Upload
truongdang
View
257
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
ŠOLSKI CENTER ZA POŠTO, EKONOMIJO IN TELEKOMUNIKACIJE
LJUBLJANA
VIŠJA STROKOVNA ŠOLA
DIPLOMSKA NALOGA
ANA STRNIŠA
Ljubljana, junij 2017
ŠOLSKI CENTER ZA POŠTO, EKONOMIJO IN TELEKOMUNIKACIJE
LJUBLJANA
VIŠJA STROKOVNA ŠOLA
Študijski program: telekomunikacije
DIPLOMSKA NALOGA
MOTNJE IN NAPAKE PRI PRENOSU AVDIO IN VIDEO SIGNALOV
Diplomantka: Ana Strniša
Mentor: Alojz Ţeljko, univ. dipl. inţ. el.
Lektor: France Ivančič, prof. slov. in nem. j.
Vpisna številka: 12130083509
Ljubljana, junij 2017
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 2
ZAHVALA
Zahvaljujem se mentorju Alojzu Ţeljku, univ. dipl. inţ. el., za pomoč, usmerjanje in
vodenje pri izdelavi diplomske naloge.
Hvala tudi vsem drugim, ki so me pri tem spodbujali in mi stali ob strani.
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 3
IZVLEČEK
Komunikacijski sistemi omogočajo prenos signalov ter s tem posredovanje avdio, video in
podatkovnih vsebin od vira informacij do uporabnika. Pri tem je naloga prenosne linije
prenesti signal najboljše kakovosti brez nezaţelenih stranskih produktov in motečih napak
na prenesenem signalu. Ko potuje signal preko komunikacijskega kanala, je lahko
izpostavljen številnim motnjam, kar ima za posledico poslabšanje kakovosti signala.
V diplomski nalogi so na začetku predstavljene osnove komunikacijskega sistema, opisani
so prenosni mediji s poudarkom na koaksialnem kablu in sukani parici, podrobneje je
opisana zgradba kabla. Sledita predstavitev nekaterih pomembnejših vzrokov za nastanek
motenj, to so tokovna zanka, strela ter frekvenčna disperzija, in predstavitev postopkov in
rešitev za odpravo teh napak.
Ključne besede: komunikacijski sistem, prenos signalov, koaksialni kabel, sukana parica,
motnje, odprava napak.
ABSTRACT
Communication systems enable the signal transmission and thus the transmission of audio,
video and data content from the source of information to the user. Transmission line needs
to transfer quality signal without unwanted and disturbing errors in the transferred signal.
When signal travels across communication channel it can be exposed to various
impairments, which results in degradation of signal quality.
At the beginning of the thesis the basics of the communication system are described,
transmission mediums with focus on the coaxial cable and twisted pair and description of
the cable construction. It follows the presentation of causes of signal impairments, these
are current loop, lightning and frequency dispersion, and presentation of solutions to
eliminate these errors.
Key words: communication system, signal transmission, coaxial cable, twisted pair,
impairments, elimination of errors.
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 4
KAZALO VSEBINE
SEZNAM KRATIC ............................................................................................................... 6
1 UVOD ............................................................................................................................ 7
2 OSNOVE KOMUNIKACIJSKEGA SISTEMA ........................................................... 9
2.1 PRENOSNI MEDIJI ............................................................................................. 11
2.2 ZGRADBA KABLA ............................................................................................ 13
2.2.1 PREVODNIK ................................................................................................ 13
2.2.2 NOTRANJA IZOLACIJA ............................................................................. 14
2.2.3 KABELSKI ŠČIT – OKLOP ........................................................................ 14
2.2.4 ZUNANJA IZOLACIJA – PLAŠČ ............................................................... 16
2.3 SUKANA PARICA .............................................................................................. 16
2.4 KOAKSIALNI KABEL ....................................................................................... 20
3 VZROK ZA NASTANEK MOTENJ .......................................................................... 23
3.1 TOKOVNA ZANKA ............................................................................................ 25
3.2 STRELA ............................................................................................................... 30
3.3 FREKVENČNA DISPERZIJA ............................................................................. 33
4 ODPRAVLJANJE NAPAK IN REŠITVE ................................................................. 35
5 ZAKLJUČEK .............................................................................................................. 41
6 VIRI IN LITERATURA .............................................................................................. 43
KAZALO SLIK
Slika 1: Osnovna shema komunikacijskega sistema ............................................................. 9
Slika 2: Prenosni mediji ....................................................................................................... 12
Slika 3: Prevodnik ............................................................................................................... 13
Slika 4: Vrste kabelskih ščitov: prepleten ovoj, spirala in folija ......................................... 15
Slika 5: Sukana parica ......................................................................................................... 16
Slika 6: UTP-kabel s konektorjema RJ11 in RJ45 .............................................................. 17
Slika 7: Slabljenje signala v odvisnosti od debeline ţice in frekvence ............................... 19
Slika 8: Koaksialni kabel ..................................................................................................... 20
Slika 9: Frekvenčna karakteristika kabla ............................................................................. 21
Slika 10: Tokovna zanka ..................................................................................................... 26
