Kuhni-nn.ru

Кухни НН
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

30%. Часть 3: Волны в кабеле

30%. Часть 3: Волны в кабеле

Основным способом передачи видеосигнала в настоящее время является коаксиальный кабель. Это не случайно — такой тип кабеля наиболее дешев и надежен в широком диапазоне применений. Впрочем, все написанное ниже относится и к витой паре и к любому другому типу проводника. Суть проблемы в том, что свет (и прочие электромагнитные колебания) распространяются быстро, но не мгновенно. Поэтому изменения сигнала на выходе из видеокамеры не приводят мгновенно к таким же изменениям на входе видеомонитора. Эти изменения распространяются по кабелю со скоростью света — 300 000 км/сек, а на самом деле даже меньше — в материале кабеля электромагнитные волны распространяются в полтора — два раза медленнее. Таким образом, уже 300 метров кабеля означает задержку в 2 микросекунды (все расчеты, как всегда, с точностью -30%).

Волновое сопротивление — это не совсем сопротивление

Все слышали, что у кабеля есть «волновое сопротивление», оно же «импеданс». Не вдаваясь в детали напомню, что оно означает: это величина резистора, который можно подключить к концу кабеля, так что при этом волна, бегущая по кабелю полностью уйдет в этот резистор, как будто бы это было бесконечное продолжение кабеля. Это сам по себе нетривиальный факт — что обычное резистивное сопротивление для волны неотличимо от кабеля, но оставим это физикам. Для нас, инженеров-практиков, главное, что в таком случае волна вся уходит в приемник сигнала.

Отражение сигнала

Если же согласование нарушено — например, в системе видеонаблюдения, рассчитанной на кабель с импедансом 75 Ом, применен компьютерный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом, то некоторая доля волны отразится от монитора. Примерно 30%. Эта волна побежит обратно к видеокамере, там тоже отразится и в результате на приемном конце окажутся две волны — одна первая (основная), и вторая — которая пробежала по кабелю туда-обратно еще раз. Эта волна значительно слабее, процентов 10 от основной. И хуже всего, что она отстает от основного сигнала на 4 микросекунды (на кабеле 300 метров).

схема отражение сигнала

Между прочим, развертка на экране монитора проходит строку за 64 микросекунды. Так что отставшая волна создаст блеклые привидения, смещенные от основного изображения на 7-8% от ширины экрана. Этот тот же эффект, который происходит при отражениях сигналов эфирного телевещания от высоких зданий. Правда, снести соседние небоскребы обычно не в нашей власти, а вот при передаче видеосигнала по кабелю все в наших руках — и лишь мы сами можем создавать себе проблемы.

Сигнал делится пополам

Надеюсь, предыдущий пассаж убедил вас в необходимости применения кабеля с правильным импедансом. А именно 75 Ом. На такое волновое сопротивление кабеля рассчитана вся аппаратура систем видеонаблюдения. Мониторы имеют входное сопротивление 75 Ом, а камеры — выходное сопротивление 75 Ом. Обратите внимание — камеры тоже имеют выходное сопротивление. Это значит, что при отключенной нагрузке сигнал на выходе камеры вдвое больше номинального. Видел я одного «деятеля» — он утверждал, что при отключении нагрузки в мониторе сигнал становится «лучше». Это просто у него кабель был настолько плохой, сигнал настолько затухал, что ему было уже не до согласования — удвоение сигнала позволяло хоть как-то вытащить сигнал и это называлось «лучше». В нормальной ситуации удвоенный сигнал приводит к перегрузке входных цепей монитора или по крайней мере к некоторому ухудшению передачи градаций серого.

Читайте так же:
Замена выключателя света чери амулет

Отражение на неоднородностях (скрутках)

К сожалению, понятие «волновое сопротивление кабеля» относится к идеальному кабелю. Реальный кабель не совсем эквивалентен омическому сопротивлению, поэтому некоторое отражение все-таки происходит. Более того, кабель сначала подключен к разъему, тот — коротенькими проводочками к какой-то электронной схеме и лишь там стоит согласующее сопротивление. Это совсем не то же самое, что идеальное точечное сопротивление, установленное на срезе кабеля. Все эти переходные элементы нарушают идеальную картину и означают нарушение согласования. Однако если они находятся очень близко к концу кабеля — это не так страшно. Чтобы это отражение стало заметным -отраженной волне надо сбегать вдоль всего кабеля в обе стороны, при этом она значительно ослабнет. А вот если кабель где-нибудь посередине порван и его нарастили «скруткой» — это хуже. Скрутка на расстоянии около 100 метров от края — это худший случай. Отраженный сигнал достаточно смещен относительно основного, но еще недостаточно ослабляется затуханием в кабеле.

