【無線射頻連接器】-基于同軸電纜的電源和控制信號(hào)傳輸

----宋停云與您分享--------宋停云與您分享----基于同軸電纜的電源和控制信號(hào)傳輸一、概述

在同軸電纜傳輸中即傳輸信號(hào)又傳輸電源，最早運(yùn)用于有線電視系統(tǒng)。在國(guó)內(nèi)，已經(jīng)有十多年歷史。而如今把有線電視技術(shù)轉(zhuǎn)移到監(jiān)控領(lǐng)域已經(jīng)數(shù)年，但卻很少有人把電源的傳輸技術(shù)同時(shí)轉(zhuǎn)移過來。雖然我們?cè)磸?fù)倡議此技術(shù)在共纜監(jiān)控領(lǐng)域的推廣，但卻還是有不少安防行業(yè)的伴侶表示質(zhì)疑甚至反對(duì)。而如今在監(jiān)控系統(tǒng)中的電源線和數(shù)據(jù)線已經(jīng)是一項(xiàng)不行忽視的開銷（每公里距離兩種線大約需要花費(fèi)6000多元左右）。它應(yīng)當(dāng)引起業(yè)界的再度關(guān)注。

采納共纜技術(shù)傳輸信號(hào)的同時(shí)，假如再利用它同時(shí)傳輸電源和數(shù)據(jù)，這明顯可節(jié)省一筆不小的開銷。這種技術(shù)我們已經(jīng)在實(shí)際監(jiān)控工程中運(yùn)用近一年時(shí)間，事實(shí)證明是完全可行的。

二、傳輸原理

共纜監(jiān)控傳輸技術(shù)是一種射頻寬帶技術(shù)。在有線電視中通常稱為HFC（光纖和同軸電纜混合）技術(shù)。它是把需要傳輸?shù)囊曨l、音頻或數(shù)據(jù)基帶信號(hào)搭載在高頻載波上傳輸，到達(dá)目的地后，再?gòu)妮d波里取出基帶信號(hào)。這樣的傳輸方式可使同軸電纜的信息傳輸容量增加很多倍。高頻同軸電纜的頻率帶寬可達(dá)01GHz以上?，F(xiàn)在通常使用的信號(hào)實(shí)際帶寬一般在5-860MHz。在共纜監(jiān)控傳輸中的頻譜安排可見下圖。

圖1

由于直流電源的頻率是0HZ，溝通電源的頻率是50Hz，明顯它們都可以通過同軸電纜傳輸。在共纜監(jiān)控中，我們可以把5-30MHZ的頻段分為下行通道（掌握信號(hào)從中心發(fā)出到監(jiān)控?cái)z像機(jī)的方向）。這個(gè)25MHz寬度的通道可以傳輸許多數(shù)據(jù)信號(hào)，但監(jiān)控發(fā)出的掌握信號(hào)（約100KHz帶寬）只占它的帶寬的0.5%不到。因此下行通道大部分資源是空閑的。

從監(jiān)控?cái)z像機(jī)到監(jiān)控室方向我們稱為上行通道。帶寬從45MHz860MHz達(dá)815MHz。我們傳輸一個(gè)攝像機(jī)的視頻只需要8MHz，因此，上行通道最多可以傳輸100路視頻信號(hào)。但在實(shí)際工程中的狀況是，一根同軸電纜傳輸?shù)念l道數(shù)越少，工程越簡(jiǎn)單做。因此，每條線畢竟方案?jìng)鬏敹嗌賯€(gè)頻道，需要依據(jù)技術(shù)實(shí)力而定。

在對(duì)電纜供電時(shí)，采納的是有線電視系統(tǒng)目前通用的電源插入器。它完成電源與高頻載波的混合，供應(yīng)高頻通路和隔離高頻與電源的信號(hào)通道。電源到達(dá)前端（攝像機(jī)端）后，再利用分別器，把信號(hào)和電源分別開。

三、實(shí)現(xiàn)方法及成本比較

通過同軸電纜集中供電我們分為兩種方式：一種是直流供電，另一種是溝通供電。無論那種供電方式，供電點(diǎn)都可在任何距離插入。供電電壓建議掌握在60V以下。

1.直流集中供電：此方式一般用于固定攝像機(jī)，它最大好處就是供電方法簡(jiǎn)潔，每個(gè)前端電源只需極少成本。每個(gè)攝像機(jī)不再需要電源變壓器，這些節(jié)約的變壓器成本完全可以用于購(gòu)買集中供電電源和插入器。由線損引起的各前端電壓的差異，主要靠直流穩(wěn)壓器來解決。去掉的RVV電源線，基本就是純節(jié)省的開銷。