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 5
Slika 11: Uporaba ločilnega transformatorja ....................................................................... 27
Slika 12: Komponenti, povezani s kablom, po katerem teče tok skozi ščit prevodnika ..... 28
Slika 13: Simetrična povezava ............................................................................................ 30
Slika 14: Ločevanje naboja v nevihtnem oblaku ................................................................. 31
Slika 15: Nastanek intersimbolne motnje ............................................................................ 34
Slika 16: Prekinitev na oklopu vodnika ............................................................................... 35
Slika 17: Vezava upora v oklopu vodnika ........................................................................... 36
Slika 18: Vezava ločilnega transformatorja......................................................................... 36
Slika 19: Ločilni transformator............................................................................................ 37
Slika 20: Feritna dušilka ...................................................................................................... 37
Slika 21: Shema diferenčnega ojačevalnika ........................................................................ 38
Slika 22: Iskrišče in plinski odvodniki ................................................................................ 39
Slika 23: Varistor ................................................................................................................. 40
KAZALO TABEL
Tabela 1: Kategorije UTP-kablov v povezavi s hitrostjo prenosa ....................................... 18
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 6
SEZNAM KRATIC
AM amplitude modulation
amplitudna modulacija
AWG American wire gauge
debelina ţice
CATV community antenna television
kabelska televizija
EMI electro magnetic interference
elektromagnetna interferenca
FM frequency modulation
frekvenčna modulacija
FTP foiled twisted pair
s folijo ovita sukana parica
ISI intersymbol interference
intersimbolna interferenca
LAN local area network
lokalno računalniško omreţje
UTP unshielded twisted pair
neoklopljena sukana parica
STP shielded twisted pair
oklopljena sukana parica
RFI radio frequency interference
radiofrekvenčna interferenca
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 7
1 UVOD
Začetek razvoja telekomunikacij in prenosa informacij sega daleč v preteklost, ko so si
ljudje izmenjevali informacije s pomočjo dimnih in svetlobnih signalov ter preko zvočnih
siren. Napredek na področju telekomunikacij je skozi stoletja prinesel nove moţnosti,
naprave ter tehnologije. Izum telegrafa in telefona v 19. stoletju je bil prvi preboj v sodobni
telekomunikaciji. Samuel Morse, ki je izumil telegraf, je razvil tudi tako imenovano
Morsejevo abecedo oziroma kodo, ki je z zapisom kodiranih črk in številk omogočala hitro
in učinkovito komuniciranje na daljše razdalje. Prvi čezatlantski telegrafski kabel leta 1858
je lahko pri takratni hitrosti poslal le 1 znak v dveh minutah, zaradi česar so potrebovali za
prvo sporočilo, poslano po kablu med Severno Ameriko in Anglijo, kar 17 ur.
Danes ob podpori sodobnih tehnologij informacije potujejo veliko hitreje. Komunikacijski
sistemi omogočajo prenos informacijskih vsebin, kot so avdio, video in podatki, širom
sveta preko dolgih razdalj. Pri tem se vse bolj zavedamo pomena zanesljivega in dobro
načrtovanega oţičenja sistema.
Uporaba kablov v telekomunikacijah se je pričela v sredini 19. stoletja. Dolgo časa so
prevladovali koaksialni kabli ter parice, v zadnjih letih pa se je zelo razvila tudi optika. V
diplomski nalogi se bom osredotočila predvsem na prenos signalov po koaksialnem kablu
in sukani parici, pri čemer poteka prenos podatkov na osnovi prenosa električnega toka.
Vsak izmed njiju ima določene lastnosti, zaradi katerih je eden bolj, drugi pa manj
primeren za uporabo v določenih situacijah.
Pri prenosu signalov preko komunikacijskega kanala je ta lahko izpostavljen različnim
virom motenj in hitro se zgodi, da so poleg koristnega signala prisotna tudi razna
popačenja, šumi ali interferenca. Poslano sporočilo je lahko zaradi teh napak popačeno v
tolikšni meri, da pride do sprejemnika neprepoznavno ali da ga sprejemnik celo narobe
razume.
Obstaja veliko različnih moţnosti za oţičenje, s čimer lahko zmanjšamo nezaţeleno
pojavljanje motenj na liniji. V diplomski nalogi bom poskušala odgovoriti na vprašanja,
kako vplivajo na kakovost prenosa signalov motnje iz omreţja, udarci strele v bliţino
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 8
kablov, presluhi med vodniki ter šumi. Najti bom poskušala ustrezne rešitve za nekatere
probleme pri prenosu signalov in predstaviti moţnosti za izogibanje napakam, ki se pri tem
pojavljajo. Če se pri načrtovanju sistema opiramo na preproste rešitve in tehnike, lahko v
večini vplivamo na zmanjšanje in odpravo napak. Učinke šuma lahko zmanjšamo s
skrbnim načrtovanjem, pravilno namestitvijo, izbiro ţic in kablov, zaščito ter ozemljitvijo.
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 9
2 OSNOVE KOMUNIKACIJSKEGA SISTEMA
Prenos podatkov od izvora do cilja omogoča komunikacijski sistem. Osnovni elementi
vsakega komunikacijskega sistema so vir informacij, oddajnik, prenosni kanal, sprejemnik
ter prejemnik oziroma uporabnik informacije. Naloga oddajnika je, da pretvori informacijo
v signal, ki je primeren za prenos po določeni prenosni liniji, sprejemnik pa te prejete
signale nato pretvarja v obliko, ki je razumljiva prejemniku informacije ali napravi.
Slika 1: Osnovna shema komunikacijskega sistema
Prenos signala je moţen na dva različna načina, in sicer kot prenos analognega signala ter
kot prenos digitalnega signala. Osnovne razlike med njima so v tem, da se pri analognem
signalu vrednost spreminja zvezno in da ima signal na nekem intervalu neskončno
različnih vrednosti. Pri digitalnem oziroma t. i. diskretnem signalu pa se vrednost
spreminja diskretno z omejenim končnim številom vrednosti (»1« ali »0«).