Распределенное отражение

Сам кабель тоже не идеален. Даже если вы не испортили его при прокладке (скрутками или просто деформациями), он изначально не слишком однороден. Где-то есть дефекты, перепады состава материала диэлектрика или проводника -такой параметр (распределенное отражение волны) обычно приводится на кабели в техдокументации. Это уже один из параметров, по которым кабели отличаются «лучше-хуже». Впрочем, не самый главный.

Затухание сигнала

Значительно важнее такой параметр, как затухание сигнала в кабеле. Причем, внимание! Затухание сигнала разное на разных частотах.

Высокочастотное — потери в диэлектрике

Как правило, для кабеля приводится значения затухания на частотах 100 — 500 МГц. В лучшем случае, на частоту 10 МГц. Этот параметр очень важен, если вы собираетесь передавать по кабелю телевизионный модулированный сигнал, особенно дециметровых диапазонов. Однако низкочастотный видеосигнал, применяемый обычно в системах видеонаблюдения, занимает полосу от 50 Гц до 5 МГц. С одной стороны, это хорошо, что частоты низкие — затухание меньше. А с другой стороны — это огромный диапазон — отношение самой низкой частоты к самой высокой составляет 100000. И самое страшное — что одни частоты будут затухать сильнее, другие слабее — это уже искажения сигнала — тут никакой усилитель не поможет. Конечно, усилители обычно имеют раздельную регулировку усиления «по низким» и «по высоким», но компенсировать неравномерную частотную характеристику, конечно, не смогут.

Низкочастотное — по сопротивлению постоянному току

Особенно часто проблемой оказывается затухание по низким частотам — по постоянному току. Волновое сопротивление кабеля определяется отношением диаметров центральной жилы и экрана. Поэтому у тонких кабелей центральная жила недопустимо тонкая и имеет очень высокое омическое сопротивление. У стандартного РК-75-4 (примерный аналог RG-59U) сопротивление центральной жилы составляет около 5 Ом на 100 метров. Максимально допустимое общее сопротивление в зависимости от требований к качеству сигнала составляет 10-20 Ом (для RG-59U это 200-400 метров кабеля). Как нетрудно догадаться (см. предыдущий выпуск), для встречающегося иногда тоненького кабеля РК-75-1.5 (вторая цифра — диаметр внутренней изоляции) погонное сопротивление в 7 раз выше, а значит и в семь раз меньше допустимая длина: 30, максимум 60 метров. Вот так-то.

Читайте так же:
Выключатель unica 2 клавиши с подсветкой бежевый

А еще бывает кабель с центральной жилой в виде стальной проволоки, покрытой тонким слоем меди. Он прочнее и дешевле обычного, но: предназначен только для высокочастотных сигналов (слышали про скин-слой? — высокочастотные сигналы распространяются в тонком поверхностном слое). Для низкочастотных сигналов существенно, что удельное сопротивление стали в несколько раз выше, чем у меди, а стало быть, допустимое расстояние передачи сигнала по такому кабелю в несколько раз меньше (50-100 метров).

Фазовые искажения

Однако неравномерность амплитудно-частотной характеристики — еще не самое страшное. В какой-то мере это можно компенсировать раздельными регулировками усиления низких и высоких частот в специальном усилителе-корректоре. Таким образом удается поднять допустимое расстояние распространения раза в два — если говорят, что RG-59 позволяет передавать на 300 метров, то с усилителем сгодится и метров на 600. А кабель типа RG-11 сгодился бы, наверное и до 2-3 километров. Если бы искажения были связаны только с неоднородностью амплитудно-частотной характеристики.

