Питание по сигнальному кабелю

YL3BU.lv

Опубликовано вт, 2013-05-07 23:30 пользователем YL3BU

В преддверии сезона мини-экспедиций я решил озаботиться организацией питания автоматического антенного тюнера SG-239 по коаксиальному кабелю. В прошлом году мы успешно использовали тюнер размещённый у антенны, но питание подавалось по отдельному кабелю, который необходимо было иметь с собой и прокладывать между антенной и рабочим местом наряду с коаксиальным.

В тоже время, на практике, многие устройства размещённые непосредственно у антенны (антенные усилители, коммутаторы, тюнеры и др.) запитываются постоянным напряжением по тому же коаксиальному кабелю, который используется в качестве фидера. Ключевым словом для поиска информации на англоязычных сайтах может быть «Bias Tee». Для реализации данного принципа подачи питания коаксиальный кабель к конечным устройствам подключается через инжекторы постоянного тока (DC Power Injectors).

Упрощённо принцип работы показан на рисунке ниже (TNX to Jim Pickett — K5LAD). Принцип очень прост. ВЧ сигнал вводится и выводится из коаксиального кабеля через конденсаторы. Таким образом центральная жила кабеля по постоянному току изолирована от конечных устройств (трансивер, тюнер, усилитель, коммутатор) и её можно использовать для его передачи. Постоянный ток на центральную жилу коаксиального кабеля подаётся через ВЧ-дроссели, которые, в свою очередь, «изолируют» цепи питания (или коммутации) от ВЧ-составляющей сигнала.

Фирма MFJ, например, выпускает готовые устройства MFJ-4116 (BIAS TEE DC POWER INJECTOR, HF, 1-50 VDC, 1A), MFJ-4117 (BIAS TEE DC POWER INJECTOR,HF,W/ON-OFF 1-50VDC,1A). Основными параметрами инжекторов являются: диапазон ВЧ, на котором устройство вносит приемлемый уровень рассогласования и затухания; максимальные величины постоянного напряжения и тока. Для подачи питания через коаксиал необходимо приобрести два инжектора.

За 4 часа мною был изготовлен один, второй я предполагаю сразу встроить в коробку с тюнером. Самым критическим элементом данной конструкции является ВЧ дроссель. Он должен эффективно отсекать ВЧ составляющую, иметь большое сопротивление в рабочем диапазоне частот. Должен иметь малую межвитковую ёмкость и не обладать резонансными свойствами в рабочем диапазоне частот. Должен обеспечить необходимый рабочий ток.

Виталий YL3FK посоветовал своё решение и даже обеспечил кольцами для изготовления дросселей, но я пошёл в интернет искать кто и что ещё использует. В результате дроссели были изготовлены на кусочках ферритового стержня 400НН от магнитной антенны старого радиовещательного приёмника. Даже не знаю сколько витков содержат обмотки выполненные проводом ПЭЛ 0.45 мм. Имея простейший измеритель LC, изготовил два ВЧ дросселя со значениями 45 мкГн и 61 мкГн. Был выходной день, а готовую коробку заранее не приобрёл, поэтому пришлось изготовить самодельную из стеклотекстолита. На это и ушло 75% потраченного времени.

Аналогичная схема была встроена в корпус тюнера.

Для тестирования тюнер SG-239 был нагружен на обычную лампу 220 В мощностью 75 Вт (сожалею, что не оставил 100 ваттовых ламп — в продаже сейчас нет, а 75 Вт лампа слишком уж ярко горит). На трансивере была выставлена максимальная мощность 100 Вт, как это рекомендуется в инструкции по эксплуатации автоматического антенного тюнера SG-239 (точнее сказано так — установить мощность которую Вы собираетесь использовать в дальнейшей работе, например на яхте, для экономии бортового питания, я использовал 50-60 Вт). Между тюнером и инжектором стоящим на стороне трансивера работал коаксиальный кабель RG-58 длинной 5 метров.

