爲什麼雙絞線和同軸電纜能傳播信號?

題目：

爲什麼雙絞線和同軸電纜能傳播信號?
想知道原理

解答：

1、 同軸電纜
同軸電纜具有價格較便宜、鋪設較方便的優點(相對於光纖而言),所以,一般在小範圍的監控系統中,由於傳輸距離很近,使用同軸電纜直接傳送監控圖象對圖象質量的損傷不大,能滿足實際要求.
但是,根據對同軸電纜自身特性的分析,當信號在同軸電纜內傳輸時其受到的衰減與傳輸距離和信號本身的頻率有關.一般來講,信號頻率越高,衰減越大.視頻信號的帶寬很大,達到6MHz,並且,圖象的色彩部分被調製在頻率高端,這樣,視頻信號在同軸電纜內傳輸時不僅信號整體幅度受到衰減,而且各頻率分量衰減量相差很大,特別是色彩部分衰減最大.所以,同軸電纜只適合於近距離傳輸圖象信號,當傳輸距離達到200 米左右時,圖象質量將會明顯下降,特別是色彩變得暗淡,有失真感.
在工程實際中,爲了延長傳輸距離,要使用同軸放大器.同軸放大器對視頻信號具有一定的放大,並且還能通過均衡調整對不同頻率成分分別進行不同大小的補償,以使接收端輸出的視頻信號失真儘量小.但是,同軸放大器並不能無限制級聯,一般在一個點到點系統中同軸放大器最多只能級聯2 到3 個,否則無法保證視頻傳輸質量,並且調整起來也很困難.因此,在監控系統中使用同軸電纜時,爲了保證有較好的圖象質量,一般將傳輸距離範圍限制在四、五百米左右.
另外,同軸電纜在監控系統中傳輸圖象信號還存在著一些缺點：
1）同軸電纜本身受氣候變化影響大,圖象質量受到一定影響；
2）同軸電纜較粗,在密集監控應用時布線不太方便；
3）同軸電纜一般只能傳視頻信號,如果系統中需要同時傳輸控制數據、音頻等信號時,則需要另外布線；
4）同軸電纜抗干擾能力有限,無法應用於強幹擾環境；
5）同軸放大器還存在著調整困難的缺點.
2、雙絞線
雙絞線的使用由來已久,電話傳輸使用的就是雙絞線,在很多工業控制系統中和干擾較大的場所以及遠距離傳輸中都使用了雙絞線,我們今天廣泛使用的區域網也是使用雙絞線對.雙絞線之所以使用如此廣泛,是因爲它具有抗干擾能力強、傳輸距離遠、布線容易、價格低廉等許多優點.由於雙絞線對信號也存在著較大的衰減,所以傳輸距離遠時,信號的頻率不能太高,而高速信號比如乙太網則只能限制在100m 以內.對於視頻信號而言,帶寬達到6MHz,如果直接在雙絞線內傳輸,也會衰減很大,所以視頻信號在雙絞線上要實現遠距離傳輸,必須進行放大和補償,雙絞線視頻傳輸設備就是完成這種功能.加上一對雙絞線視頻收發設備後,可以將圖象傳輸到1 至2km.雙絞線和雙絞線視頻傳輸設備價格都很便宜,不但沒有增加系統造價,反而在距離增加時其造價與同軸電纜相比下降了許多.所以,監控系統中用雙絞線進行傳輸具有明顯的優勢：
1）傳輸距離遠、傳輸質量高.由於在雙絞線收發器中採用了先進的處理技術,極好地補償了雙絞線對視頻信號幅度的衰減以及不同頻率間的衰減差,保持了原始圖象的亮度和色彩以及實時性,在傳輸距離達到1km 或更遠時,圖象信號基本無失真.如果採用中繼方式,傳輸距離會更遠.
2）布線方便、線纜利用率高.一對普通電話線就可以用來傳送視頻信號.另外,樓宇大廈內廣泛鋪設的5 類非屏蔽雙絞線中任取一對就可以傳送一路視頻信號,無須另外布線,即使是重新布線,5 類纜也比同軸纜容易.此外,一根5 類纜內有4 對雙絞線,如果使用一對線傳送視頻信號,另外的幾對線還可以用來傳輸音頻信號、控制信號、供電電源或其它信號,提高了線纜利用率,同時避免了各種信號單獨布線帶來的麻煩,減少了工程造價.
3）抗干擾能力強.雙絞線能有效抑制共模干擾,即使在強幹擾環境下,雙絞線也能傳送極好的圖象信號.而且,使用一根纜內的幾對雙絞線分別傳送不同的信號,相互之間不會發生干擾.
4）可靠性高、使用方便.利用雙絞線傳輸視頻信號,在前端要接入專用發射機,在控制中心要接入專用接收機.這種雙絞線傳輸設備價格便宜,使用起來也很簡單,無需專業知識,也無太多的操作,一次安裝,長期穩定工作.
5）價格便宜,取材方便.由於使用的是目前廣泛使用的普通5 類非屏蔽電纜或普通電話線,購買容易,而且價格也很便宜,給工程應用帶來極大的方便.
二、 技術性能分析
1、同軸電纜
在監控系統中,使用75Ω、-5 的同軸電纜較爲常見.一般,這種同軸電纜的分布電容在50-60pF/m 左右,再加上電纜的直流電阻,會使被傳輸信號受到衰減.測試表明,頻率爲5MHz的信號在75Ω、-5 的同軸電纜內傳輸100m 時,將被衰減5dB 左右,信號頻率越高,受到的衰減越大.圖象信號是一種高頻寬帶信號,圖象彩色部分位於頻率高端,當用同軸電纜傳輸彩色圖象信號時,其亮度和色彩都會受到衰減,特別是隨著傳輸距離增加圖象的色彩會變淡甚至失真.在實驗室進行測試發現,彩色圖象信號在75Ω、-5 的同軸電纜內傳輸200m 左右時,其幅度和色彩已經有明顯的衰減.如果要傳輸更遠距離,只有加入同軸視頻放大器.下圖爲75Ω、-5的同軸電纜傳輸200m 距離時的實驗室測試波形（第17 行）：
2、 雙絞線
在用雙絞線作爲傳輸介質時,一般使用普遍使用的5 類UTP 電纜.其特性阻抗在100Ω 左
右,分布電容約15pF/m,與同軸電纜不同,信號在雙絞線內以平衡方式傳輸,但也會受到衰減,
在傳輸距離爲150m 左右時視頻信號的衰減曲線如下圖所示：
在監控系統中使用雙絞線傳輸圖象信號時要使用雙絞線視頻傳輸設備,它的作用主要是完成平衡-非平衡轉換、阻抗匹配、以及放大補償等作用,有了雙絞線視頻傳輸設備和雙絞線配合使用,就可以保證在1.5Km 的距離範圍內都能高質量地傳輸視頻信號.在實驗室使用專用儀器對雙絞線傳輸圖象信號的性能指標進行了測試,結果如下：