Однако есть еще и фазовые искажения, связанные с тем что волны разных частот распространяются с разными скоростями. Такие искажения исправить практически невозможно. Проявляется этот эффект в виде размазывания или, наоборот, звона на контуров объектов. Слишком уж велик перепад частот НЧ видеосигнала — от 50 Гц до 5 МГц. Самая высокая частота во 100 000 раз выше самой низкой! Скорость распространения волн в таком диапазоне меняется на несколько процентов даже у лучших применяемых ныне материалов. Поэтому, если сигнал распространяется на километр за 10 микросекунд, то разные его составляющие при этом разбегаются почти на микросекунду, то есть примерно на 1/100 экрана (строка = 64 микросекунды) — в результате вы получаете разрешение видеосистемы на уровне 100 ТВ линий. Вот так-то.

Некоторые кабели по этому параметру чуть лучше, некоторые чуть хуже. Но разброс невелик, два-три раза. Все определяется диэлектриком (изолятором), а выбор небогат — полиэтилен, поливинил, фторопласт. Вспененный полимер несколько лучше монолитного, но тоже ненамного. Сильно выделяется лишь кабель с воздушным, а еще лучше -вакуумным изолятором. Впрочем ценой такой кабель тоже выделяется. Кстати, у витой пары этот параметр чуть лучше, чем у коаксиального кабеля с литым диэлектриком и хуже, чем у кабеля со вспененным.

Так что не верьте слухам, что НЧ видеосигнал можно как-то передать более чем на километр. Получится именно «как-то». То есть на экране будет видно «что-то». На расстояния 2 и более километров видеосигнал ходит только модулированным, на высокочастотной несущей — от 50 МГц и далее, вплоть до лазерного излучения в волоконно-оптических системах. В таком случае полоса передаваемых частот занимает диапазон, например, от 70 до 75 МГц и фазовых искажений почти нет. Но об этом в следующей передаче.

Подключили какую то неведомую фигню к счетчику, помогите узнать что это

Добрый день, сегодня впервые за долгое время открыл "шкаф" со счётчиком в подъезде, когда проверял показания, и обнаружил вот такую вот квадратную черную фиговину, запитанную от нашего счетчика. Может она была и раньше и я просто не замечал, такое тоже возможно. Но позвал знакомого электрика, он сказал что видит такую штуку в первый раз, причем провод от нее идет телевизионный. И действительно питается она от нашего счётчика, плюс подключен к нам, ноль общий. Вроде так сказал.

Читайте так же:
Аккумулятор световой источник тока

Если вы в этом компетентны, можете подсказать, что вообще это такое, и действительно ли его быть не должно. Потому что как то не по себе от того, что мы платим за питание какой то неведомой фигни с телевизионными проводами, учитывая то, что тв у нас от обычной антенны, кабельного нет.

Подключили какую то неведомую фигню к счетчику, помогите узнать что это Счетчик, Электрик, Помощь, Консультация, Без рейтинга, Электричество

Реактивное сопротивление катушки индуктивности

С помощью нехитрых умозаключений, физиками была выведена формула:

П — постоянная и равна приблизительно 3,14

В данном опыте мы с вами получили фильтр низких частот (ФНЧ). Как вы видели сами, на низких частотах катушка индуктивности почти не оказывает сопротивление напряжению, следовательно амплитуда и мощность на выходе такого фильтра будет почти такой же, как и на входе. Но с увеличением частоты у нас амплитуда гасится. Применив такой фильтр на динамик, можно с уверенностью сказать, что будет усиливаться только бас, то есть низкая частота звука.

Видео про катушку индуктивности:

Заключение по теме

Итак, нами были рассмотрены два расчета, где присутствовала взаимосвязь между сечением кабеля и мощностью потребляемой сети, в которой он будет устанавливаться. А также было выведено соотношение длины кабеля и его площади. В принципе, сложности с мощностью нет никакой. Определить сечение по данному параметру достаточно просто. Расчет относительно длины кабеля немного сложнее. Но если разобраться с ним, то и его можно осилить самостоятельно. Правда, придется ознакомиться с ПУЭ, где заложены необходимые для расчета таблицы.

Допустимые токи утечки и значения коэффициента ассиметрии для силовых кабелей.

