- 研究音、視頻干擾分析與抑制技術
- 視頻干擾分析及解決辦法
- 加裝濾波網絡
1.1 會議電視系統組成
會議電視就是利用電視技術和設備通過傳輸信道在兩地或多個地點進行開會的一種通信手段，它實現了音頻、視頻、文本數據、圖文數據等多媒體的綜合處理，并在同一信息網路中運行，統一時實的傳輸。
傳輸這些信號的電纜如果通過較強的電磁場區，就會有干擾疊加在信號上。電纜越長，干擾越明顯。
1.2 干擾源種類及干擾方式
在會議電視系統中，影響視頻和音頻系統的噪聲干擾除設備和傳輸線路本身的熱噪聲和疊加在其上的連續性“白噪聲”干擾外，根據干擾源種類主要可分為兩大類，脈沖干擾及交流聲干擾。脈沖干擾是由于脈沖器件產生的強電磁場耦合進入信道所致：馬達、汽車發動機火花塞點火，開關電源均會產生60Hz－2MHz的干擾，這些干擾的諧波分量會落入音、視頻頻帶內；閃電、宇宙噪聲還會產生2KHz－100MHz的脈沖噪聲。交流聲干擾主要是由于地線系統設計不合理，不同接地點間存在電位差，使得地電流形成回路所造成的；高壓輸電線路和交流電氣化鐵路也會引起交流聲干擾，如交流電氣化鐵路產生的干擾除50Hz基頻外、還有(2N＋1)×50Hz等奇次諧波。
另外，根據外界干擾源電磁能量的傳播途徑和對音、視頻設備的耦合方式又可分成輻射方式干擾和傳導方式干擾。傳導方式干擾是經過電路(包括雜散電容和互感等可以用集總參數表示的電路元件)傳到受影響設備上，如脈沖干擾、交流聲干擾，主要通過傳導方式作用于受擾設備；輻射方式干擾是通過天線的作用，由空間傳到受影響的設備上，如高壓輸電線對受擾設備的干擾。
會議電視系統的音頻信號的頻率范圍為300Hz－3.4KHz，視頻信號帶寬為6MHz。音頻信號通常都采用平衡方式傳輸，由于雙線上的感應噪聲有相互抵消作用，干擾要輕得多，甚至于測不出來。而視頻信號通常采用不平衡方式傳輸，干擾就要嚴重得多。所以音頻干擾分析與視頻干擾分析有所區別：對于視頻干擾，主要從干擾方式出發進行探討；音頻信號由于波長較大，通信大樓的屏蔽作用更為明顯，相比而言，輻射方式干擾可忽略不計。通過電源等整流器件所產生脈沖干擾對音、視頻信號機理相同，解決辦法也一致，因此，音頻干擾討論的重點放在交流聲干擾上。
2 視頻干擾分析及解決辦法
在實際工程中，視頻電纜通常敷設在通信大樓內的金屬管中。盡管金屬管外皮與大樓的建筑地連在一起，有時仍可能受到干擾，在監視器上會看到不規則的細線由上至下滾動，該干擾是由可控硅整流器點火時產生的脈沖干擾所造成的。UPS電源產生的脈沖干擾波形更為復雜，它除了整流器點火產生的干擾外還有逆變器產生的脈沖干擾及其諧波。電源整流器和UPS電源所產生的脈沖干擾的輻射雖到處都有，但主要是通過分布在會議室內的交流供電線路傳播的，為傳導方式干擾。
2.1 傳導方式干擾的抑制
2.1.1 脈沖干擾的抑制
對于脈沖干擾，采取的解決辦法就是加裝濾波網絡。如圖3所示，在3根火線的輸入端和整流電源的輸出端分別對地接入耐高壓、大容量電容器，形成低通濾波電路。
由于大功率UPS電源的干擾更嚴重，除了干擾脈沖的幅度比較大之外，干擾脈沖的波形復雜，頻率成分也很豐富。為抑制干擾，在UPS電源的進線端和出線端分別加裝電容器。加大電容量，雖可以進一步降低脈沖干擾電平，但增大至一定量之后，效果就不明顯了。這時可以采用“Γ型”或“π型”低通濾波電路，即將電纜穿繞在鐵氧體磁環上，在有效頻率范圍內，等效于串聯一個電感。
其激磁電感LP計算公式如下：
式中：N—變壓器初級線圈的圈數；