Никаких больших неожиданностей не произошло. Тюнер через коаксиальный кабель получал питание 13 В от общего с трансивером блока питания Samlex SEC 1223 и согласовывал лампу накаливания с выходом передатчика до зайчиков в глазах. КСВ контролировался по встроенному в TS-480 КСВ-метру. Полученные значения КСВ составили от 1:1.1 на диапазоне 80 метров, до 1:1.8 на частоте 29 МГц. Конечно, имея автоматический антенный тюнер у антенны, хотелось бы видеть если не идеал 1:1, то хотябы что-то до 1.3. Причём интересно было наблюдать сам процесс согласования — тюнер, в процессе согласования, доходил до идеального КСВ 1:1 и «пролетал» мимо дальше, останавливаясь например на КСВ 1:1.5. Особенно это чувствовалось на ВЧ диапазонах. Очевидно в логике тюнера зашита цель согласовать случайную антенну именно с 50 Омным выходом трансивера. Но применение двух инжекторов на концах коаксиального кабеля внесло определённое рассогласование в линию передачи.

В статье Фила AD5X [3] также обозначена данная проблема — инжекторы вносят дополнительную индуктивную составляющую в линию передачи, которая особенно «портит картину» на ВЧ диапазонах. Фил, используя анализатор, оценил величину этой составляющей и успешно компенсировал её установкой конденсаторов 6.2 Пф паралельно входу и выходу инжекторов. В результате он получил довольно красивую картину на экране своего анализатора.

Я обладаю уже стареньким, первой модели, антенным анализаторой АА-330, возможности которого несколько скромнее чем у анализатора AIM UHF от Array Solution. Ниже представлены скриншоты измерений АА-330 используя программу Link 908 от amqrp.org, о которой я писал уже здесь.

Контрольное измерение с нагрукой состоящей из сопротивления 53 Ома подключенное через конденсатор 0.01 мкФ:

Далее была собрана вся рабочая схема состоящая из инжектора показанного выше, инжектора встроенного в тюнер, между ними 5 метров RG-58 кабеля. Но антенный тюнер отключен и вместо него подключено в качестве нагрузки протестированное сопротивление 53 Ома.

Результат измерения показан ниже, практически он идеален в диапазоне до 30 МГц.

Получается, что эти инжекторы не должны оказывать сильного влиания на работу антенного тюнера в рабочем диапазоне до 30 МГц. Фил AD5X свой экземпляр инжектора тестировал в диапазоне до 240 МГц, т.к. в америке разрешён диапазон 220 МГц.

Да, лампочка в качестве нагрузки рекомендована в официальной инструкции. И действительно с ней можно проверить функциональность и исправность антенного тюнера SG-239. Но вольфрамовая нить лампочки имеет не постоянное сопротивление при нагревании. Поэтому в первом эксперименте значения КСВ «дышали» от 1.3 до 1.7 при работе с настроенным тюнером. Подключив стабильную нагрузку 100 Ом — один из «зелёных кирпичей», сопротивлением 100 Ом (60 Вт),

я получил стабильное согласование тюнером и КСВ-метр трансивера показывал стабильно 1:1.25.

Источник

Питание по сигнальному кабелю

Александр Кисельков,
НПО «Защита Информации»
ноябрь 2009 г.

При проектировании системы видеонаблюдения достаточно часто возникает следующая задача: на удаленных объектах в местах установки видеокамеры электропитание отсутствует. Причем от видеокамеры до ближайшей точки электропитания могут быть многие сотни метров. Решения этой задачи могут быть различными, но, пожалуй, самым предпочтительным будет вариант передачи электропитания к видеокамере по тем же проводам, что и видеосигнал от камеры.

Почему? Ответ, думается, вполне очевиден:

• Отдельные провода для передачи электропитания не нужны. Удаленная видеокамера соединяется с приемным оборудованием только одной двухпроводной линией связи (коаксиальным кабелем или витой парой). По этой линии связи передается как видеосигнал, так и электропитание камеры.
• Использование только одной двухпроводной линией связи, как для передачи электропитания камеры, так и для передачи видеосигнала при изолированной видеокамере устраняет протекание промышленных токов по цепям передачи изображения и тем самым повышает помехозащищенность системы видеонаблюдения. Таким способом в системе видеонаблюдения устраняются причины появления «блуждающих токов», см. статью «Причины искажения видеоизображения».

В некоторых ситуациях такой способ передачи электропитания к видеокамере становится вообще единственным разумным решением. Конечно же, к процессу передачи электропитания к удаленным видеокамерам стоит отнестись внимательно и первым делом посмотреть, а что предлагают в этой области ведущие производители. НПО «Защита информации» занимается разработкой и производством аппаратуры обеспечивающей электропитанием по одной паре проводов линейку удаленных видеокамер производства компании «БайтЭрг».