Кабели напряжением (кВ)Испытательное напряжение (кВ)Допустимые значения токов утечки (мА)Допустимые значения коэфф. ассиметрии
6360,28
10450,38
500,58
600,58

Разрешается техническому руководителю предприятия в процессе эксплуатации (М) исходя их местных условий как исключение уменьшать уровень испытательного напряжения для кабельных линий напряжением 6-10кВ до 0,4Uн.

Понимание потерь в оптическом волокне и способы их уменьшения

Понимание потерь в оптическом волокне и способы их уменьшения

Потери при прохождении света в оптическом волокне обусловлены рядом факторов, которые можно классифицировать как внешние и внутренние.

Передача света по оптическому волокну эффективна не на 100%. Это объясняется несколькими причинами: в первую очередь, поглощение сердцевины и оболочки (вызванное наличием примесей) и пропусканием света самой оболочкой. Когда свет отражается от интерфейса оболочки/сердцевины, он фактически перемещается на небольшое расстояние в пределах оболочки переотражаясь обратно. Это приводит к затуханию (ослаблению сигнала) на величину до 2 дБ/км для многомодового волокна. Например, при таком уровне затухания, если бы свет проходил более 10 км кабеля, только 10% сигнала поступило бы на следующий конец.

Затухание кабеля также зависит от длины волны. На рисунке 1 показана кривая затухания для двух основных типов волокна: многомодового и одномодового. Пик поглощения при 1000 нм обусловлен особенностями одномодового волокна, а пик при 1400 нм вызывается следами воды, оставшейся в волокне в виде примесей. Из-за этого пика поглощения воды в одномодовых кабелях используются две стандартные длины волн: 1310 нм и 1550 нм. Длина волны 1310 нм является стандартной и используется уже давно, но сейчас появилась тенденция к использованию длины волны 1550 нм, вызванная необходимостью увеличения расстояния между повторителями.

Читайте так же:
Выключатель света салона рено

Потери мощности светового излучения в оптическом волокне измеряются в децибелах (дБ). В технических характеристиках волоконно-оптического кабеля потеря выражается в качестве затухания на 1 км длины в дБ/км. Чтобы определить общую потерю в оптическом волокне в дБ, необходимо указанное значение умножить на общую длину волокна в километрах.

Классификация факторов, которые приводят к потерям при прохождении света в оптическом волокне

          • Потери за счёт изгибов
          • Потери на стыке и в соединителе
          • Потери самого волокна
          • Потери, возникающие при изготовлении волокна
          • Френелевское отражение

          Неровная сердцевина оптоволокна

          Смещения на несколько миллиметров, либо меньше, вызванные дефектами буферного покрытия или наружной оболочки

          Такие микроизгибы могут привести к значительным потерям мощности света при больших длинах кабеля.

          Потери на стыке и соединителе. Потери на стыке появляются во всех местах соединения. Места механического соединения обычно имеют наибольшие потери, обычно от 0,2 до 1,0 дБ, в зависимости от его типа. Места сварных соединений имеют более низкие потери, обычно менее 0,1 дБ. Потери в 0,05 дБ или меньше обычно достигаются только с использованием качественного оборудования и при выполнении работ высококвалифицированными специалистами. Высокие потери могут возникать по следующим причинам:

          Несовпадение сердцевин волокна

          Появление воздушных промежутков

          Несоответствие показателя преломления

          Несоответствие диаметра сердцевины.

          Потери на оптических соединителях обычно составляют от 0,25 до 1,5 дБ и более и в значительной степени зависят от типа используемого соединителя. Ниже перечислены причины, также влияющие на величину потерь в соединителях:

          Наличие загрязнителей в соединителе (очень распространена)

          Несовпадение сердечников волокна

          Несоответствие показателя преломления

          Потери самого волокна. Световые потери в волокне, которые не могут быть устранены при его изготовлении, обусловлены наличием примесей в стекле и поглощением света на молекулярном уровне. Светопотери из-за изменений оптической плотности, состава и молекулярной структуры называются рэлеевским рассеянием. Лучи света при встрече с вышеперечисленными изменениями и примесями рассеиваются по многим направлениям и теряются.