μ—環形磁芯相對導磁率；
由上式不難看出要增大電感量，可以采用以下幾種方式：
(1)減少磁環的內徑與線纜縫隙；
(2)選擇高導磁率的磁環；
(3)采用高頻磁性材料；
(4)增加磁環的數量。
[page]
2.1.2 交流聲干擾的抑制
如前文所述，交流聲干擾主要是由于地電流形成回路，通過傳導方式作用于視頻接收設備的。為此可以通過傳輸線變壓器隔離視頻源和接收端。
2.1.3 傳輸線變壓器的設計
設計前需明確的參數有：
(1)最高工作頻率Fmax和最低工作頻率Fmin；
(2)確定輸出負載電阻R1和信號源內阻Rs；
(3)要明確傳輸線變壓器在此只起隔離作用。
在設計時，由公式(2－1)、(2－2)、(2－3)不難求出傳輸線的最小長度Lmin、最大長度Lmax和特性阻抗Zc。
實踐證明，用Φ=(0.27—0.77)mm的高強度漆包線繞制，并繞時，Zc約為(60—80)Ω；工作頻率低于50MHz，選用錳鋅氧(MXO)鐵氧體。鐵氧體的導磁率由(2－4)式確定。
傳輸線變壓器在設計時要求幅頻特性好，插耗低以及回波損耗要高。由于傳輸線變壓器是無源設備，沒有增益失真，沒有微分相位失真，所以不會引入新的噪聲。接入傳輸線變壓器之后，發現脈沖干擾得到很大程度抑制，在監視器屏幕上已經完全看不到有任何干擾現象。從而說明在視頻信號長距離傳輸中，在末端加裝傳輸線變壓器可以明顯抑制雜散電磁場的干擾和交流聲干擾。
2.2 輻射方式干擾的抑制
現代化的電力系統其本身就是強烈的電磁干擾源，主要通過輻射方式干擾該頻段內的通信設備。為抑制外部高壓輸電線路的干擾影響，采用接地措施，常用的接地方式有兩種，現分別討論如下：
2.2.1 分散接地方式
分散接地就是將通信大樓的防雷接地、電源系統接地、通訊設備的各類接地以及其他設備的接地分別接入相互分離的接地系統，由于地線系統不斷增多，地線間潛在的耦合影響往往難以避免，分散接地反而容易引起干擾。同時主體建筑物的高度不斷增加，其接地方式所帶的不安全因素也越來越大。當某一設施被雷擊中，容易形成地下反擊，損壞其他設備。
2.2.2 聯合接地方式
聯合接地方式也稱單點接地方式，即所有接地系統共用一個共同的“地”。聯合接地有以下一些特點：
(1)整個大樓的接地系統組成一個籠式均壓體，對于直擊雷，樓內同一層各點位比較均勻；對于感應雷，籠式均壓體和大樓的框架式結構對外來電磁場干擾也可提供10－40dB的屏蔽效果；
(2)一般聯合接地方式接地電阻非常小，不存在各種接地體之間的耦合影響，有利于減少干擾；
(3)可以節省金屬材料，占地少。
由上不難看出，采用聯合接地方式可以有效抑制外部高壓輸電線路的干擾。
3 音頻干擾分析及解決辦法
就音頻設備間信號線輸入、輸出接口的形式來講，有平衡式和不平衡式兩種：平衡式—雙線差動式，具有較強的共模干擾抑制能力，交流聲干擾小，常用于長距離或強干擾條件下的信號傳送。不平衡式—單線單端式，多用于近距離或內部設備間信號傳送。為抑制交流聲干擾，應注意以下幾點：
(1)避免將2個地電位可能不同的設備間的信號地線直接連通或形成地線環路。
(2)盡量避免或減弱兩設備間電的直接聯系。
(3)把電氣連接的部分屏蔽在一個體系中，信號地線或屏蔽層在該體系一側接地。
(4)遠距離傳送信號采用平衡變壓器傳輸方式。兩端都要有平衡變壓器，屏蔽層一端接地，也可懸空不接。接地可以起到屏蔽作用，也可防止明電搭接時發生觸電事故。不接地時，兩端平衡變壓器可起到絕緣隔離作用，平衡變壓器中心接地，可泄放靜電。
