Выбор «меди» для системы видеонаблюдения – обзор и рекомендации

Создание качественной и безотказной системы видеонаблюдения в комплексе мер безопасности на объекте – сложный и многогранный процесс. Для нормальной работы узлов необходимо учесть множество факторов, включая магистрали, по которым будет передаваться аналоговый сигнал с дальнейшим преобразованием в цифровой. Не последнюю роль в этом вопросе играет правильный подбор кабелей с надлежащими свойствами.

С развитием технологий выбор у пользователей стал значительно шире. Если раньше для таких целей использовался интерфейс CVBS (Color, Video, Blanking and Sync), сегодня рынок предлагает и другие, не менее эффективные варианты:

• HD-TVI и HD-CVI;
• AHD.

При этом сами транспортировочные каналы могут прокладываться из стандартных коаксиальных проводов и современной витой пары. Последняя используется всё чаще из-за более высокого результата в узле приёма и обработки сигнала. Помехи воздействуют на оба проводника, а в конце, оказываясь в противофазе, нивелируют эффект друг друга.

Чтобы сделать правильный выбор в пользу одного из технических решений, необходимо ознакомиться со всеми доступными вариантами, разобрать их эксплуатационные и технические особенности, а также рассмотреть в разрезе конкретных требований к организации системы видеонаблюдения.

Основы выбора: коаксиальный кабель или витая пара?

Если говорить о традиционных и классических решениях, вопрос отпадает сам собой. Инженеры старой закалки отдадут предпочтение коаксиальным проводам с толстым слоем изоляции, ведь им так преподавали в институте. Между тем, время не стоит на месте, и современные системы давно научились транспортировать аналоговый сигнал видео по витой паре, да ещё и с некоторыми бонусами, вроде подавления излишних помех на пути следования.

Впрочем, говорить о полном превосходстве второго решения над первым не приходится. Дело в том, что аналоговый импульс неравномерен и требует преобразования в симметричный для прохождения по витой паре, а затем, на точке выхода, обратной трансформации. Только в этом случае возможна транспортировка. Для таких целей используется специальное оборудование – преобразователи, устанавливаемые в обоих концах.

С другой стороны, обеспечить достаточное экранирование коаксиальному кабелю за счёт толстой гибкой оплётки можно лишь при нормальных эксплуатационных условиях. Ведь, помимо электромагнитных помех в магистрали на сигнал могут действовать магнитные, например, от пролегающего по соседству мощного электрического кабеля. И в этом случае поможет только установка дополнительной стальной трубы в качестве защитного экрана.

Не стоит забывать, что для максимальной дальности передачи аналогового сигнала в обоих случаях потребуется качественное вспомогательное оборудование – преобразователи, способные обеспечить введение предискажения в достаточной степени.

Как видим, плюсы и минусы есть у обоих вариантов, и при выборе следует руководствоваться объективными параметрами:

• индивидуальные предпочтения пользователя;
• бюджет на реализацию проекта;
• конкретные условия эксплуатации на целевом объекте;
• возможные сложности монтажного процесса.

Предварительный анализ на стадии проектирования поможет принять верное решение.

Параметр питания: важная составляющая

При определении максимально допустимой длины кабеля для транспортировки аналогового видеосигнала стоит учитывать не только параметры самого импульса, но и ограничения, связанные с питанием электронных устройств. Ведь для нормальной работы удалённой камеры необходимо обеспечить нормальное напряжение и силу тока на выходе.

Помешать этому могут различные факторы, включая погонное сопротивление проводов (о нём далее), расстояние, преодолеваемое питающим сигналом и т.д. Для организации питания и транспортировки видеосигнала может использоваться, как коаксиальный провод, так и витая пара (опционально), если один из проводников свободен и не задействуется оборудованием.