Итак, для того, что бы передать питание камеры по тем же проводам что и видеосигнал нам потребуются:

• Специализированная видеокамера, включающая в свой состав устройство, обеспечивающее прием электропитания и передачу видеосигнала, то есть видеокамера со встроенным передатчиком. Конечно, можно вместо специализированной видеокамеры использовать стандартную камеру вместе с внешним передатчиком.
• Собственно двухпроводная линия связи (коаксиальный кабель или витая пара). Причем максимальная дистанция будет определяться как затуханием видеосигнала в линии связи, так и током потребления видеокамеры.
• Специализированный приемник изображения, обеспечивающий как прием видеосигнала, так и передачу электропитания в линию связи.

Отметим некоторые особенности присущие аппаратуре выпускаемой НПО «Защита информации»:

• Аппаратура автоматически регулирует электропитание видеокамеры в зависимости от сопротивления линии.
• Аппаратура допускает многократное короткое замыкание без образования искры двух проводов линии связи между собой.
• Схема грозозащиты приемников обеспечивает стекание опасного высокого напряжения с проводов и экранов линий связи на землю, обеспечивая тем самым защиту видеокамеры и приёмного оборудования.
• Приемники имеют регулировку контрастности и четкости принимаемого изображения.

ВИДЕОКАМЕРЫ

Компания «БайтЭрг» выпускает две линейки МВК-08ххК и МВК-18ххК специализированных уличных черно-белых видеокамер с высоким и стандартным разрешением, разной чувствительностью и с разным углом обзора. Ток потребления специализированных черно-белых видеокамер МВК находится в пределах от 110мА до 130мА, в зависимости от конкретной марки. Электроника видеокамер изолирована от корпуса. Встроенный передатчик видеокамеры имеет элементы защиты от опасных напряжений и совместно со схемой грозозащиты приемника существенно повышает надежность камер в процессе эксплуатации. Подробные характеристики видеокамер МВК.

Возможно использование стандартной видеокамеры вместо специализированной МВК. В этом случае стандартная видеокамера подключается с помощью комбинированного кабеля (например — КВК) к внешнему передатчику Si-122T. Максимальное расстояние между видеокамерой и передатчиком Si-122T не должно превышать 100м. Максимальный ток потребления стандартной видеокамеры в любом режиме включая пусковой должен быть менее 180мА. Передатчик Si-122T может соединяться с приемным оборудованием как коаксиальным кабелем, так и витой парой. Корпус стандартной видеокамеры должен быть изолирован от всех электрических цепей. Некоторые примеры включения стандартных видеокамер и полученные результаты.

ПЕРЕДАЧА ПО КОАКСИАЛЬНОМУ КАБЕЛЮ

Вы хотите спроектировать систему видеонаблюдения с питанием видеокамеры и передачей изображения по одному коаксиальному кабелю? Отлично — в ассортименте производимой продукции для такого случая имеются самые разнообразные модели аппаратуры. Но сначала несколько слов о самой линии связи.

Способ передачи видеосигнала и электропитания по одному коаксиальному кабелю имеет следующие положительные стороны:

• Относительная широкополосность линии связи. Поэтому передача изображения возможна на дистанции более 1000м.
• Относительно низкое омическое сопротивление коаксиального кабеля. Передача электропитания для видеокамеры так же возможна на дистанции более 1000м.
• При питании видеокамеры по сигнальному кабелю устраняется главная беда систем видеонаблюдения с удаленными камерами: «блуждающие токи» от промышленных источников.

Но имеются и ограничения:

• Коаксиальный кабель представляет не симметричную линию связи подверженную воздействию внешних электромагнитных полей. На низких частотах экранирующие свойства оплетки коаксиального кабеля практически отсутствуют. Поэтому максимальная дистанция линии связи в большей степени зависит от внешней электромагнитной обстановки и расположения источников помех, чем от величины затухания видеосигнала в кабеле. Может потребоваться экранирование линии связи.
• При передаче видеосигнала и электропитания на большие дистанции кабель должен быть медным. Применение стальных или омедненных марок коаксиального кабеля, например RG-6, RG-59 приведет к резкому сокращению максимальной дистанции линии связи до нескольких десятков метров.

Ориентировочные электрические параметры некоторых типов коаксиальных кабелей приведены в таблице 1.

Таблица 1

Основные параметры

РК 75-3-32

РК 75-4-15

Суммарное омическое сопротивление постоянному току центральной жилы и оплётки, не более [Ом/км] 80 50 Затухание на частоте 6 МГц, не более [дБ/км] 29 17

Далее рассмотрим приемное оборудование.

