длительную эксплуатацию кабеля.
Экран
выполняет две важные роли. Он работает как второй проводник, подключенный к общему "земляному" проводу оборудования. В то же время он экранирует сигнальный проводник от посторонних излучений. Это может быть экран из фольги, плетеный экран и комбинации из фольги и оплетки.
Оплетка -
экран, который изготавливается из множества тонких проводников, сплетенных в виде сетки, охватывающей центральный проводник с внутренним диэлектриком. Оплетка обычно обладает меньшим сопротивлением, чем фольга, и отличается лучшей устойчивостью к постороннему электромагнитному полю и электромагнитным наводкам. Наводки имеют различный характер и происхождение. Это могут быть как низкочастотные наводки (например, от промышленной сети питания), так и высокочастотные (ВЧ-шум от работы электронных приборов и при искрении электрических машин). Оплетка может сочетаться с другими видами экранов, например с алюминиевой или медной фольгой для обеспечения необходимого процента экранировки. Фольга позволяет обеспечить до 100% экранировки в сочетании с оплеткой. Учитывая, что оплетка может обеспечить эффективность экранировки до 90%, чтобы получить 100%, необходимы две оплетки, что существенно увеличивает стоимость кабеля, его вес и ухудшает гибкость. Гораздо легче добиться 100% эффективности экранировки можно сочетанием оплетки и фольги.
Внешняя оболочка
Обеспечивает необходимую защиту внутренних компонентов кабеля. Оболочка защищает кабель от климатического, химического воздействия и предохраняет от солнечного света.
Основные параметры кабеля
Импеданс
-показатель, определяющий возможность передачи энергии сигнала по кабелю между источником и приемником. Все элементы на пути сигнала, разъемы и сам кабель должны иметь один импеданс. Несоблюдение этого правила приводит к внутренним отражениям в кабеле, что может привести к появлению на изображении двойных контуров. Самой частой причиной появления отражений являются некачественные разъемы или их неправильная установка, а также применение разъемов и кабелей разного импеданса. Стандартный импеданс видео кабелей составляет 75 Ом.
Затухание
- показатель потерь энергии сигнала внутри кабеля. Этот параметр нормируется на частоте 100 МГц для длины 100 м. Каждый кабель имеет свои частотные свойства, поэтому ослабление на разных частотах тоже разное и чем частота выше, тем ослабление больше. На практике значения затухания для 100 МГц бывает недостаточно, и производители в своих каталогах на кабель приводят спецификации с таблицами затуханий для разных частот. Так что уже по количеству позиций зависимости затухания от частоты можно понять, насколько серьезно производитель подходит к параметрам сигнала. Большая часть спецификаций на кабельную продукцию приходится на таблицу уровней затухания в дБ в диапазоне частот для стандартной длины кабеля Обычно это 100 футов или 100 м. В зависимости от рекомендаций производителя, таблица составляется с частотами, кратными 1, 5, 10, 20 МГц. Но некоторые каталоги включают специфические частоты: 72, 135, 177, 270 МГц и др. Эти частоты используются для передачи цифровых видеосигналов. При выборе кабеля необходимо знать диапазон частот, в котором вы его будете использовать. И не покупать кабель, который понравился вам по внешнему виду и цене. Может оказаться, что вы приобрели кабель, у которого затухание в диапазоне частот, в котором вы хотите его использовать настолько велико, что вы на другом конце кабеля получите сигнал ослабленный в десятки раз.
Сопротивление
- показатель качества проводника, показывающий, какая часть энергии сигнала превратится в тепло. Результат таких потерь - снижение уровня сигнала, а соответственно, динамической яркости изображения. Сопротивление зависит от материала проводника, его размеров и температуры.
Лучшие кабели имеют сигнальные проводники из химически чистой меди или покрываются тонким слоем серебра.
Емкость.
По конструкции любой коаксиальный кабель -это конденсатор Емкость кабеля влияет на высокочастотные составляющие видеосигнала, то есть на четкость изображения. Емкость определяется качеством диэлектрика и конструкцией кабеля. Этот параметр особенно важен при передаче цифровых сигналов.
Выбор и монтаж разъемов.
Следующим шагом является качественное подключение кабеля к оборудованию. При этом надо учитывать, что подключение может осуществляться различными типами разъемов. Основными разъемами для подключения видеосигналов в настоящее время можно назвать BNC, RCA, DVI, S-Video (MiniDIN 4 pin). И выбранный кабель должен быть рассчитан на разделку на него нужного разъема. Довольно часто один-единственный некачественный разъем приводит к потере качества изображения всей системы.
Плохой обжим или пайка зачастую приводят к отражениям сигнала в кабеле, потерям и искажениям. Ведущие производители кабеля выпускают также и разъемы для кабеля, либо указывают в спецификациях рекомендуемый тип разъема другого производителя, обеспечивающий качественную разделку разъема на кабель. В настоящее время некоторые производители выпускают разъемы (например, BNC) с явным браком.
Размеры деталей разъема приборной части не соответствуют размерам разъема на ответной части. Это может привести к нарушению контакта, и тем самым к потере качества передаваемого сигнала. Кроме того, возможно просто механическое повреждение дорогостоящего прибора. Поэтому, необходимо приобретая разъемы приобретать и кабель, который бы соответствовал данному разъему по своим размерам. Кроме этого учитывать, что и разъемы могут быть разные, рассчитанные на волновое сопротивление кабеля 75 ОМ и 50 ОМ. Следует учитывать ,что область применения 75 Ом разъемов BNC на частотах до 1 ГГц, 50 Ом до 4ГГц. Ниже на рис.1 приведены типовые размеры разъемов типа BNC(в дюймах)
Мы используем разъемы BNC со следующими размерами рис.2(в миллиметрах).
При передаче цифровых сигналов SDI: применяйте кабели, специфицированные для цифровых сигналов. Они отличаются от обычных (video) маркировкой "digital", более высокими требованиями к геометрии и, обычно, дополнительным фольговым экраном; Старайтесь применять качественные разъемы с волновым сопротивлением 75 Ом;
Недопустимо сращивание кабелей, использование всевозможных переходников,удлинителей и т.п.