远程抗电磁干扰信号传输

    当您打开电视机想看看新闻或是冰球比赛的时候，电视屏幕却突然布满了雪花，播音员的声音被沙沙的噪音所替代。是什么问题? 原来是您的邻居正在用他那用得不能再用的电动剃须刀刮胡子。胡子理完了，剃须刀给关了，但这时电视的效果变得更糟: 屏幕在抖动，画面的同步性被破坏了，电视声道也在轰轰作响，好像要爆炸似的。那么您会问，这又是怎么回事呢? 原来是您的那个邻居又抬起了无线电话的听筒，而电话的信号却非常偶然的碰到电视频道的载波频率。在最近的几十年里，由于无线电装置的相互作用而引起的意外干扰愈演愈烈(专家们将这个问题称之为电磁兼容)。有时候，为了解决这个问题不得不人为的降低电器的性能。对这类问题尤其感到头疼的是航空工程师。因为在现代飞机上安装着数成千上万的电子仪器，有时为了保证一部分仪器的正常工作，不得不关闭另外一部分仪器。因为如果同时开启它们的话，那末，由于互相干扰整个系统都将无法正常运转。

   在图像和音响远程传送方面的情况也没有好到哪里去。人的眼睛和耳朵是非常敏感的器官，它们在瞬间内就可以发现音画的质量的变化，哪怕这种影响只是最小的。工程师们必须找到更加复杂但也更加昂贵的解决问题的方法，以保证音画质量在远程传送时不会得到实质性的影响。

    直到不久以前，在研究对抗噪音和干扰方面人们一直采用试验的方法，并认为引发噪音和干扰的原因可能是对物理反应的错误理解。利用办法会消耗大量的时间，并在最小改变仪器外形的情况下一切重头再来。

    让我们将信息传输的以太通道放置一边，先来研究一下线路传送音频、视频信息时引起噪音和干扰的原因。

人们一般认为引起噪音和干扰的基本原因是以下几点：

    · 工业干扰
    · 串扰
    · 劣质分解
    · 电缆的反作用和质量问题
    · 电缆与发射机和接收机不相匹配
    · 发电机的绕阻不同，存在“迂回”区—“地干扰”
    引起噪音的次要原因是电流反应，摩擦电效果和电缆震动。

     工业干扰常常出现在建有电站和各种电力设施和仪器的地方，比如说，电动机、电子通讯设备、医疗器械、计算机、电焊机、电铃和内燃机系统等。各类电台所造成的接受干扰也属于工业干扰。

    串扰情况一般出现在信号线和电缆线交汇于由别的信号线和电缆线所形成的电磁场。例如，如果房间附近有一条电话线和无线电传输线路，那末，当拿起电话听筒的时候可能会听到音乐声或是讲话声。这就是串线。

    低质量分解导线通常会引起画面效果的变化，但这才是不幸的一半。分解时产生的噪音我们通常称之为联系噪音。这种联系噪音的产生主要是由于仪器间插头和插座接触不良。噪音的大小与电流的强度成正比，与频率成反比。如果分解的效果非常不好，就可能导致整体效果的“破碎”。如果分解过程操作的不正确，没有电流的相互间流动，那么可能会产生某种电化学反应，并生成某种元素加快对线路的腐蚀。

    就线路本身而言，如果是视频线，那末它不是产生实质性的噪音。但线路内信号的振荡则取决于导线的质量。取决于导线的感应度和通过量(或反作用)是否会扭曲所传送的信号。不正确的使用接地线也是影响信号和产生干扰的重要原因。

    如果在一个电路系统内接收器和线路的强度相符，这种电路系统就可以叫做负荷协调系统。如果负荷不相协调，那末所传输的信号就会有一部分不能够就入到接收器之内，这部分未被接受的信号就会以逆波的形式出现，从而降低信号的传输水平并导致信号的扭曲。

    设计不正确的仪器能量供应(取决于交流电的不同电阻圈)和不正确的接地装置会引起较大的干扰。在已经安装完毕的仪器里对抗这种干扰是非常复杂而且收效甚微的。所有可能产生干扰的原因在设计阶段都应考虑到，在此基础上采取相应的办法和器材来对抗它。

    人们通常采用以下办法来区分对抗噪音和干扰的消极办法和积极办法。

    消极办法包括：
    · 缩减线路长度到最小程度，同时减少导线的数量
    · 是可能性用混合式视频信号代替组成式信号
    · 使用高质量的导线和分解线，采用著名公司的产品
    · 铺设线路时使用大曲度半径，以避免摩擦电的干扰 (摩擦电在线路内部聚集)
    · 分离信号干线和动力干线
    · 建立协调负荷系统
    · 使机器系统的运行远远低于其工作极限

    积极应对噪音和干扰的办法有：

    · 使用间隔性信号扩大器，用以补偿信号在线路内由于电阻引起的振动并坚守由于线路的反作用引起的高频率信号的丢失

    · 采用UTP线。如果用 UTP代替同轴线，在经济上就可大大的节省(UTP较同轴线的价钱便宜的多)，更主要的是我们可以利于它将信号进行远距离传输。组合式信号或者是S-video的传送距离可达到一公里，而VGA信号的传送距离可以达到300米。这样，线路的架设问题和地干扰问题就得到了根本解决。

    · 在需要将信号进行更远距离传输时(25公里以内)采用光纤。纤维光电线路完全可以在地面铺设并可以保证不会受到干扰

信号种类
 电缆种类
 分离
 通过区域
 传送距离
 
视频信号
 
混合式
 同轴线75欧姆
 BNC日常RCA
 6兆赫兹
 50-100米
 
S-video(YC)
 基本上针对混合式
 
复合式(YUV, RGB, VGA)
 同轴线75欧姆
 BNC 日常RCA D-Sub 15(针对VGA)
 300兆赫兹(UXGA)

30兆赫兹(HDTV/1080i)
 5-30米
 
数字 SDI(压缩标准视频)
 同轴线75欧姆
 BNC
 270兆比特每秒(标准)

1300兆比特每秒(HDTV)
 50-200米
 
数字DVI-D
 UTP
 DVI
 165/330兆赫兹
 5米
 
音频信号
 
非平衡信号
 隔离线
 RCA
 20万赫兹
 10-30米
 
平衡信号
 UTP隔离线
 XLR
 20万赫兹
 200米
 
传送距离限制表
 

    可以得出以下结论：
    1．设计远距离信号传送系统应该考虑到防止噪音和干扰
    2．不考虑电磁兼容体系设计防噪音和干扰系统通常会复杂、昂贵和收效甚微的
    3．产生噪音和干扰的主要原因可以认为是工业干扰、串线、分解质量低、线路的反作用和低质量、电线和电波发射器、接收器不协调、动力供应问题和存在“迂回”区，存在地面干扰。次要一级的产生噪音的原因是电流流动、摩擦电效应和线路的震荡。
    4．对抗噪音和干扰的方法可以分为消极和积极。消极的做法，总体来说，耗资少，但效果不明鲜。积极的办法将取得最好的效果，包括使用专业的中程信号放大器和采用光纤。