Prenosni kanal transportira signale, pri čemer se lahko zgodi, da so poleg koristnega
signala prisotna tudi razna popačenja, šumi ali interferenca. Vsekakor je zelo pomembno,
da je poslana informacija na začetku kar se da podobna informaciji, ki pride do
uporabnika; v primeru digitalnega sistema pa identična (povz. po Malarič, 2009).
OSNOVNOPASOVNI IN ŠIROKOPASOVNI PRENOS
V sistemu osnovnega pasu (ang. baseband) so podatki različnih uporabnikov zdruţeni
skupaj v obliki digitalnega signala. S prenosom v osnovnem pasu je celoten
komunikacijski kanal uporabljen za prenos enega samega podatkovnega signala, pri tem pa
je lahko uporabljen širši spekter kablov od kompleksnih koaksialnih do preprostih paric.
Širokopasovni sistem (ang. broadband) uporablja analogni signal in mnoţico frekvenc.
Zato je treba imeti kabel z večjo pasovno širino; taki so koaksialni kabli, razviti za sistem
VIR INFORMACIJ
ODDAJNIKPRENOSNI
KANALSPREJEMNIK UPORABNIK
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 10
kabelske televizije. Širokopasovni sistem lahko prenaša digitalne in analogne signale in
lahko sprejme več video, avdio in podatkovnih kanalov (povz. po BICC, 1997, str. 755).
ANALOGNI IN DIGITALNI SISTEMI
Analogni sistemi uporabljajo za predstavitev informacije različne lastnosti električne
energije, kot so tok, napetost ali frekvence, v digitalnih sistemih pa so informacije v obliki
digitalnih binarnih številk – bitov. Z nenehno potrebo po povečanju zmogljivosti za prenos
podatkov je digitalni sistem v prednosti, ker se lahko z razmeroma nizkimi stroški
elektronike bistveno poveča zmogljivost nizkocenovnih kablov.
Za razliko od analognega sistema, kjer se ob ojačenju signala ojačijo tudi morebitni šum in
napake, pa pri digitalnem sistemu vsak repetitor obnavlja impulze, tako da lahko ti potujejo
skozi »hrupen« medij. Digitalni prenos seveda zahteva večjo pasovno širino kot analogni,
vendar pa lahko deluje tudi pri niţjem razmerju signal – šum. Glavni dejavniki, ki so v prid
digitalnemu prenosu, so zasnova sistema, povečanje zmogljivosti z uporabo repetitorjev,
zmanjšanje stroškov in navsezadnje vse večja potreba po prenosu digitalnih podatkov po
omreţjih (povz. po BICC, 1997, str. 756).
SIMETRIČNI IN NESIMETRIČNI SISTEMI
Pri simetričnih sistemih (ang. balanced), kjer je uporabljeni kabel parica, sta oba vodnika
simetrična in imata enake impedance glede na zemljo, tako da je ena ţica pozitivna, druga
pa negativna proti zemlji. Sprejemnik signala se odzove na vsakršno diferencialno napetost
med linijami in zavrne signal, ki spremeni napetost hkrati na obeh linijah. V primeru, da
imata vodnika v parici enake lastnosti prenosne linije, se delovanje motečih dejavnikov
oziroma interference zmanjša.
Nesimetrični sistem (tudi asimetrični, ang. unbalanced) ima vodnika, katerih impedanci sta
neenaki, in čeprav se lahko v teh sistemih uporabljajo tudi parice, je bolj tipičen primer
nesimetričnega kabla ravno koaksialni kabel (povz. po BICC, 1997, str. 756).
PASOVNA ŠIRINA IN PODATKOVNA HITROST
Informacije, ki jih posredujemo preko telekomunikacijskih omreţij, so v obliki
električnega toka ali napetosti. Vrednost tega toka ali napetosti se spreminja skozi čas in
vsebuje informacije. Prenesene informacije so sestavljene iz več frekvenc, razpon teh
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 11
frekvenc pa imenujemo pasovna širina. Govor, ki je najpogostejša oblika sporočila v
telekomunikacijah, vsebuje skupaj veliko različnih frekvenc, amplitud in faz. Frekvenčno
območje, ki je potrebno za kakovosten in dober prenos informacije v obliki govora, je v
razponu od 300 do 3400 Hz, kar hkrati predstavlja tudi pasovno širino govora. V splošnem
velja, da predstavlja pasovna širina maksimalno količino prenesenih podatkov v
določenem času po omreţju, medtem ko je podatkovna hitrost čas, potreben za prenos teh
podatkov od vira do cilja. Pasovna širina je skupaj s šumom tudi pomemben dejavnik pri
določanju zmogljivosti prenosa informacij po telekomunikacijskih kanalih (povz. po
BICC, 1997, str. 757).
Poznamo dve vrsti prenosnih medijev oziroma kanalov: ţični in brezţični. Pri ţičnem
oddajnik fizično poveţemo s sprejemnikom preko ţice oziroma kabla, prenos podatkov pa
poteka na osnovi prenosa električnega toka. Kot medij je lahko uporabljen koaksialni kabel
ali pa parica – prepleteni par bakrenih ţic. Posebna oblika ţične povezave je optično
vlakno, kjer svetlobni vir omogoča prenos signalov. V primeru brezţičnega prenosnega
medija pa prenos podatkov poteka preko elektromagnetnega valovanja.