2.溝通集中供電：在監(jiān)控系統(tǒng)中假如消失需要掌握云臺(tái)和鏡頭的監(jiān)控點(diǎn)，建議采納這種方式。假如同一線路中既有固定攝像機(jī)，又有云臺(tái)和鏡頭需要掌握。也只能全部采納溝通供電方式。在溝通供電狀況下，每個(gè)攝像機(jī)需要配置一個(gè)60V溝通調(diào)壓變壓器取代原來的220V變壓器(不增加成本)，以適應(yīng)線損造成的低壓溝通到達(dá)前端的電壓差異。干線上還需增加大功率的220V轉(zhuǎn)60V的變壓器和電源插入器。額外增加的大功率變壓器和電源插入器的成本只能用節(jié)約的電源線成原來彌補(bǔ)。彌補(bǔ)后剩下的錢才是節(jié)省的成本。下面以一個(gè)工程設(shè)計(jì)實(shí)例來計(jì)算溝通集中共纜供電與傳統(tǒng)供電方式的成本。

圖2

上圖的監(jiān)控系統(tǒng)共采納SYWV-75-7的同軸電纜1231米。假如采納傳統(tǒng)方式敷設(shè)電源線，依據(jù)耗電和距離狀況，一般采納22.5截面的RVV線。這種電線目前的價(jià)格大約在4.5元/米。那么系統(tǒng)花費(fèi)的電源線費(fèi)用是12314.5=5539.5元。在集中供電系統(tǒng)中配置是：一個(gè)60V10A的電源，成本大約是700元，一個(gè)電源插入器，成本大約是90元。每個(gè)前端需要增加一個(gè)信號(hào)分路器，大約在15元，14路攝像機(jī)共需415=210元。這三項(xiàng)總共開銷是1000元，這樣，工程節(jié)省的成本是：5539.51000=4539.5元。假設(shè)全部采納直流供電。

3.傳統(tǒng)傳輸供電：在傳統(tǒng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的視頻傳輸中，同樣可以采納同軸電纜供電方式。不過在傳輸時(shí)，需要對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)制解調(diào)處理。由于這種供電大多是單一負(fù)載，流過同軸電纜的電流不大。供電器全部可以放在監(jiān)控室內(nèi)。這種傳輸方式的接線見下圖：

圖3

上圖供電方式的基本配置是：一個(gè)集中供電電源、兩個(gè)信號(hào)復(fù)用器、一對(duì)調(diào)制解調(diào)器。

后端（監(jiān)控室端）調(diào)制解調(diào)器可把中心輸出的數(shù)據(jù)掌握信號(hào)調(diào)制成數(shù)據(jù)載波信號(hào)，然后與電源混入電纜后傳送到各前端的穩(wěn)壓器和調(diào)制解調(diào)器。掌握信號(hào)的取出和圖像信號(hào)的調(diào)制回傳，全部由前端調(diào)制解調(diào)器來完成。假設(shè)上圖的傳輸距離為1000米，我們可以分別算出兩種不同供電方式的成本。

傳統(tǒng)RVV1*2線供電：假設(shè)采納1.02的RVV線。1000米所需線材成本為：

10002.4=2400(元)

75-5同軸電纜供電：集中供電器一臺(tái)98元，信號(hào)混合\分別器兩只30元，調(diào)制解調(diào)器一對(duì)248元。所需設(shè)備成本為：

98+30+248=376（元）

同軸電纜供電節(jié)省的成本為：2400376=2024（元）

假如多條同軸電纜在監(jiān)控室共用一個(gè)供電電源，成本還可有望降低。

4.掌握信號(hào)傳輸：同軸電纜在傳輸圖像信號(hào)和電源的同時(shí)，還可以把掌握數(shù)據(jù)信號(hào)從監(jiān)控中心發(fā)到各解碼器。這明顯給每路信號(hào)增加了數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器的成本。這個(gè)成本只能用省去的數(shù)據(jù)傳輸線的成原來彌補(bǔ)。我們用一條500米傳統(tǒng)傳輸方式與其做比較，計(jì)算兩種方式各需的成本。

