同轴电缆视频传输抗干扰分析

技术研发　ＴＥＣＨＮ０ＬｏＧＹ　ＡＮＤ　ＭＡＲＫＥＴ　

同轴电缆视频传输抗干扰分析　

黄　健　Ｖ０１．１８，Ｎｏ．６，２０１１　

（深圳市地铁集团有限佘司，广东深圳　５１８０００）　

摘要：通过视频监控现场情况分析，从理论上和实验中找出对视频传输的干扰情况，提出抗干扰的解放方法，为从事视　

频监控工程人员提供参考。　

关键词：视频监控：抗干扰　

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－８５５４．２０１　１．０６．０２６　

０引言　电视监控系统是使用同轴电缆作为传输视频图像的介质，　

但由于同轴电缆传输受到各种干扰，影响了电视监控系统的视　

频传输质量。本文对同轴电缆视频传输干扰进行分析，提出抗　

干扰的解决方案，以确保电视监控系统的视频传输质量。　

１　同轴电缆性能分析　在视频监控领域，常常使用同轴电缆（Ｃｏａｒｉａｌ　Ｃａｂｌｅ）介质　

来传输监控图像信号，同轴电缆的结构为：中心是一根铜芯（探　针），外包围一定厚度的绝缘介质，介质外是管状外导体（屏蔽　

层），外导体表面再用绝缘塑料保护，如图ｌ所示。　

图１　同轴电缆　在信号通过电缆时，所建立的电磁场是封闭的，在导体的　

横切面周围没有电磁场。因此，内部信号对外界基本没有影响。　

电缆内部电场建立在中心导体和外导体之间，方向呈放射状。　

而磁场则是以中心导体为圆心，呈多个同心圆，这些磁场的方　

向和强弱随信号的方向和大小变化。　

同轴电缆在传输信号过程中，会对信号不断地损耗，从而　

造成信号到达终点后幅度减小，有时可能达不到正常工作要　

求。影响信号损耗的因素主要有电缆的电阻损耗、介质损耗、失　

配损耗，同时，泄漏损耗在低质电缆工作于高频时，也是一个不　

可忽略的问题。　

１．１　电阻损耗　电阻损耗是电缆所具有的直流电阻和导体高频感应所产　

生的涡流对信号能量的消耗。电阻值的大小与电缆使用的材料　

和生产工艺有关。同时，它会随传输频率的改变而改变，原因是　

导体在传输交流信号中，具有趋肤效应。随着频率的增加，有效　

电阻会不断加大。如图２、图３所示。　

电流　

图２向导体表面集中的信号电流图３电流趋肤深度与频率的关系　当交流电流流通过导体时，会在导体周围产生交变磁场。　

该磁场又会使导体内部生成新的感应电流（涡流），它与导体中　

心的信号电流方向相反，与导体表面的信号电流方向相同。这　

样，导体内部的信号电流被反向涡流抵消，电流减小；导体表面　

的信号电流与同向涡流相加同，电流增大，这就是交流通过导　

体的趋肤现象。　

随着信号频率的增高，感应电流增大，这种现象就越加明　

显，它使电流只集中在表面很小的截面流动，造成导体的有效　

电阻明显增加。　信号的趋肤深度与频率和材料有关，频率越低，趋肤深度　

越深；频率越高，趋肤深度越浅。铁比铜的趋肤深度小许多。电　

阻损耗在传输低频时，由导体材料的直流电阻起主要作用；在　

传输高频时，由趋肤效应引起变化的电阻起主要作用。　

１．２介质损耗　介质损耗是同轴电缆中心导体与外导体间的电介质（绝缘　

体）对信号的损耗。量度电介质的一个重要参数是介电常数。它　

是指在同一电容器中用某一物质作为电介质时的电容与其中为　真空时电容的比值称为该物质的“介电常数”。介电常数通常　

随温度和介质中传播的电磁波的频率而变化。同轴电缆的内外　

导体相当于电容的两极。由于实用中的电缆电介质有电阻存　在，介电常数通常大于１，因此，传输中对信号的损耗是必然　

的。介电常数的大小与材料和加工工艺（！【Ⅱ发泡）有关，介电　

常数越大；对信号的损耗也越大。温度越高，频率越高，介电　损耗越大。　

１．３失配损耗　

失配损耗主要与同轴电缆的物理结构密切相关。如果同轴　电缆在设计和生产中造成电缆脱离标称阻抗或者电缆阻抗不　