2.1 PRENOSNI MEDIJI
Pod prenosnimi mediji razumemo vse poti in tehnične moţnosti, po katerih lahko
prenašamo neke podatke ali električne signale na daljavo. V grobem jih lahko delimo na
ţične in brezţične medije. Slika 2 prikazuje osnovno delitev prenosnih medijev glede na
njihovo uporabo. K brezţični povezavi, ki je zasnovana na elektromagnetnem valovanju,
prištevamo več skupin povezav, in sicer: radijske zemeljske povezave, mikrovalovne
usmerjene povezave, satelitske ter infrardeče povezave.
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 12
Slika 2: Prenosni mediji
Čeprav je brezţična povezava danes v velikem prodoru, je večina omreţij in naprav med
seboj še vedno povezanih preko kablov. Uporaba kablov v telekomunikacijah se je pričela
v sredini 19. stoletja. Dolgo časa so prevladovali koaksialni kabli ter parice, v zadnjih letih
pa se je zelo razvila tudi optika.
Vsako omreţje omogoča nekaj fleksibilnosti pri izbiri ustreznega kabla za prenos
podatkov, avdia ali videa. Na odločitev, kateri kabel izbrati, vplivajo številni dejavniki.
Vsak kabel ima določene lastnosti, zaradi katerih je eden bolj, drugi pa manj primeren za
uporabo v določenih situacijah oziroma lahko vpliva na izbiro ene vrste kabla namesto
drugega. Od zunaj so si kabli zelo podobni, od znotraj pa se lahko povsem razlikujejo v
svoji zgradbi in električnih lastnostih. Zgradba kabla, uporabljeni vodniki, vrsta
izolacijskega materiala in zaščite, kontrola kakovosti ter številni drugi dejavniki prispevajo
k učinkovitosti in zanesljivosti delovanja kabla. Poznavanje zgradbe kabla, njegovih
električnih lastnosti ter osnov uporabe je lahko v pomoč pri izbiri ustreznega kabla za
posamezen sistem in njegovi namestitvi.
Sistemi, ki lahko uporabljajo kabel kot prenosni medij, vključujejo telefon, radio, televizijo
in prenos podatkov, vključenih v tako imenovano multimedijsko storitveno dejavnost –
domače bančništvo, nakupovanje, video na zahtevo ...
PRENOSNI MEDIJ
ŽIČNA POVEZAVA
KOAKSIALNI KABEL(tok)
SUKANA PARICA(tok)
OPTIČNI KABEL(svetloba)
BREZŽIČNA POVEZAVA
ELEKTROMAGNETNO VALOVANJE
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 13
V nadaljevanju poglavja se bom osredotočila predvsem na električne prenosne medije
oziroma ţične kable, kot sta parica ter koaksialni kabel. Pri takšnem prenosu potuje
informacija vzdolţ ţičnega vodnika oz. prevodnika iz ene točke do druge točke v
električnem omreţju. V osnovi je kabel sestavljen iz dveh delov – osrednjega električnega
prevodnika in izolacije oziroma zaščite. Zasnova kabla mora biti takšna, da se uporabljeni
materiali zaradi ohranjanja mehanskih in električnih lastnosti ne smejo segreti nad
dopustno mejo, da je čim manjša poraba energije ter da je kabel ustrezno zaščiten pred
zunanjimi vplivi.
2.2 ZGRADBA KABLA
2.2.1 PREVODNIK
Nekateri materiali so boljši prevodniki oziroma vodniki električnih signalov kot drugi.
Najpogosteje uporabljen električni vodnik dandanes je baker, ki ima določene prednosti,
saj ga odlikujejo nizka električna upornost, visoka trdnost ter visoka odpornost proti
koroziji. Vodnik ali osrednja ţila je lahko sestavljena iz ene ali več manjših ţic, ki lahko
potekajo ena ob drugi ali pa so prepletene ter tako tvorijo en sam sklop, kar je videno tudi
na sliki 3.
Slika 3: Prevodnik
(http://www.cmewire.com/catalog/sec02-bcc/images/bcc.jpg)
Bakrene ţice v kablu imajo lahko na površini še tanjšo plast katere druge kovine, na primer
kositra, zlata ali srebra. Te so manj dovzetne na vplive iz okolja, oksidacijo in korozijo ter
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 14
tako pripomorejo k daljši ţivljenjski dobi ţice in izboljšajo prevodnost, ker pri visokih
frekvencah teče večina toka po obodu ţice (skinefekt).
Kabel, katerega vodnik je sestavljen iz več bakrenih ţic (lahko tudi prepletenih), se
načeloma uporablja za drugačne aplikacije kot vodnik z eno samo ţico. Med seboj
prepleteni vodniki omogočajo večjo trdnost kablu ter povečajo njegovo fleksibilnost (povz.
po Lampen, 1997, str. 15).
2.2.2 NOTRANJA IZOLACIJA
Osrednja ţica je lahko obdana z zaščito oziroma izolacijo. V primeru, da ţica ni obdana z
izolatorjem, je večja izpostavljenost kabla negativnim vplivom okolja, kot sta oksidacija in
korozija. Obstaja veliko različnih vrst izolacijskih materialov in vsak ima svoje prednosti
ter slabosti, pri čemer pa je ustrezna izbira odvisna tudi od namena uporabe kabla. Namen
izolacije je vsekakor zaščita prevodnika ter preprečitev nezaţelenih pojavov, na primer
presluha. Izolaciji lahko pravimo tudi dielektrik. Izraz dielektrik se običajno uporablja za
označevanje zmogljivosti hranjenja energije v materialu.
