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电缆的“回损”与“电缆损耗”—参数及其测量

2007-04-16 陈善栘 依马狮网


    在数字化建设中,每当进行广播电视系统改造时,都离不开选择电缆。然而,怎样比较参数?如何进行测量?成为了新、老技术人员重新学习的新课题。
    其实,电缆问题 并不是数字化以来才有的。早在模拟时代,无线电传输、音频扩声等领域就存在。开始时,常称它们为馈线、屏蔽线。当传输话筒所拾取的微弱声频信号时,首先面临的是阻抗高、电平低的信号,经常会受到外界电场和环境磁场的侵扰。为此,必须在双绞线外面再包上一层金属编织线,并将其一端接地。将杂散的电、磁场干扰隔离掉。由于声频信号的频率不高,屏蔽线间的分布电容、电感等参数 在通常距离情况下(几十米)影响不大。后来,又出现低阻抗动圈话筒,需使用平衡的2、3或4根导体(双绞)的电缆。所以,除了靠XLR型平衡导线连接器,使标准平衡线易于实现抗共模干扰外,还在每个端子处提供抑制器,极大地降低了噪声及干扰程度。
    此外,尽管数字音频电缆已出现了近20年,但直到最近才开始做有关参数的标准化工作。美国声学工程学会(AES)及欧洲广播联盟(EBU)已经确立了一套国际标准。
 
    一. 电缆的参数
    (1)AES/EBU具体参数如下:
    取样率:32KHz-192KHz
    带宽:4.069MHz-24.5MHz
    速率:3.072Mb/s
    特性阻抗:110Ω±20%
    那么,数字音频双绞线电缆与标准的模拟音频双绞电缆有区别吗?有,但仅在于特性阻抗等指标。AES/EBU规定的公差范围较宽,可以从88Ω到132Ω。而标准模拟音频电缆的特性阻抗为45Ω到70Ω。
    这种潜在的阻抗不匹配 会导致信号在终端(输出端)产生反射;或者,使接收端(输入端)的信号出现抖动。大部分时间两者同时存在。为此,Belden(百通)电缆公司推荐使用100Ω至120Ω特性阻抗的双绞线电缆,专门用于数字音频传送。
    【注:视频同轴电缆的特性阻抗是75Ω,这个值也不是随意选的。物理学证明最优化的衰减特性应该在77Ω。而一般低功率应用时,考虑到材料、结构等方面的因素,特将最佳阻抗值设计在了75Ω。而射频传输电缆的特性阻抗是50Ω,用于低、高功率射频连接。包括:无线电台、发射塔用的天、馈线;民用波段(CB)和移动电话等的收、发信号之间的传输及天、馈线之间的匹配。之所以选用50Ω是因为最佳能量传输是30Ω、最大耐压是60Ω左右。而对于高压及高功率传输来说、从材料及设计角度考虑50Ω为最佳选择。可见,选75Ω还是50Ω的设计原则,一个是从衰减特性考虑、一个是从能量传输及最大耐压考虑。各有侧重。75Ω是电缆的波阻抗。可通过反射损耗测量与标准75Ω进行比较,无仪器手段直接测量,与材质、结构、铜芯直径与外导体内径以及中间的介质常数有关】
    (2)用于视频传输的同轴电缆其构成有实心导体也有多股导体。在固定安装时选用实心型的、在移动使用时采用多股柔软型。如,Belden的Brilliance系列,编号为8241F的高柔韧性电缆 就比较合适。
    当然,型号的确定还需考虑高频损耗、传输距离等各方面因素。
    电缆参数主要包括:
    ①额定阻抗:75Ω
    ②直流电阻:从几欧姆/米(Ω/M)到几十欧姆/米(Ω/M)或从几十欧姆/公里(Ω/Km)到几百欧姆/公里(Ω/km)。
    例如:8281的直流电阻为9.9Ω/M;32.5Ω/Km
    1505A的直流电阻为10.0Ω/M;32.8Ω/Km
    1694A的直流电阻为6.4Ω/M;21.0Ω/Km
    其中:8281的实心线径为0.78mm;绝缘外径为7.75mm 
    1505A的实心线径为1.0mm;绝缘外径为5.97mm 
    1694A的实心线径为0.8mm;绝缘外径为6.99mm 
    (参见电缆特性表)

电缆的“回损”与“电缆损耗”—参数及其测量
图 终端开路全反射波波形图

    ③额定衰减:10~50dB/100M  各种不同速率下衰减不同
    (注:工作频率为速率之半,即:0、1两个bit/s构成一个基波周期)
    例如:8281在传输270Mb/s(工作频率为135MHz)的SDI
    信号时,每100米衰减9.84dB;(1GHz时30.2dB)
    1505A在传输270Mb/s(工作频率135MHz)的SDI
    信号时,每100米衰减8.86dB;(1GHz时24.9dB;3GHz时44dB)
    1694A在传输270Mb/s(工作频率135MHz)的SDI
    信号时,每100米衰减7.4dB;(1GHz时20.5dB;3GHz时35 dB)
    ④传输距离:几十米至几百米  速率不同传输距离不等
    例如:8281在传输270Mb/s的信号时,可传262米
    在传输1.5Gb/S的信号时,可传73米
    1505A在传输270Mb/s的信号时,可传338米
    在传输1.5Gb/S的信号时,可传91米
    1694A在传输270Mb/s的信号时,可传415米
    在传输1.5 Gb/S的信号时,可传113
    从上述的②、③项参数举例可见:电缆的“直流电阻”和“额定衰减”(即“电缆损耗”)的数值越小越好。能使传输距离更长。
    ⑤电缆的“回损”
    “回损”又称“反射损耗”,是衡量电缆特性阻抗与终接负载(设备输入阻抗)匹配程度的重要指标。(见国标GB3659-83《电视视频通道测试方法》中的3.1反射损耗一节)
    现将有关内容摘录如下:
    按照长线理论,任何一个网络在终端匹配的情况下,都能得到最大的能量传输;否则,必有部分能量以反射波形式出现。
    定义:为了衡量因不匹配造成的反射波对传输信号的影响,可用反射损耗ρ来描述,即
    ρ=20㏒A1/A

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