Напомним, что у каждого материала, из которого произведён проводник, есть установленное удельное сопротивление. Его значение указывает на способность магистрали проводить ток. Чем оно выше, тем шире должно быть сечение проводника, и наоборот. Самые распространённые варианты указаны в таблице ниже:

Таким образом, медная магистраль в хорошо экранирующей оплётке показывает самое высокое значение проводимости и, соответственно, может использоваться для построения систем кабелей с высокой протяжённостью. Для создания аналогичной схемы из стали, учитывая значительное падение напряжения, потребуется серьёзно увеличить сечение каждого проводника.

Выбор правильной конфигурации провода для питания в большей степени зависит от потребительских запросов обслуживаемого оборудования. При этом следует учитывать все узлы потребления и обращать внимание на технические показатели, указанные в паспорте устройства. Только в этом случае оно будет работать отлаженно и без ускоренного износа. Вычислить погонное сопротивление на конкретном участке можно при помощи измерительных приборов (омметров), либо путём проведения расчётов, где показатель сопротивления умножается на конечную длину магистрали.

Камни преткновения при выборе кабелей для организации качественной системы видеонаблюдения

Основа аналогового сигнала состоит из двух ключевых компонентов – разрешающая способность итогового видео и частота кадров, с которой оно отображается на принимающем узле. Именно они определяют требуемую пропускную способность, а точнее, ширину пропускания выбранного для этих целей канала.

Главные требования предъявляются к верхней частоте проводника, ведь она отвечает за большую часть спектра видеосигнала. Если это свойство не соответствует допустимому порогу, на экране отображающего устройства с периодичной частотой будут проявляться различные «артефакты» и дефекты:

• размытый шлейф за ярким элементом картинки;
• появление полос и отсутствие вертикальной синхронизации;
• мерцание, затухание и полное исчезновение цвета на экране.

В различных спектрах влияние, оказываемое на сигнал, может быть разным. Частотное искажение, вызванное самим проводником и внешними факторами – ещё одна распространённая проблема, которую обязательно следует учитывать.

ВЫВОД: чем выше разрешение на снимающем устройстве, тем выше требования к пропускной способности магистрали и высокочастотности применяемого проводника.

Приведём простой перечень форматов кабелей и частотных диапазонов, в которых они должны работать для транспортировки качественной картинки с различным разрешением:

• передача сигнала по стандартному проводу CVBS с разрешением 720х576 пикселей требует от него стабильной работы в диапазоне от 0 до 15 МГц;
• отображение на дисплее картинки с разрешением 5 мегапикселей обуславливает верхний порог частот на уровне 60 МГц;
• ещё более чёткое видео с разрешением 8 мегапикселей потребует показателя верхних частот в пределах 100 МГц, и т.д.

Современные охранные комплексы задействуют системы высокой производительности с дополнительным функционалом для пользователя. В частности, по одному кабелю может транспортироваться не только аналоговый видеосигнал, но и служебный (дистанционное управление углом поворота и ракурсом съёмки), трансляция звука, электропитание, подаваемое на оборудование. При выборе конфигурации провода следует учитывать максимально допустимые значения по каждому из типов проводимого сигнала. А главной задачей при проектировании системы видеонаблюдения является нахождение оптимального технического решения, способного обслуживать все текущие запросы эксплуатируемого оборудования.

Особенности и рабочие характеристики коаксиальных кабелей

Стандартная конфигурация магистрали, состоящая из проводника и оплётки, имеет некоторые ограничения по максимально доступной протяжённости. В зависимости от выбранного формата сигнала, этот показатель может значительно изменяться. Приведём наглядный пример:

• для AHD и HD-CVI предельный порог составляет около 500 метров;
• транслировать сигнал высокой чёткости HD-TVI можно на 350 метров;
• а привычный всем формат CVBS поддаётся нормальному перемещению без искажений на расстояние до 400 метров.

Отметим, что речь идёт о коммуникациях без применения усилителей и проводах стандартных типов (RG6, SAT703 и т.д.). Однако далеко не всегда указанного запаса протяжённости достаточно для организации полноценной функциональной системы видеонаблюдения. В этом случае потребуется установка дополнительного оборудования, усиливающего сигнал.