Dielektrični material in njegova sestava sta ključnega pomena v povezavi z drugimi
lastnostmi kabla, kot so kapacitivnost, impedanca in slabljenje. Ti parametri določajo moč
in jakost signala ter razdaljo prenosa.
Vodniki so večinoma obdani z izolacijo iz plastike in vsak material, ki je pri tem
uporabljen, ima svojo tako imenovano dielektrično konstanto. Niţja številka dielektrične
konstante pomeni boljši material, manj shranjene energije ter posledično boljši prenos
signalov oziroma večji in boljši pretok energije do končne sprejemne točke. Priporočljivo
je izbrati dielektrik z odličnimi električnimi lastnostmi, ki omogoča niţjo kapacitivnost in
višjo hitrost širjenja ter s tem niţje izgube in zmanjšano slabljenje signala (povz. po
http://www.ti.com/lit/an/snla164/snla164.pdf).
2.2.3 KABELSKI ŠČIT – OKLOP
Kabelski ščit ali oklop je pomemben predvsem zaradi preprečitve sevanja
elektromagnetnih valov iz kablov oziroma za zaščito podatkov in signalov pred zunanjimi
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 15
elektromagnetnimi motnjami in šumi. Oklop je lahko nameščen na posameznih vodnikih,
parici ali pa preko celotnega snopa kabelskih elementov. Tipični kabli uporabljajo tri
osnovne vrste oklopov: folijo, pleten ovoj ter spiralo.
a) b) c)
Slika 4: Vrste kabelskih ščitov: prepleten ovoj, spirala in folija
(http://www.awcwire.com/techlibrary/16.12.pdf)
V smislu stroškov je prepleten ovoj med najdraţjimi in je sestavljen iz bakrenih ali
aluminijastih vlaken, ki so med seboj prepletena okoli notranjega prevodnika (ali več
notranjih prevodnikov), ter tako zagotavlja učinkovito zaščito in dobro prilagodljivost in
upogljivost. Tipična prekritost prepletenega ovoja je med 80 % in 95 %. Ti ovoji so idealni
za zmanjševanje interference pri nizkih frekvencah in imajo niţjo upornost pri
enosmernem toku. Prepleten ovoj se največkrat uporablja pri mikrofonskih kablih zaradi
njihove nizke induktivnosti (povz. po www.prosoundweb.com/article/cable_anatomy_
101_key_factors_to_keep_in_mind/).
Spiralni ovoj je sestavljen iz običajno bakrene ţice, ki je spiralno zvita okoli notranjega
prevodnika. Izjemna fleksibilnost, upogljivost in 97-odstotna prekritost zaščite so večje
prednosti tega ovoja, ki je tudi najbolj primeren za uporabo pri avdio kablih, na primer za
kitare.
Folija spada med najcenejši ščit in nekatere zagotavljajo popolno, 100-odstotno prekritost,
kar predstavlja učinkovito zaščito pri radiofrekvenčnih motnjah – RFI. Sestavljena je iz
aluminijaste folije, plastificirane s poliestrom; imajo tudi dobro prilagodljivost, vendar
slabšo upogljivost ter ţivljenjsko dobo kot ostali kabelski ščiti. Pogosto se uporablja za
zaščito tako posameznih vodnikov v kablu kot tudi večţilnih kablov (povz. po
http://www.ti.com/lit/an/snla164/snla164.pdf).
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 16
2.2.4 ZUNANJA IZOLACIJA – PLAŠČ
Zaščitni plašč predstavlja zaščito proti motečim zunanjim dejavnikom, katerim je kabel
podvrţen, obenem pa kablu zagotavlja trdnost. Največ se uporablja PVC, ki je odporen
proti pritiskom ter kemičnim vplivom. Ima dobro proţnost ter upogljivost pri nizkih
temperaturah in izpolnjuje vrsto zahtev glede vnetljivosti (povz. po http://www.ti.com/
lit/an/snla164/snla164.pdf.).
2.3 SUKANA PARICA
Sukana parica je sestavljena iz para izoliranih sukanih bakrenih ţic. Je najcenejši in
najpogosteje uporabljen medij v telefonskem omreţju in lokalnem računalniškem omreţju
(LAN, ang. local area network), uporablja pa se lahko tako za digitalni kot analogni prenos
signalov. Uporaben frekvenčni spekter pri sukani parici je okoli 1 MHz, kapaciteta kanala
oziroma hitrost prenosa pa je 2–3 Mbps (povz. po Stallings, 2006, str. 107). Novejši
standardi za prenos po sukani parici uporabljajo tudi do 2,2 MHz spektra.
Slika 5: Sukana parica
(https://3.imimg.com/data3/CM/TK/MY-5375660/cat-5e-twisted-pair-cable-250x250.jpg)
Pri prenosu obstaja obratno sorazmerje med razdaljo in hitrostjo prenosa podatkov, kar
pomeni, da je v primeru večjih razdalj večji tudi vpliv napak in oslabitev, ki zmanjšajo
hitrost prenosa podatkov. Sukana parica je precej občutljiva na zunanje motnje, šum in
popačenja, vključno z elektromagnetno interferenco (EMI, ang. electromagnetic
interference), radiofrekvenčno interferenco (RFI), občutljivost je lahko večja tudi zaradi
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 17
vpliva vlage in korozije. Nezaţelene učinke lahko zmanjšamo s številnimi ukrepi.
Učinkovita zaščita oziroma izolacija ţice pripomore k zmanjšanju občutljivosti na motnje,
zvijanje ţice pa zmanjšuje nizkofrekvenčne motnje in presluh. Posamezne parice imajo
različno število zavojev na 1 m dolţine, zato je presluh med paricami istega kabla manjši.