Одноканальный приемник Si-121RM имеет следующие особенности:

• Эффективную многоступенчатую схему защиты от перенапряжений, грозовых разрядов, коммутационных импульсных помех по цепям электросети 220 В и линии связи с видеокамерой.
• Герметизированную конструкцию с уровнем защиты IP65. Корпус из АБС пластика с гермовводами.
• В приборе Si-121RM предусмотрена двухступенчатая регулировка АЧХ — дискретная на три положения и плавная.

Паспорт прибора Si-121RM	Зависимость максимального сопротивления линии от тока потребления видеокамеры

Далее приведен пример передачи видеоизображения и электропитания с помощью передатчика Si-122T и приемника Si-121RM. В качестве источника видеосигнала использовался генератор телевизионных испытательных таблиц TPG-8. Между передатчиком Si-122Т и приемником Si-121RM подключалась линия передачи на основе коаксиального кабеля марки РК75-3-32 длинной 500м. На фото 1а, 2а, 3а представлены осциллограммы, а на фото 1b, 2b, 3b соответствующие им изображения на выходе прибора Si-121RM при недостаточной, оптимальной и избыточной частотной коррекции видеосигнала.

Четырехканальный приемник Si-124R имеет следующие особенности:

• Прибор максимально упрощен и соответственно имеет минимальную стоимость в пересчете на один канал. В каждом канале приемника имеется один дискретный регулятор АЧХ на три положения.

Паспорт прибора Si-124R	Зависимость максимального сопротивления линии от тока потребления видеокамеры

Восьмиканальный приемник Si-198 имеет следующие особенности:

• Приемник предназначен для установки в стандартную 19-ти дюймовую стойку, но может монтироваться и автономно.
• Прибор имеет эффективную многоступенчатую схему защиты от перенапряжений, грозовых разрядов, коммутационных импульсных помех по цепям электросети 220 В и линии связи с видеокамерой.
• В приборе имеется плавная регулировка АЧХ и усиления.
• Прибор в каждом канале имеет распределитель видеосигнала на два выхода.

Паспорт прибора Si-198	Зависимость максимального сопротивления линии от тока потребления видеокамеры

ПЕРЕДАЧА ПО ВИТОЙ ПАРЕ

Способ передачи видеосигнала и электропитания по витой паре при сравнении с коаксиальным кабелем имеет следующие преимущества:

• Передача по витой паре лучше защищает видеосигнал от внешних электромагнитных помех за счет перевивки проводов в паре. Эта особенность витой пары, а также использование симметричных приемников видеосигнала, позволяет обеспечить качество изображения, значительно менее зависимое от длины линии связи и внешней электромагнитной обстановки. Особенно успешно подавляются магнитные составляющие внешних полей в низкочастотной области спектра видеосигнала. Применение экранированных витых пар с заземлением экрана позволяет существенно уменьшить влияние электрической составляющей внешнего электромагнитного поля. Подробнее смотрите статью «Причины искажения видеоизображения».
• Использование витой пары позволяет по одному многопарному кабелю одновременно передавать различные сигналы, причем количество передаваемых сигналов по одному кабелю ограничивается только количеством пар в кабеле.

К сожалению, способ передачи по витой паре имеет не только достоинства, но и недостатки:

• Относительно высокие частотные потери и фазовые искажения в спектре передаваемого видеосигнала. Например, при передаче на расстояние 1000м сигнал частотой 4 МГц ослабляется на 40-50 дБ в зависимости от используемой марки витой пары.
• Относительно высокое омическое сопротивление витой пары. Передача электропитания для видеокамеры возможна на дистанции до 600м.

Вне помещения и на промышленных объектах необходимо использовать только экранированную витую пару с обязательным заземлением экрана. Неэкранированные витые пары допускается использовать в качестве линий связи только в помещении при отсутствии сильных внешних электрических полей и на короткие дистанции. Подробнее смотрите статью «Основные причины выхода из строя систем видеонаблюдения». Для уменьшения затухания видеосигнала проводники витой пары должны быть из меди диаметром 0,4÷0,5 мм. Кабели витой пары с омедненными стальными проводниками (например, «полевой кабель» П-274М) лучше не применять из-за потерь более 80 дБ/км в верхней области спектра видеосигнала. Ориентировочные электрические параметры некоторых распространенных типов кабелей витой пары приведены в таблице 2.

Источник