Чтобы нивелировать серьёзные фазовые искажения, необходимо грамотно подбирать вспомогательные узлы и чётко рассчитывать их мощность. При создании оптимальной связки можно добиться весьма серьёзного улучшения рабочих параметров. С их примерами вы сможете ознакомиться в следующей таблице:

Здесь в качестве примера взят медный коаксиальный кабель с оплёткой из аналогичного материала.

Медь или другие сплавы: что выбрать в качестве проводника?

Из вышесказанного мы установили, что медь оптимально подходит для создания эффективных магистралей, по которым проходит аналоговый видеосигнал. Причина – низкое удельное сопротивление металла, позволяющее проложить коммуникацию большей протяжённости. Но можно ли воспользоваться более бюджетными аналогами, и существуют ли они на современном рынке?

Да, если вы хотите получить высокую производительность системы, но не готовы платить за это большие деньги, можно воспользоваться условными заменителями:

• омеднёнными проводниками – внутри оплётки располагается сталь или другой сплав, а для уменьшения сопротивления наносится тонкий слой меди;
• проводами, в сплавах которых медь присутствует, но в небольших количествах.

Главное, чтобы продавец не выдавал их за полностью медные. Ведь в этом случае вы не только потеряете деньги, но и рискуете получить нерабочую сеть, либо видеосистему, функционирующую с серьёзными перебоями.

Также стоит помнить, что любые провода, состоящие не из меди, обладают высоким показателем сопротивления и, соответственно, меньшей допустимой протяжённостью канала, по которому транспортируется сигнал. На сегодняшний день не существует эффективных методик, позволяющих точно рассчитать максимальную длину кабеля для трансляции сигналов различных форматов, кроме проб и ошибок. Одной из помех является «поверхностный эффект», проявляющихся на верхних частотах импульса.

Составляющие коаксиальной проводки и её составляющие

Стоит знать о ключевых составляющих коаксиального кабеля, которые напрямую сказываются на его производительности и рабочих свойствах:

• рабочие частоты;
• волновое сопротивление;
• формат внутреннего проводника;
• плотность и размер внешнего проводника;
• материал прослойки между внутренней и внешней составляющей;
• показатель физической устойчивости.

Про частоты мы уже сказали. Чем выше этот показатель, тем в более высоком разрешении может транслироваться картинка на воспроизводящем устройстве, и тем больше будет частота кадров.

Волновое сопротивление. Для современных систем видеонаблюдения оптимальным решением станут модели на 75 Ом. Важно понимать, что определить показатель омметром невозможно, так как он зависит исключительно от геометрии провода. При этом нарушение целостности и однородности даже на одном участке (например, при соединении двух отрезков одинаковой магистрали с целью увеличения протяжённости), может привести к потерям качества и различным артефактам на экране во время отображения видео.

Внутренний проводник может иметь, как одинарным, так и многожильным. В первом случая диаметр сечения напрямую сказывается на высокочастотности и, как результат, качестве воспроизведения. Во втором – наблюдается снижение поверхностного эффекта, амплитуда магнитных колебаний соблюдается на нормальном уровне.

Внешняя оплётка отвечает за экранирование и снижение сопротивления проводника в нижнем частотном сегменте. Чем плотнее и толще этот слой, тем больше может быть протяжённость магистрали без применения дополнительных усилителей.

Диэлектрический слой, обязательно располагающийся между внешним и внутренним проводником, может выполняться из разных полимерных и синтетических материалов. Он снижает высокочастотные потери, служит своеобразной защитой от разрывов при сгибе провода и определяет ёмкость конкретной модели.

Оболочка (изоляция) – ещё одна обязательная составляющая, на которую следует обращать внимание. Для её производства чаще всего применяется ПВХ или полиэтилен. Главная функция элемента – защита внутренних слоёв от механических и физических внешних воздействий. Материал должен быть устойчив к высоким и низким температурам, разрывам, деформациям, ультрафиолету, повышенной влажности.

