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江南电缆:电缆的选择与技术应用

2018-05-16

 电缆由于应用在很多不同的环境,以致在外形上看起来由很大的区别。但不论任何的电缆类型,它们都是作为信号传输的一种导体。同轴电缆(Coaxial)是一种由两个导体组成的合成物,同轴电缆的中心导线用于传输信号,金属屏蔽网起了两个作用:一是作为信号的公共地线为信号提供电流回路,二是作为信号的屏蔽网,抑制电磁噪音对信号的干扰。

电缆的类型

电缆由于应用在很多不同的环境,以致在外形上看起来由很大的区别。但不论任何的电缆类型,它们都是作为信号传输的一种导体。这些不同类型的电缆,在传输不同信号的质量表现也有区别,除了部分特殊的应用,目前应用于音视频传输的电缆大致以单根导线、双绞线、同轴线和光纤为主.

1.1.单根导线

单根导线是电缆最基本的一种类型(如电线),它由一条或一组在被塑料保护层包围的导线组成,这种电缆普遍用于传输低频的信号,比如电源、音频、计算机的ID.


1.2.双绞线 
双绞线是一个通用的称呼,导线的数量和绞合的类型并没有限制,但在电缆的结构上只有两种类型:带屏蔽网的双绞线(STPShieldedTwistedPair)和不带屏蔽网的双绞线(UTPUunshieldedTwistedPair)。双绞线普遍在电信、互联网、专业音响中普遍应用,这种电缆由两条或两条以上独立的、互相绝缘的线缆连续绞合组成,被互相绞合的其中两条电缆称为组,传输阻抗一般为100_,单根导线的直径规格在20AWG(美国线缆标准:0.91mm)到24AWG0.61mm)之间。双绞线是一种比较廉价的电缆,每一组导线具备同等的抗干扰能力,可以有效抑制外界的电磁干扰(EMI),也有效屏蔽了传输信号对外界的电磁干扰。

UTP电缆最普遍应用在电信传输和计算机网络环境,根据绞合的类型不同分为五类、超五类和六类电缆,一般可以达到100Mbps(每秒100百万位)的传输率。STP电缆在导线组的外围增加了一层编织金属网或锡箔,更有利于提高信号抑制外界无线电电波的冲击。STP电缆的每个连接头的金属外壳都必须保持与屏蔽网的良好接触。

同轴电缆(Coaxial)是一种由两个导体组成的合成物,同轴电缆的中心导线用于传输信号,金属屏蔽网起了两个作用:一是作为信号的公共地线为信号提供电流回路,二是作为信号的屏蔽网,抑制电磁噪音对信号的干扰。中心导线与屏蔽网介于半发泡的聚丙烯绝缘层之间,绝缘层决定了电缆的传输特性,而且有效保护了中间的导线。


同轴电缆被广泛应用于音视频或射频的传输,传输阻抗一般为75_,已经成为视频的标准阻抗(早期也会利用50_阻抗特性进行视频传输)。优质标准的同轴电缆一般比双绞线的价格更昂贵,因为同轴电缆可靠的物理特性,能够提供优良的音视频表现。信号的频率、分辨率以及电缆的有效传输距离在音视频系统中起了决定作用。


1.4.光纤 
光纤电缆(OpticCable)信号长距离传输的最好选择,光纤传输是一种基于光电转换取代电子传输的技术手段。光纤传输的简易原理是:模拟电信号传给光发射机,经信号缓冲电路和驱动电路,将输入的电压信号转变成电流信号,驱动发光管或者激光器。这样,输入的电信号转换为光信号,通过精确光对准和引导,耦合进入光纤。


光信号经光纤传输后,在接收端光信号被一个波长相配的光电二极管转换成原来的电子源,经低噪声线性放大器放大后再输出。


光纤信号传输避免了传统电缆传输的许多缺点,具备很多电缆传输无法比拟的优点;优异的抗电磁干扰:长距离电缆传输中,电缆自身就是一根巨大的天线,会拾取周围空间存在的电磁波信号,特别是在显示系统更为突出,这类干扰信号在图像显示中表现出无法消除的颗粒噪音,光纤电缆的核心是玻璃,而且传输的是光信号,不容易受外界电磁波的干扰。很小的体积:大多数的光纤与人体的头发一般粗细。


很低的衰减:因为光纤传输是依靠玻璃导管完成,不存在信号因为电缆电阻、容抗引起的大幅度衰减,光纤极大的提高了传输的带宽能力和传输距离。光纤的高度安全:光纤传输的信号内容不容易被窃听。


虽然光纤似乎是信号传输的终极方法,但也有一些不利点;


较高的价格:光缆、发射器、接收器价格昂贵


较高的人工:在光缆的布管布线过程,需要众多的人力资源和特殊工具。虽然光信号在光纤中传输损耗很低,但是在发射端和接收端进行的电光、光电转换对信号的衰减却很厉害。所以要保证无插损传输,就必须在传输中加入高增益多级放大器,还要保证电路能稳定工作.