Pri prenosu analognih signalov so potrebni ojačevalniki vsakih 5–6 km, za digitalni prenos
pa repetitorji vsakih 2–3 km. To pa hkrati pomeni več komponent, ki jih je treba
vzdrţevati, in več točk, kjer se lahko pojavijo teţave, kar vodi k višjim stroškom v smislu
dolgoročnega delovanja (povz. po Stallings, 2006, str. 107).
Poznamo dva tipa sukanih paric: zaščitene in nezaščitene. Nezaščitena sukana parica
(UTP, ang. unshielded twisted pair) je navadna telefonska ţica, najcenejša med vsemi
prenosnimi mediji, enostavna za uporabo in namestitev, ki se običajno uporablja za lokalna
omreţja in telefonske linije. UTP-kabel je občutljiv na zunanje elektromagnetne motnje in
šum s strani drugih naprav v bliţini. Ena izmed moţnih teţav je tudi presluh, na katerega je
UTP-kabel zelo občutljiv. Več ko je zavojev parice na meter ţice, manjša je moţnost
presluha. Nezaţelene učinke lahko zmanjšano s prepletenim kabelskim ovojem ali folijo;
tak zaščiten sukan par (STP, ang. shielded twisted pair, in FTP, ang. foiled twisted pair)
zagotavlja boljše rezultate pri višjih hitrostih prenosa podatkov, vendar pa pomeni tudi
večji strošek. Pri kablih FTP in STP z oklopi dodatno tudi zmanjšamo moţnost presluha
(povz. po Hura in Singhal, 2001, str. 178).
Več prepletenih parnih ţic je pogosto sklenjenih skupaj in tvorijo parični kabel. Število
paric v kablu je različno. V omreţjih se večinoma uporabljajo kabli s štirimi ali dvema
paroma sukanih paric, vsaka od ţic v parici pa je označena z barvo, kar omogoča tudi laţjo
identifikacijo. Kabli z dvema paroma paric uporabljajo konektor RJ-11, kabli s štirimi pa
konektor RJ-45.
Slika 6: UTP-kabel s konektorjema RJ11 in RJ45
(http://www.lextec.com/cab_modular.html)
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 18
Sukana parica je primerna tako za prenos govora kot podatkov. Karakteristična impedanca
neoklopljene parice je pribliţno 100 ohmov, ţice pa so od debeline 0,4–0,9 mm (povz. po
Stallings, 2006, str. 107). Parične kable delimo v več kategorij, odvisno od hitrosti
povezave (tabela 1).
Tabela 1: Kategorije UTP-kablov v povezavi s hitrostjo prenosa
(Povz. po Hura in Singhal, 2001, str. 179.)
KATEGORIJA HITROST PRENOSA
UTP Kategorija 1 2400 b/s
UTP Kategorija 2 4 Mb/s
UTP Kategorija 3 16 Mb/s
UTP Kategorija 4 20 Mb/s
UTP Kategorija 5 100 Mb/s
UTP Kategorija 6 250 Mb/s
Splošne lastnosti sukane parice (povz. po http://ecomputernotes.com/computernet
workingnotes/communication-networks/twisted-pair):
Debelejša je ţica, manjša je upornost, močnejši je signal pri določeni razdalji ter s tem
boljše delovanje medija. Debelina ţice (AWG, ang. American wire gauge) je
regresivna, kar pomeni: večja ko je številka, tanjši je prevodnik.
Učinkovita zmogljivost sukane parice in njene pasovne širine je odvisna od več
dejavnikov: debeline prevodnika, dolţine kabla in razmika med ojačevalniki/repetitorji.
Višja frekvenca lahko povzroči motnje (presluh) v delovanju drugih signalov na drugih
parih v kablu ali na paricah v bliţini.
Sukana parica je občutljiva na zunanje dejavnike oziroma motnje, še posebej zaradi
dejstva, da se obnaša kot antena ter tako absorbira oddaljene signale. Potencialni vir
EMI so električni motorji, radijski oddajniki in neonske svetilke. Ko frekvenca prenosa
narašča, je kakovost bakrenega prevodnika močno degradirana in poveča se slabljenje
signala.
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 19
Slika 7: Slabljenje signala v odvisnosti od debeline žice in frekvence
(Stallings, 2006, str. 108.)
Uporabna razdalja sukane parice je omejena. Ko se razdalja med elementi omreţja pri
dani frekvenci povečuje, se hkrati poveča tudi slabljenje signala in zmanjšuje njegova
kakovost. Ob povečanju pasovne širine se poveča nosilna frekvenca in slabljenje
postane večji problem, zato morajo biti ojačevalniki (repetitorji) razporejeni pogosteje.
Zaradi razvitega izboljšanega delovanja UTP-kabla se je njegova uporaba povečala
predvsem pri aplikacijah na krajših razdaljah, kot so telefonska linija, krajevne zanke in
omreţje LAN. Na splošno gledano se UTP večinoma ne uporablja več za daljše
razdalje prenosnih sistemov ali zunaj poslovnih prostorov.
Poleg povečane občutljivosti na zunanje dejavnike je pomembno tudi dejstvo, da UTP-
kabel ponuja slabo varnost, kar pomeni, da mu lahko na relativno enostaven način
prisluškujejo. Slabost pa je tudi njegova tanka zgradba, zaradi česar lahko kabel hitreje
poči oziroma se poškoduje.