均匀，均会造成信号的失配损耗。在施工中造成电缆的过度弯　

曲、变形、损伤和接头进水，也会造成失配损耗。同轴电缆的特　

性阻抗（不是直流电阻）与电缆长度无关，它是由电缆中的等效　

电容和电感决定的，而这些等效电容和电感又是由内外导体直　

径和介质的介电常数决定的。　

电缆阻抗不均匀或与信号源及负载不匹配均会造成电缆　

在传输信号时，部分信号能量向传输方向相反的方向返回，即　

反射。它将使原有信号受到影响，造成传输效率下降，严重时　

直接影响系统的正常工作。　

信号在传输中反射的程度通常町用驻波比或反射损耗（回　技术与市场　技术研发　第１８＠￥６￣２ｏｌ１年　

波损耗）来表示，以反射损耗与传输效率的对照表，可以了解不　

同的反射损耗对信号传输的影响。　

１．４泄漏损耗　泄漏损耗是信号通过电缆屏蔽的编织间隙辐射出去的信　

号。它同样造成信号在传输过程中的能量损失，这是高频传输　

中不可忽略的问题，为此，电缆的编织覆盖率不能过低。　

综上所述，同轴电缆对信号的传输损耗具有多种因素，产　

品规格中给出的损耗就是上述各种损耗的总和。电缆的直流电　

阻只有在低频时才对信号衰减起主要作用。在高频时，信号的　

衰减主要由趋肤效应和介质损耗决定。同轴电缆随着传输信号　

频率的增加，信号衰减成倍增长，因此，电缆的传输损耗重要是　

考虑高频损耗。　

２视频干扰分析　

在视频监控系统中，利用同轴电缆传输视频信号，常出现　图像跳动，有背景阴影和重影等，这些现象称之为干扰，下面详　

细分析这些干扰来源。　

２．１频谱与电缆特性　视频信号的电缆传输主要有两种方式，即视频基带传输和　

视频载波传输。习惯上，分别采用ｓＹＶ一７５系列和ｓＹｗＶ一７５系　

列同轴电缆传输。视频基带和视频载波的分布特点如图４所示。　

圈４视频基带和视频载波各自的频谱带宽　从图中可以看出，传统的视频基带传输只占了电缆可传输　

频率的极少部分（６Ｍｉ－ｉｚ），电缆大部分频谱资源是空闲的。在视　

频载波传输中，可利用５０～１０００ＭＨｚ的频谱进行信号传输。同　

轴电缆在传输信号中，对各种频率的衰减程度是不同的，图５是　

同轴电缆在传输信号时的衰减特性。　

图５同轴电缆对频率的衰减特性　

从图中可以看出，同轴电缆对不同的频率传输衰减也不　

同，无论是基带视频传输还是载波传输，通过电缆传输后的信　

号都会产生频率失真，因此，必须对这种电缆在传输中造成的　

频率失真进行补偿。　

同轴电缆对各种频率的隔离程度，即抗干扰能力有较大差　

别，一条同轴电缆在外界施加不同频率的等幅干扰电压情况　

下，测到的感应电压如图６所示。　

电压（　

ＳｌｉｍｔＩＧ．．Ｉｚ）　

图６电缆感应不同频率的干扰信号　从图中可以看出，同轴电缆对低频的屏蔽隔离较差，频率　

越高，隔离越好。　

２．２外部干扰信号特点　

根据干扰波传播距离与频率的关系曲线可以看出，在相　

同传输条件下，频率越低传播的距离越远，这也意味着，频率越　

低，受到干扰的机会越多，强度越大。　

日常中有许多电器大多会产生不同程度的干扰，几种典型　

的干扰波形如图７所示。　锵　

毫黛啊ｔ乜机千捉　

■竞，ｒ■竞ｔ电千螺　羹旗子ｔ机于托　

簟电千．Ｉ‘麓ｔ一　

图７典型干扰波形　从图中可以看出，这些典型干扰波形均为非正弦波形，根　

据付立叶变换知道，它们都是由不同频率的正弦波组成。用频　

谱分析仪对这些干扰波进行测试，可以看出，干扰波的分布范　围一般都很宽。图８是一个典型的干扰波频谱分布测试波形。　

图８干扰波的测试频谱　

从频谱图看出，基频为１ＭＨｚ的干扰波的频谱分布在一个　

较宽的范围，凡是在此范围的信号都有可能受到它的干扰。同　

时看出，随着频率的上升，高次谐波的幅度明显减小。　

从这些干扰的频率分布特性可以看出，干扰通常是一个频　

带，而不是一个频点；频率从数十赫兹到数百兆赫兹，能量主要　集中在频率的低段。　