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸：500(米)1.5（元）=750元

電纜數(shù)據(jù)載波：數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器一對(duì)：150元

能節(jié)省的成本為：750150=600元

以上可知，距離越長(zhǎng)，共纜傳輸數(shù)據(jù)方式越省錢。在實(shí)際使用中，數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器與圖像調(diào)制解調(diào)器是集成在一起的。計(jì)算線材的價(jià)格可能與各地市場(chǎng)價(jià)有所差異。大家可以以當(dāng)?shù)貙?shí)際購(gòu)買價(jià)進(jìn)行計(jì)算比較。

四、共纜供電和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備

1、集中供電器：集中供電器分為直流集中供電器和溝通集中供電器。

直流供電器：直流供電器市場(chǎng)上有各種電壓和電流規(guī)格。比如電壓有15V\20V\30V\64V等。電流有1A/2A/3A/5A/10A/20A/30A等。至于需要選擇多大的電壓和電流的供電器，需要依據(jù)攝像機(jī)的工作電流和電纜的型號(hào)及長(zhǎng)度來打算。計(jì)算方式是：各攝像機(jī)工作電流的總和即是需要選擇的電流規(guī)格；攝像機(jī)需要的工作電壓+電纜的線損電壓即是需要選擇的電壓規(guī)格。但在選擇中需要留有肯定余量。下面是一種直流穩(wěn)壓可調(diào)供電器的實(shí)物圖：

圖4

上圖的電源電壓和電流愛護(hù)都是可調(diào)的。調(diào)整范圍是0最大電壓和最大電流。

溝通供電器：溝通供電器有磁飽和穩(wěn)壓60V輸出供電器和非穩(wěn)壓電壓可調(diào)輸出兩種。磁飽穩(wěn)壓型只有60V電壓輸出，電流有4A/6A/10A等。非穩(wěn)壓供電器可以有各種電壓和電流輸出。選用穩(wěn)壓型或非穩(wěn)壓型需要依據(jù)各地區(qū)的供電穩(wěn)定性來打算。電壓的選擇是：24V+電纜線損=供電電壓。電流的選擇與直流供電相同。

非穩(wěn)壓型供電器價(jià)格相對(duì)廉價(jià)，并且供電電壓可以依據(jù)實(shí)際工程狀況進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。只要區(qū)域供電電壓波動(dòng)不是太大。完全可以采納這種供電器。

下面是一種溝通供電器形狀圖：

圖5

2、電源插入器：電源插入器依據(jù)供電大小的不同分為3A和10A兩種

3A電源插入器見下圖：

圖6

這種插入器又稱信號(hào)復(fù)用器，共有三個(gè)接口。分別為電源端，信號(hào)端和混合端。它可作為電源與信號(hào)的混合或分別。該設(shè)備主要用于單路供電和前端信號(hào)的分別。

10A電源插入器見下圖：

圖7

這種插入器有3各接口，一個(gè)是電源輸入口，另兩個(gè)是信號(hào)和電源混合口。它主要適合于共纜監(jiān)控中多路前端傳輸?shù)拇箅娏鞴╇娨蟆?/p>

上述兩種插入器即可用于溝通，也可用于直流的插入。在多路供電時(shí)，供電點(diǎn)的選擇很重要。通常建議電源插入點(diǎn)選擇在傳輸電纜的中間。這樣供電電壓要求低，功耗少，同樣功率的供電器可增加供電點(diǎn)數(shù)量。

3、前端穩(wěn)壓器：前端穩(wěn)壓器的作用是為攝像機(jī)、解碼器、云臺(tái)和變焦鏡頭等供應(yīng)必要的電源。

直流穩(wěn)壓器電路簡(jiǎn)潔，價(jià)格低廉。主要用于固定和可控?cái)z像機(jī)的直流供電。它有12V電源輸出，RS485掌握信號(hào)輸出。穩(wěn)壓輸入口即可加入溝通，也可加入直流電源。在需要掌握云臺(tái)和鏡頭的狀況下，只能采納溝通供電。