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 20
2.4 KOAKSIALNI KABEL
Koaksialni kabel je sestavljen iz notranjega prevodnika, ki je lahko enojna samostojna ţica
ali pa je v snop ovitih več ţic. Ta prevodnik nato obdajata notranja izolacija ter kabelski
ščit, celoten kabel pa je potem prekrit še s PVC-plaščem. Premer koaksialnega kabla je
lahko med 0,6 in 2,5 cm, uporablja pa se lahko za daljše razdalje kot sukana parica (povz.
po Hura in Singhal, 2001, str. 181).
Slika 8: Koaksialni kabel
(https://www.copper.com/cart/RG213-95pct-Shield-Coax)
Koaksialni kabel prenaša signale višjih frekvenčnih območij v primerjavi s sukano parico.
Poznamo dve vrsti koaksialnih kablov, ki se pogosto uporabljata: 50-ohmski baseband in
75-ohmski broadband kabel. 50-ohmski kabel se uporablja za digitalni prenos podatkov,
medtem ko se 75-ohmski uporablja za prenos analognih in digitalnih video signalov (povz.
po Hura in Singhal, 2001, str. 182). Vsestranskost tega prenosnega medija omogoča
njegovo uporabo v različnih aplikacijah, kot so na primer kabelska televizija, ethernetna
LAN-omreţja, digitalni prenos, vendar pa je treba omeniti, da se koaksialni kabel sooča
tudi z vse večjo konkurenco optičnih vlaken. Pogosto se uporablja tudi pri povezavi
krajšega dosega, med različnimi računalniškimi napravami.
Kot je razvidno iz slike 9, ima koaksialni kabel frekvenčne karakteristike, ki so boljše od
sukane parice (na sliki 7) in se lahko tako učinkovito uporablja pri višjih frekvencah in
prenosih podatkov.
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 21
Slika 9: Frekvenčna karakteristika kabla
(Stallings, 2006, str. 108.)
Zaradi svoje zaščite in konstrukcije je koaksialni kabel precej manj občutljiv na
interference in prisluškovanja kot sukana parica. Glavne omejitve glede učinkovitosti so
slabljenje, termični šum in intermodulacijski šum. Slednji je prisoten le, če je na kablu v
uporabi več frekvenčnih pasov. Za prenos na dolge razdalje analognih signalov so potrebni
ojačevalniki vsakih nekaj kilometrov, v primeru višjih frekvenc pa so te razdalje manjše.
Uporaben frekvenčni spekter za analogni prenos je do 500 MHz. Za digitalni prenos pa so
repetitorji potrebni na skoraj vsak kilometer, v primeru višje hitrosti prenosa pa še
pogosteje (povz. po Stallings, 2006, str. 112).
Baseband 50-ohmski koaksialni kabel je bil prvotno uporabljen za sistem ethernet, ki
deluje na 10 Mbps. Pri prenosu digitalnih signalov v analognem omreţju mora vsak
vmesnik imeti analogno/digitalne pretvornike.
Splošne lastnosti koaksialnega kabla (povz. po http://ecomputernotes.com/computernet
workingnotes/communication-networks/twisted-pair):
Profil koaksialnega kabla je debelejši kot pri sukani parici. S tem se poveča
razpoloţljiva pasovna širina in uporabna razdalja prenosa, hkrati pa se povečajo tudi
stroški izdelave.
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 22
Dejanska zmogljivost koaksialnega kabla je odvisna od več dejavnikov: od širine
notranjega prevodnika do razdalje med ojačevalniki. Razpoloţljiva pasovna širina
preko koaksialnega kabla je zelo pomembna in se uporablja pri prenosu slike ali
podatkov. K učinkovitosti kabla pripomore tudi dober zunanji ščit oziroma plašč kabla.
Koaksialni kabel je precej varen in je prisluškovanje precej teţje kot pri sukani parici.
Pri izdelavi koaksialnega kabla nastane več stroškov, vendar pa pozitivne značilnosti
koaksialnega kabla pogosto prevladajo nad stroški ravno pri visokih zmogljivostih
podatkovnih aplikacij.
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 23
3 VZROK ZA NASTANEK MOTENJ
Ko se signal prenaša preko komunikacijskih kanalov, je lahko izpostavljen različnim
vrstam motenj, ki vplivajo nanj in ga tako oslabijo. Rezultat tega je, da prejeti signal na
sprejemniku ni enak poslanemu signalu na oddajniku. Posledice okvare signala se kaţejo
na različne načine za analogne in digitalne signale. Pri analognem signalu se spremembe
kaţejo v popačenju signala, medtem ko na drugi strani pri digitalnem signalu pride do
napak pri bitnih vrednostih (povz. po Held, 2000).
Pri prenosu analognih signalov je ena najbolj kritičnih zahtev varovanje podatkov. Pri
prenosu so izgube signala neizogibne, do njih pa pride zaradi različnih električnih motenj.
Šum in izgube sta dva poglavitna problema pri prenosu analognih signalov.
Šum je opredeljen kot nezaţelen električni ali magneti pojav, zaradi katerega pride do
popačenja sporočila. Šum lahko glede na izvor razdelimo v dve skupini, in sicer zunanji ter
notranji. Medtem ko je notranji šum povezan s komponentami kabla in samim signalom,
pa so vzroki zunanjega šuma naravni ali umetni električni ali magnetni pojavi, ki vplivajo
na poslani signal. Šum omejuje sposobnost pravilne identifikacije poslanega sporočila in
zato s tem omejuje prenos podatkov (povz. po http://www.omega.com/literature/
transactions/transactions_vol_ii.pdf).