（1） 傳輸距離爲300m 時,指標：DG≤1% ；DP≤1°；SNR≥65dB
第17 行測試波形如下圖：

（2） 傳輸距離爲1200m 時,指標：DG≤2% ；DP≤2°,SNR≥60dB
第17 行測試波形如下圖：
1.雙絞線電纜
雙絞線電纜（下稱雙絞線）是將一對或一對以上的雙絞線封裝在一個絕緣外套中而形成的一種傳輸介質,是目前區域網最常用到的一種布線材料.爲了降低信號的干擾程度,電纜中的每一對雙絞線一般是由兩根絕緣銅導線相互扭繞而成,雙絞線也因此而得名.雙絞線一般用於星型網的布線連接,兩端安裝有RJ-45頭(水晶頭),連接網卡與集線器,最大網線長度爲100米,如果要加大網絡的範圍,在兩段雙絞線之間可安裝中繼器,最多可安裝4個中繼器,如安裝4個中繼器連5個網段,最大傳輸範圍可達500米.
雙絞線分爲非屏蔽雙絞線(UTP)和屏蔽雙絞線(STP)兩大類,區域網中非屏蔽雙絞線分爲3類、4類、5類和超5類四種,屏蔽雙絞線分爲3類和5類兩種.
目前,區域網中常用到的雙絞線一般都是非屏蔽的5類4對（即8根導線）的電纜線.這些雙絞線的傳輸速率都能達到100Mbps.
市面上出售的3類雙絞線外層保護膠皮薄,膠皮上標註「CAT 3」字樣,外包裝紙箱上標註有「3類」字樣,售價較低;5類雙絞線外層保護膠皮厚,膠皮上標註「CAT 5」字樣,外包裝紙箱上標註有「5類」字樣,售價較高.購買時切勿圖便宜而購買劣質5類雙絞線,這些產品往往只能作爲3類雙絞線使用.
超5類雙絞線屬非屏蔽雙絞線,與普通5類雙絞線比較,超5類雙絞線在傳送信號時衰減更小,抗干擾能力更強,在100M網絡中,用戶設備的受干擾程度只有普通5類線的1/4,是爲將來網絡應用提供的解決方案,目前應用較少.
2.同軸電纜
同軸電纜是由一根空心的外圓柱導體和一根位於中心軸線的內導線組成.內導線和圓柱導體及外界之間用絕緣材料隔開.根據傳輸頻帶的不同,同軸電纜可分爲基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜兩種類型.按直徑的不同,同軸電纜可分爲粗纜和細纜兩種.
細纜近年來發展較快,所以計算機區域網中一般如無特殊要求都使用細纜組網.細纜一般用於總線型網布線連接.利用T型BNC接口連接器連接BNC接口網卡,兩端頭需安裝終端電阻器.細纜網絡每段幹線長度最大爲185米,每段幹線最多接入30個用戶.如要拓寬網絡範圍,需使用中繼器,如採用4個中繼器連接5個網段,使網絡最大距離達到925米.
細纜安裝較容易,而且造價較低,但因受網絡布線結構的限制,其日常維護不甚方便,一旦一個用戶出故障,便會影響其他用戶的正常工作.
粗纜適用於較大區域網的網絡幹線,布線距離較長,可*性較好.用戶通常採用外部收發器與網絡幹線連接.粗纜區域網中每段長度可達500米,採用4個中繼器連接5個網段後最大可達2500米.用粗纜組網如直接與網卡相連,網卡必須帶有AUI接口（15針D型接口）.用粗纜組建區域網雖然各項性能較高,具有較大的傳輸距離,但是網絡安裝、維護等方面比較困難,造價較高.