电缆的结构 


多数的视频电缆只是在两个相邻设备之间连接,这么短的距离,似乎没有很多需要考虑的问题。但是在一个完善的视频系统中,这些视频设备甚至遍布于建筑的每一个角落,传输线缆完全成了至关重要的因素。传输线缆的那些因素会最直接影响视频信号的最终效果?我们以同轴电缆的单一传输为例进行说明。

2.1.导线的结构类型 
导线指电缆中心用于传输电子的导体,最普遍使用的材料是铜。铜线是最经济有效的传输方式之一,其他的材料包括铝、银和黄金.


同轴电缆根据线径的不同,外形的大小有差异。导线的结构分为两种:单根电缆和多根电缆组合。单根电缆的结构容易成型,但保护外皮和绝缘层比较坚硬,所以显得没有什么柔性。多根电缆由许多小线径的电缆绞合成型,增加了线缆的柔性。一般认为单根电缆的传输质量要优于多根组合的模式.


2.2.导线直径的计量 
原则上,同等的条件越粗的电缆越能进行更长距离的传输,因为同样的长度,粗电缆比细电缆具备更低的直流阻抗.


2.3.电介体 
电介体也即是电缆的绝缘体,在同轴电缆中担任了双重的角色:一是电介体介于导线与屏蔽网之间,形成了保护导线的重要组织;另一个更重要的角色是它确定了电缆的物理特性。比如电缆的阻抗和容抗。阻抗为75_电缆的电介体通常是半发泡的聚乙烯.


2.4.屏蔽网 
屏蔽网在电缆中把导线和电介体严密的包围起来,起了两个作用:一是作为信号的公共地线为信号提供电流回路,二是作为信号的屏蔽网,抑制电磁噪音对信号的干扰。屏蔽网的结构以金属编织网和锡箔最常见。金属编织网比锡箔具备更低的直流阻抗,但对电磁干扰的屏蔽率只有90%,锡箔对电磁干扰的屏蔽率高达100%。所以很多专业的线缆会采取金属编织网与锡箔双重屏蔽结构,可以更有效的提高信号的信噪比.


2.5.保护层 
保护层是对电缆内部所有成份进行全面保护的一层外皮,很容易受气温、化学药品、液体和日光的影响。电缆的保护层必须适应任何条件的安装环境。这些标准被NECNationalElectricCode)管理而且有UL(美国保险商实验所)认证:阻燃认证:电缆保护层的常用原料是绝缘良好且廉价的PVC(聚氯乙烯),阻燃认证要求电缆不但有特殊的防火保护层,而且要使用特别的绝缘材料,可以防止电缆暴露产生的烟火事件。通过阻燃认证的电缆可以在户外空间使用,室内应用可以不需要管道防护.


无卤素认证:大部分电缆的PVC保护层在制造过程都会广泛应用卤素(Halogen)作为混合物,卤 素具备极高的阻燃和绝缘化学特性,但在高温下会产生有毒的烟雾(主要成分是瓦斯)。无卤素的电缆保护层在高温时不会产生烟雾和有毒的气体,这是欧洲的安全标准(编号:IEC33203IEC61034IEC754-1

电缆的性能和规格 


3.1.长度 
信号的衰减与电缆的长度成正比,电缆越长,衰减越大,这是电缆的物理定律。电缆的长度一般用英尺或公尺来标注,音视频信号通过长距离的电缆会造成信号的衰减,对最终效果的影响体现在信噪比降低、亮度降低、图像模糊和同步不良,这些明显的差异也成了对比电缆质量的依据(单位长度的电缆对传输同等信号的不同衰减量)。


3.2.频率 
电缆的容抗和导线材料决定了传输信号频率的范围,在合适的传输距离内,如果出现图像模糊,多数是电缆没有达到高频传输的要求,造成信号的高频段损失。


3.3.屏蔽

干扰电缆同时也是一条巨大的天线,会吸收空间存在的电磁波。如果电缆没有屏蔽或屏蔽效果不良,任何类型的电磁干扰都会直接作用于有用的信号,降低信号的信噪比。


3.4.温度 
如同所有的电子电路一样,电缆的物理特性也会受环境温度的影响,电缆的物理参数在不同的温度范围有不同的表现。在工程应用时,电缆典型在墙壁、天花板和仪器架上覆设,因为这些地方的通风条件不会很理想,容易产生较高的温度。因此,选择电缆的允许使用温度范围应该适用于这些环境.


3.5.斜率 
斜率是描述双绞线不同长度对信号传输产生的时间差,取决于双绞线的绞合工艺和绞合类型,当产生较大的时延误差时,需要对电缆进行斜率补偿.


3.6.阻抗 
阻抗是描述电缆技术规格的重要参数之一,它为信号的正确流程建立了基线。这个信号的流程维护了整个系统的动力转换。

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