          Поглощение света на молекулярном уровне в волокне обусловлено главным образом наличием загрязнителей в стекле, таких, как молекулы воды (OH-). Проникновение молекул в оптическое волокно  это один из основных факторов, способствующих усилению затухания волокна при его старении. Молекулярно-резонансное поглощение кварцевого стекла (SiO2) также способствует некоторой потере света.

          453543.jpg

          Рисунок 1. Рабочие длины волн оптического волокна.

          На рисунке 1 показано общее затухание кварцевого стекловолокна и три «рабочих окна» на длинах волн 850, 1310 и 1550 нм. Для передачи на большие расстояния используются окна 1310 нм или 1550 нм. Окно 1550 нм обладает немного меньшим затуханием, чем с длиной волны 1310 нм. Передача на длине волны 850 нм чаще всего применяется для небольших расстояний и при использовании недорогого оборудования для передачи.

          Потери, возникающие при изготовлении волокна. Отклонения в производственном процессе также могут стать причиной возникновения потерь световых лучей. Например, изменение диаметра сердцевины на 0,1% может привести к потерям до 10 дБ на километр. Поэтому для минимизации потерь должны поддерживаться жёсткие допуски на протяжении всего процесса изготовления оптоволокна.

          Френелевское отражение. Френелевское отражение возникает на любой границе среды, где изменяется показатель преломления, в результате чего часть падающего светового луча отражается обратно в первую среду. Ярким примером данного явления является торец волокна. Свет, движущийся по воздуху к сердцевине волокна, преломляется внутрь его. Однако часть света, как правило, около 4 %, переотражается обратно в воздух. Количество отраженного света может быть рассчитано по следующей формуле:

          Отраженная мощность света на границе

          Отражённый свет (%) = 100 × (n1-n2)2 / (n1+n2)2

          где n1 — показатель преломления сердцевины волокна

          n2 — показатель преломления воздуха

          На оптоволоконном соединителе отраженный назад свет легко можно увидеть с помощью оптического рефлектометра (OTDR). Он выглядит как большой пик на диаграмме. При работе лазера такой отраженный свет может вызвать проблемы и должен быть сведен к минимуму.

          Мощность отраженного света может быть уменьшена за счет использования лучших соединителей. Соединители с обозначениями «ПК» (физический контакт) или «APC» («Угловой физический контакт») разработаны специально для минимизации такого отражения.

          Как уменьшить потери в оптическом волокне?

          Необходимость уменьшения потерь в оптическом волокне является основной проблемой для обеспечения нахождения выходной мощности в пределах чувствительности приемника и обеспечения достаточного запаса снижения уровня по мере истечения времени. Ниже перечислены некоторые общие подходы при проектировании и установке волоконно-оптических линий связи.

          Используйте только высококачественные кабеля с высокими эксплуатационными характеристиками.

          Используйте только высококачественные соединители. Удостоверьтесь в том, что внесённые потери ниже 0,3 дБ, а дополнительные потери ниже 0,2 дБ.

          Необходимо минимизировать количество соединений, насколько это возможно.

          Во время сращивания строго соблюдайте требования к процессу обработки и окружающей среде.

          Соединительные стыки должны быть хорошо изолированы и наглухо соединены для предотвращения утечек света.

          Обязательно проверяйте чистоту соединителей.

          При проектировании выбирайте только оптимальные маршруты и технологии для прокладки волоконно-оптических кабелей.

          Работы должны выполняться только квалифицированным персоналом.

          Обеспечьте наличие молниезащиты, электрозащиты, антикоррозионной защиты и защиты от механических повреждений.

          Особенности [ править | править код ]

          Реализация схемотехники потребителя предусматривает два возможных варианта:

          • с гальванической развязкой (импульсный трансформатор);
          • с непосредственной связью (понижающий конвертер).

          Использование второго типа допускается только в случае, если потребитель не имеет гальванически связанных интерфейсных разъёмов, таких, как антенный соединитель, и не имеет гальванической связи с корпусом или внешними металлическими частями устройства (или используется непроводящий корпус).

          При использовании молниезащиты в системах с PoE следует учитывать совместимость защитных устройств с той или иной реализацией стандарта питания по Ethernet (в частности, дополнительная гальваническая развязка в грозозащитном устройстве естественным образом приводит к неработоспособности PoE, как и слишком низковольтные нелинейные элементы защиты).

          голоса
          Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector