为什么双绞线和同轴电缆能传播信号?

为什么双绞线和同轴电缆能传播信号?
想知道原理

1、 同轴电缆
同轴电缆具有价格较便宜、铺设较方便的优点(相对于光纤而言),所以,一般在小范围的监控系统中,由于传输距离很近,使用同轴电缆直接传送监控图象对图象质量的损伤不大,能满足实际要求.
但是,根据对同轴电缆自身特性的分析,当信号在同轴电缆内传输时其受到的衰减与传输距离和信号本身的频率有关.一般来讲,信号频率越高,衰减越大.视频信号的带宽很大,达到6MHz,并且,图象的色彩部分被调制在频率高端,这样,视频信号在同轴电缆内传输时不仅信号整体幅度受到衰减,而且各频率分量衰减量相差很大,特别是色彩部分衰减最大.所以,同轴电缆只适合于近距离传输图象信号,当传输距离达到200 米左右时,图象质量将会明显下降,特别是色彩变得暗淡,有失真感.
在工程实际中,为了延长传输距离,要使用同轴放大器.同轴放大器对视频信号具有一定的放大,并且还能通过均衡调整对不同频率成分分别进行不同大小的补偿,以使接收端输出的视频信号失真尽量小.但是,同轴放大器并不能无限制级联,一般在一个点到点系统中同轴放大器最多只能级联2 到3 个,否则无法保证视频传输质量,并且调整起来也很困难.因此,在监控系统中使用同轴电缆时,为了保证有较好的图象质量,一般将传输距离范围限制在四、五百米左右.
另外,同轴电缆在监控系统中传输图象信号还存在着一些缺点：
1）同轴电缆本身受气候变化影响大,图象质量受到一定影响；
2）同轴电缆较粗,在密集监控应用时布线不太方便；
3）同轴电缆一般只能传视频信号,如果系统中需要同时传输控制数据、音频等信号时,则需要另外布线；
4）同轴电缆抗干扰能力有限,无法应用于强干扰环境；
5）同轴放大器还存在着调整困难的缺点.
2、双绞线
双绞线的使用由来已久,电话传输使用的就是双绞线,在很多工业控制系统中和干扰较大的场所以及远距离传输中都使用了双绞线,我们今天广泛使用的局域网也是使用双绞线对.双绞线之所以使用如此广泛,是因为它具有抗干扰能力强、传输距离远、布线容易、价格低廉等许多优点.由于双绞线对信号也存在着较大的衰减,所以传输距离远时,信号的频率不能太高,而高速信号比如以太网则只能限制在100m 以内.对于视频信号而言,带宽达到6MHz,如果直接在双绞线内传输,也会衰减很大,所以视频信号在双绞线上要实现远距离传输,必须进行放大和补偿,双绞线视频传输设备就是完成这种功能.加上一对双绞线视频收发设备后,可以将图象传输到1 至2km.双绞线和双绞线视频传输设备价格都很便宜,不但没有增加系统造价,反而在距离增加时其造价与同轴电缆相比下降了许多.所以,监控系统中用双绞线进行传输具有明显的优势：
1）传输距离远、传输质量高.由于在双绞线收发器中采用了先进的处理技术,极好地补偿了双绞线对视频信号幅度的衰减以及不同频率间的衰减差,保持了原始图象的亮度和色彩以及实时性,在传输距离达到1km 或更远时,图象信号基本无失真.如果采用中继方式,传输距离会更远.
2）布线方便、线缆利用率高.一对普通电话线就可以用来传送视频信号.另外,楼宇大厦内广泛铺设的5 类非屏蔽双绞线中任取一对就可以传送一路视频信号,无须另外布线,即使是重新布线,5 类缆也比同轴缆容易.此外,一根5 类缆内有4 对双绞线,如果使用一对线传送视频信号,另外的几对线还可以用来传输音频信号、控制信号、供电电源或其它信号,提高了线缆利用率,同时避免了各种信号单独布线带来的麻烦,减少了工程造价.
3）抗干扰能力强.双绞线能有效抑制共模干扰,即使在强干扰环境下,双绞线也能传送极好的图象信号.而且,使用一根缆内的几对双绞线分别传送不同的信号,相互之间不会发生干扰.
4）可靠性高、使用方便.利用双绞线传输视频信号,在前端要接入专用发射机,在控制中心要接入专用接收机.这种双绞线传输设备价格便宜,使用起来也很简单,无需专业知识,也无太多的操作,一次安装,长期稳定工作.
5）价格便宜,取材方便.由于使用的是目前广泛使用的普通5 类非屏蔽电缆或普通电话线,购买容易,而且价格也很便宜,给工程应用带来极大的方便.
二、 技术性能分析
1、同轴电缆
在监控系统中,使用75Ω、-5 的同轴电缆较为常见.一般,这种同轴电缆的分布电容在50-60pF/m 左右,再加上电缆的直流电阻,会使被传输信号受到衰减.测试表明,频率为5MHz的信号在75Ω、-5 的同轴电缆内传输100m 时,将被衰减5dB 左右,信号频率越高,受到的衰减越大.图象信号是一种高频宽带信号,图象彩色部分位于频率高端,当用同轴电缆传输彩色图象信号时,其亮度和色彩都会受到衰减,特别是随着传输距离增加图象的色彩会变淡甚至失真.在实验室进行测试发现,彩色图象信号在75Ω、-5 的同轴电缆内传输200m 左右时,其幅度和色彩已经有明显的衰减.如果要传输更远距离,只有加入同轴视频放大器.下图为75Ω、-5的同轴电缆传输200m 距离时的实验室测试波形（第17 行）：
2、 双绞线
在用双绞线作为传输介质时,一般使用普遍使用的5 类UTP 电缆.其特性阻抗在100Ω 左
右,分布电容约15pF/m,与同轴电缆不同,信号在双绞线内以平衡方式传输,但也会受到衰减,
在传输距离为150m 左右时视频信号的衰减曲线如下图所示：
在监控系统中使用双绞线传输图象信号时要使用双绞线视频传输设备,它的作用主要是完成平衡-非平衡转换、阻抗匹配、以及放大补偿等作用,有了双绞线视频传输设备和双绞线配合使用,就可以保证在1.5Km 的距离范围内都能高质量地传输视频信号.在实验室使用专用仪器对双绞线传输图象信号的性能指标进行了测试,结果如下：

（1） 传输距离为300m 时,指标：DG≤1% ；DP≤1°；SNR≥65dB
第17 行测试波形如下图：

（2） 传输距离为1200m 时,指标：DG≤2% ；DP≤2°,SNR≥60dB
第17 行测试波形如下图：
1.双绞线电缆
双绞线电缆（下称双绞线）是将一对或一对以上的双绞线封装在一个绝缘外套中而形成的一种传输介质,是目前局域网最常用到的一种布线材料.为了降低信号的干扰程度,电缆中的每一对双绞线一般是由两根绝缘铜导线相互扭绕而成,双绞线也因此而得名.双绞线一般用于星型网的布线连接,两端安装有RJ-45头(水晶头),连接网卡与集线器,最大网线长度为100米,如果要加大网络的范围,在两段双绞线之间可安装中继器,最多可安装4个中继器,如安装4个中继器连5个网段,最大传输范围可达500米.
双绞线分为非屏蔽双绞线(UTP)和屏蔽双绞线(STP)两大类,局域网中非屏蔽双绞线分为3类、4类、5类和超5类四种,屏蔽双绞线分为3类和5类两种.
目前,局域网中常用到的双绞线一般都是非屏蔽的5类4对（即8根导线）的电缆线.这些双绞线的传输速率都能达到100Mbps.
市面上出售的3类双绞线外层保护胶皮薄,胶皮上标注“CAT 3”字样,外包装纸箱上标注有“3类”字样,售价较低;5类双绞线外层保护胶皮厚,胶皮上标注“CAT 5”字样,外包装纸箱上标注有“5类”字样,售价较高.购买时切勿图便宜而购买劣质5类双绞线,这些产品往往只能作为3类双绞线使用.
超5类双绞线属非屏蔽双绞线,与普通5类双绞线比较,超5类双绞线在传送信号时衰减更小,抗干扰能力更强,在100M网络中,用户设备的受干扰程度只有普通5类线的1/4,是为将来网络应用提供的解决方案,目前应用较少.
2.同轴电缆
同轴电缆是由一根空心的外圆柱导体和一根位于中心轴线的内导线组成.内导线和圆柱导体及外界之间用绝缘材料隔开.根据传输频带的不同,同轴电缆可分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆两种类型.按直径的不同,同轴电缆可分为粗缆和细缆两种.
细缆近年来发展较快,所以计算机局域网中一般如无特殊要求都使用细缆组网.细缆一般用于总线型网布线连接.利用T型BNC接口连接器连接BNC接口网卡,两端头需安装终端电阻器.细缆网络每段干线长度最大为185米,每段干线最多接入30个用户.如要拓宽网络范围,需使用中继器,如采用4个中继器连接5个网段,使网络最大距离达到925米.
细缆安装较容易,而且造价较低,但因受网络布线结构的限制,其日常维护不甚方便,一旦一个用户出故障,便会影响其他用户的正常工作.
粗缆适用于较大局域网的网络干线,布线距离较长,可*性较好.用户通常采用外部收发器与网络干线连接.粗缆局域网中每段长度可达500米,采用4个中继器连接5个网段后最大可达2500米.用粗缆组网如直接与网卡相连,网卡必须带有AUI接口（15针D型接口）.用粗缆组建局域网虽然各项性能较高,具有较大的传输距离,但是网络安装、维护等方面比较困难,造价较高.