這時(shí)必需增加一個(gè)60V轉(zhuǎn)24V的可調(diào)變壓器。以便為云臺(tái)供電。

防水箱和穩(wěn)壓器實(shí)物圖

圖8

4、調(diào)制解調(diào)器共纜供電用單路調(diào)制解調(diào)器實(shí)物圖：

圖9

多路解調(diào)器實(shí)物圖

圖10

五、設(shè)備連接

在多路設(shè)備的連接方式中，無論是溝通還是直流供電，連接方式基本相同。前端設(shè)備的直流供電連接方式如圖：

圖11

溝通供電時(shí)，只需要把電源端接變壓器初級(jí)，再把變壓器次級(jí)接穩(wěn)壓板的電源輸入端即可。變壓器的24V溝通輸出端接云臺(tái)的電源輸入端。

多路集中供電器的連接如下圖：

圖12

上圖的電源插入器和過流分支器均有防水和抗高壓力量。主要用于野外干線的分支和過流。

附注：

syv實(shí)心聚乙烯絕緣，pvc護(hù)套，國(guó)標(biāo)是射頻電纜又叫"視頻電纜'；

sywv聚乙烯物理發(fā)泡絕緣，pvc護(hù)套，國(guó)標(biāo)是射頻電纜；

[相同點(diǎn)]：

1.特性阻抗一樣75歐姆；

2.外層護(hù)套，屏蔽層結(jié)構(gòu)，絕緣層外徑，編數(shù)選擇，材質(zhì)選擇，屏蔽層數(shù)等基本相同；

[不同點(diǎn)]

1.絕緣層物理特性不同：syv是100%聚乙烯填充，介電常數(shù)=2.2-2.4左右；而sywv也是聚乙烯填充，但充有80%的氮?dú)鈿馀?，聚乙烯只含?0%，宏觀平均介電常數(shù)=1.4左右；=ǎ?j,其中，為損耗項(xiàng)，空氣的基本為"0'，這一工藝成就于90年月，它有效降低了同軸電纜的介電損耗；

2.芯線直徑不同：以75-5為例，由于-5電纜結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，絕緣層外徑（即屏蔽層內(nèi)徑）是4.8mm,不能轉(zhuǎn)變，為了保證75的特性阻抗，而特性阻抗只與內(nèi)外導(dǎo)體直徑比和絕緣層的介電常數(shù)大小有關(guān)，大芯線細(xì)，小芯線粗，芯線直徑：syv是0.78-0.8mm,sywv是1.0mm;芯線結(jié)構(gòu)形式都可以是單股或多股；這一區(qū)分，導(dǎo)致了芯線電阻的不同。照實(shí)測(cè)天成、愛普syv75-5電纜，1000米芯線直流電阻39，典型sywv75-5電纜,1000米芯線直流電阻19-20;

3.上述兩項(xiàng)根本區(qū)分，打算了兩種電纜的傳輸特性傳輸衰減不同，syv電纜是最早期的同軸電纜，在幾十上百年時(shí)間里始終用它傳輸，包括傳輸射頻信號(hào)；但后來當(dāng)sywv消失后，射頻以上波段就很少應(yīng)用syv了。由于高頻衰減差別太大了；漸漸的syv就基本上主要用在監(jiān)控視頻傳輸上了，也就把這種射頻電纜的"元老'，改稱為"視頻電纜'了。但這絕不等于說：syv"視頻電纜'的視頻傳輸特性比sywv好，實(shí)際剛好相反，sywv的視頻傳輸特性也全面優(yōu)于syv電纜。這方面的誤會(huì)很普遍，且我國(guó)南方比北方的誤會(huì)要嚴(yán)峻，認(rèn)為傳輸視頻信號(hào)，"必需用視頻電纜'。實(shí)測(cè)1000米電纜視頻傳輸性能，sywv75-5/64編電纜：0.5m5.15db,6m19.12db;國(guó)標(biāo)優(yōu)質(zhì)syv75-5/96編電纜：0.5m6.43db,6m21.76db（相同編網(wǎng)結(jié)構(gòu)電纜衰減比發(fā)泡電纜大3db即大1.4倍以上），有一個(gè)還挺出名的廠家產(chǎn)品，syv75-5/128編電纜，6m25.22db，衰減比發(fā)泡電纜大6db以上即大2倍多）；

4.關(guān)于高編電纜，一般指96-128編以上的電纜。高編電纜明顯特點(diǎn)是：屏蔽層的直流電阻小，200khz以下的低頻衰削減，對(duì)抑制低頻干擾有利，實(shí)測(cè)表明，200khz-6mhz頻率，由于"趨膚效應(yīng)'，128編和64編衰減一樣。（高頻