２．３　内部干扰信号特点　除外界干扰之外，视频传输和处理设备自身同样会产生各　

种干扰，如放大设备产生的３阶互调，对有用信号干扰严重时会　

造成信号不可用。　

在正常情况下，要求放大器输入的信号幅度不能使放大器　

工作在线性区之外，但在实际应用中，由于设计或调试的原因，　

往往达不到这一要求，其结果就会使输入的频谱出现相互调　

制，产生新的频率。对有用信号危害较大的是３阶互调产物。　

假如在视频频谱中有两个信号分别为０．５Ｍｈｚ和１ＭＨｚ，如果　

它们相互调制，就可有：　

Ｉ（ＭＨｚ）×１－０．５（ＭＨｚ）＝Ｉ．５（ＭＨｚ）和１　Ｈｚ）×２＋０．５（ＭＨｚ）＝２．５　

（ＭＨｚ）　上式中１．５ＭＨｚ和２．５ＭＨｚ就是新产生的频率，这些频率刚　

（下转第５１页）

　技术与市场　技术研发　第ｌ８卷第６期２Ｏｌ１年　

付。最后，还要塑造员工工作的责任心，虽然自动设备能在很大　

程度上减少人力使用，但是切不能因此而疏忽大意。一旦有所　

失误，后果极其严重，给国家和人民带来巨大的损失。　

２．２加大对自动设备的日常管理和维护，做到万无一失　不管机器设备质量如何优质，运行过程中都会存在设备的　

老化和磨损问题。而要使得好的设备增加使用寿命，就必须加　

大对其的日常维护和管理。要对设备进行定时的清点维护，对　

其中的小问题要及时修复。要确保工作中的设备能够正常运　

转，这些工作也许会是简单繁琐的重复运动，但是却是至关重　

要的，一旦出现问题后果不堪设想。　

防患胜于救灾，所以作为水电站的管理人员，要时刻有着　

忧患意识。从细节抓起，确保工作的安全Ｊ顷利进行。　

３自动设备在水电站实际运用中的价值　人类之所以创造并运用某种事物，总是基于其给人带来的　

价值考虑的。任何富丽堂皇的东西，就算再美再好，如果没能给　

人带来实实在在的好处，都不会为人类所利用。那么，同样，自动　

化设备能在水电站中得到很好的使用，必然有其自身的价值。　

３．１提高工作的可靠性　

使用自动设备后，一方面它将自动迅速、精准地进行检测、　

分析和预报，这样一来，就能够保证一些不正常工作状态不至　

于恶化成事故，同时也阻止了出现故障的设备进一步恶化的趋　

势，因此，供电的可靠性得到了很大的提高。另一方面，自动装　

置可以完成水电站的各项操作和控制，减少了操作失误而发生　

事故的机会。　

３．２提高运行的经济性　对于高水头运行的保持，合理选择开机台数，确保机组始　

终高效率运行等等相关工作，自动设备均可以自动完成，并且　能够取得相对于纯人工而言要好得多的经济效益。充分利用水　

力资源，尽量减少不必要的弃水，是实现水电站合理最优调度　

的关键所在，对于梯级电站来说至关重要。此外，一般而言水电　

站是水力资源综合利用的一部分，肩负着多项任务，水电站的　整个运行条件十分复杂，单凭人工要想管理好是十分困难的，　

相反，一旦使用自动设备后，就能够很大程度上降低水电站运　

行的经济成本，提高经济效益。　

３．３它能保证电能质量　

电压和频率是作为衡量电能质量好坏的两项基本指标。电　

压的正常偏移应该在额定值的４－５％内，频率正常偏移不超过额　

定值的４－０．２～０．５　ＨＺ。电力系统中无功功率和有功功率的平衡　

直接关系电压或频率的稳定性。所以迅速而又准确地调节有关　

发电机组发出的有功和无功功率，对确保系统电压和频率在规　

定范围内运行十分重要。尤其是一旦发生事故，单纯的手动操作　

在速度和精度方面都是难于实现的。只能借助于自动装置来完　

成。可见，自动设备的应用是保证电能质量的重要措施之一。　

３．４提高了劳动生产率。改善了劳动条件　水电站由于其特殊性，往往处于山区，工作环境比较差。自　

动设备投入使用后，很多原先人工操作的事情，都可以由各种　

自动装置按设置好了的程序自动完成，大大减轻了劳动强度，