Свойства витой пары: целесообразность приобретения для систем видеонаблюдения

Несмотря на то, что витая пара давно и активно используется для передачи видеосигнала, без дополнительного оборудования она в данном контексте полностью бесполезна. Чтобы создать эффективную конфигурацию, потребуется дополнить кабель передатчиком и приёмником на различных концах. При этом вспомогательные узлы могут быть самостоятельными электроприборами с источником питания, либо содержать лишь высокочастотные преобразователи внутри себя.

Допускаются любые сочетания оборудования:

• пассивный/пассивный;
• пассивный/активны;
• активный/активный передатчик и приёмник.

При этом значение имеет и пропускная способность одножильного кабеля, в зависимости от модели, составляющая 100, 1000 и 10000 Мбит в секунду. В таблице ниже представлены параметры допустимой протяжённости магистрали, в зависимости от формата сигнала, при условии, что проводник выполнен из меди.

Видим, что разные типы сигналов показывают различную продуктивность с пассивными и активными парами преобразователей.

Особенности эксплуатации и свойства кабелей витой пары в разрезе охранных систем

Главным преимуществом витой пары перед традиционным коаксиальным кабелем является высокая защита от внутренних и внешних помех. По этой причине для организации магистралей даже большой протяжённости допускается применение проводов без экранирования. Отсутствие экрана снижает погонную ёмкость и расширяет полосу канала, повышая частотность.

На современном рынке существуют модели, содержащие несколько пар с объединяющим экраном. Они демонстрируют ещё большую устойчивость к помехам, но требуют обязательного заземления. К дополнительным плюсам такого варианта исполнения относится возможность одновременно передавать на воспроизводящее устройство сигналы с разных узлов записи (камер). Однако стоит помнить, что они могут негативно влиять друг на друга внутри проводки. Чтобы снизить воздействие, рекомендуется направлять все сигналы в одну сторону, избегая встречных курсов.

Для оценки уязвимости пар используется следующая общепринятая классификация:

• NEXT (Near End Crosstalk);
• PS NEXT (Power Sum Crosstalk);
• FEXT (Far End Crosstalk).

В отличие от коаксиальных моделей, витая пара имеет волновое сопротивление на уровне 100 Ом. Материал изготовления внутреннего проводника зависит от производителя и может состоять, как из чистой меди, так и из сплавов с различным её процентным содержанием. Чем толще провод, тем ниже удельное сопротивление, и тем больше допустимая протяжённость магистрали. Существует ещё один классификатор, созданный в США, но активно применяемый во всём мире, определяющий взаимосвязь между сопротивлением и диаметром сечения проводника. Единица измерения – AWG. Ознакомиться с данными можно в таблице ниже.

Для монтажных работ в закрытом пространстве могут применяться кабеля с оболочкой из разных материалов. Для внешней установки и эксплуатации под воздействием различных факторов подходит полиэтилен. Он имеет широкий диапазон рабочих температур, устойчивость к ультрафиолетовому излучению, влаге и механическим нагрузкам. Также на рынке присутствуют варианты с огнеупорными изоляторами и безвредными составами (для объектов особой специфики).

Подводим итоги

Опираясь на изложенный выше материал, можно выделить несколько основных тезисов:

• От конкретного формата кабеля (коаксиальный и витая пара; медный, стальной, алюминиевый) зависит допустимая протяжённость магистрали, по которой будет транспортироваться видеосигнал;
• Для усиления сигнала, удлинения проводки и преобразования можно использовать вспомогательное оборудование;
• При отсутствии необходимой информации об удельном сопротивлении и других параметров в паспорте провода высчитать требуемое значение можно при помощи простых формул или посредством измерителей;
• Для разных форматов сигналов подходят различные конфигурации оборудования.

Надеемся, данная статья внесла ясность в тему и помогла ответить на интересующие вас вопросы.