Ali šum negativno vpliva na pravilno delovanje sistema, je odvisno od razmerja med
skupno močjo signala in skupno ravnjo šuma. To imenujemo razmerje signal – šum.
Merimo ga v decibelih (dB).
N
SdB
P
PNS log10/
PS je moč signala.
PN je moč šuma.
Če je moč signala velika v primerjavi s šumom, potem lahko šum pogosto zanemarimo.
Vseeno pa lahko na velikih razdaljah, kjer signal potuje z omejeno močjo, šum popolnoma
prekrije koristni signal.
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 24
Čeprav je lahko notranja in zunanja interferenca problematična pri pošiljanju analognih
signalov, se analogni prenos signalov dokaj široko in uspešno uporablja v industriji.
Učinke šuma lahko zmanjšamo s skrbnim načrtovanjem, pravilno namestitvijo, izbiro ţic
in kablov, zaščito ter ozemljitvijo. Eden od načinov, s katerimi poskušajo inţenirji
zmanjšati učinke šuma, je povečanje razmerja signal – šum. To vključuje povečanje moči
signala, ki se pošilja. Čeprav to deluje v nekaterih primerih, ima tudi svoje omejitve. S
povečanjem moči signala se poveča amplituda signala, kar okrepi signal, hkrati pa tudi
šum (povz. po http://www.omega.com/literature/transactions/transactions_vol_ii.pdf).
Ozemljitev je prevodna pot za tok med električnim vezjem in zemljo. Pravilna ozemljitev
je bistvenega pomena za učinkovito delovanje katerega koli merilnega sistema, naprave ali
aparature. Nepravilna ozemljitev lahko povzroči ozemljitveno zanko in s tem dovzetnost za
motnje.
Ozemljitvene ţice so običajno izdelane iz materialov, ki imajo zelo nizko upornost.
Predstavljajo zaščito pred nezaţelenimi sofaznimi signali in preprečujejo stik z nevarnimi
napetostmi. Ozemljitvena zanka nastane, ko je več točk (lahko tudi samo dve) v
električnem sistemu ozemljenih – pripetih na različne potenciale.
Obstaja veliko različnih ozemljitvenih tehnik, namenjenih ne le zaščiti podatkov, ki se
prenašajo, ampak tudi zaščiti opreme, naprav in ljudi. Obstajata dva modela, po katerih bi
morali biti ozemljeni vsi sistemi in naprave. Prvi je ta, da morajo biti ozemljene vse
merilne in snemalne naprave, tako da se lahko meritve opravijo z moţnostjo ničelne
napetosti.
To zagotavlja, da potenciali ne pridejo v stik z merilnimi napravami in da ohišje opreme ne
prenaša napetosti. Za ozemljitev ohišja potrebujemo povezavo enega ali več bakrenih
vodnikov, ki so povezani z ozemljitveno palico oziroma omreţjem. Ta sistem ozemljitve
daje podlago za zavrnitev motilnih sofaznih signalov (brnenje). Zelo je pomembno, da je
taka ozemljitev stabilna (povz. po http://www.omega.com/literature/transactions/
transactions_vol_ii.pdf).
Druga ozemljitev pa je vezana na signal. Pri tem je treba zagotoviti stabilen referenčni
okvir za merjenje vseh signalov na nizki ravni. Zelo je pomembno, da je signalna
ozemljitev ločena in izolirana od električne ozemljitve, kajti če bi bila povratna signalna
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 25
linija ozemljena na izvoru signala in na ohišju naprave, bi lahko razlika v potencialu med
dvema ozemljitvama povzročila kroţenje toka. Le-ta bi bil neposredno dodan signalu iz
merilnega inštrumenta. Ozemljitvena zanka lahko povzroči na signalu 100-krat večjo
motnjo, kot je originalen signal (povz. po http://www.omega.com/literature/
transactions/transactions_vol_ii.pdf).
Drug pomemben vidik, ki ga je treba upoštevati pri prenosu analognih signalov, je ustrezna
napeljava, ki lahko učinkovito zmanjša motnje. Za analogni prenos signala se običajno
uporabljajo dvo- ali triţilni kabli. V sistemih, ki zahtevajo visoko natančnost, je tretji
vodnik, tako imenovani oklop, nujen. V konfiguraciji s tremi ţicami je oklop ozemljen na
izvoru signala zaradi zmanjšanja motenj skupnega signala. Vendar pa to ne izključuje vseh
moţnosti nastanka motenj brnenja (ang. hum). Bistveno je, da so zaščitene signalne linije, s
čimer se prepreči prestrezanje motenj, na primer takrat, kadar sta motnja in frekvenca
signala v istem frekvenčnem pasu, kajti signal v napravi ne more biti izoliran ločeno od
motnje (povz. po http://www.omega.com/literature/transactions/transactions_vol_ii.pdf).
Na splošno se dvoţilni transportni mediji uporabljajo za prenos analognih signalov. Prenos
izmeničnega toka in napetosti lahko v bliţnjem vodniku povzroči motnje. Te nastanejo
zaradi različnih razdalj ţic od izvora motečega signala. Obstaja veliko različnih moţnosti
za oţičenje, s čimer zmanjšamo nezaţeleno prestrezanje motenj na liniji. Koaksialni kabel
in sukana parica sta ena izmed alternativ za zaščito podatkov pred motnjami. Koaksialni
kabli ne proizvajajo zunanjih električnih in magnetnih polj in te imajo nanje tudi
minimalen vpliv. To pomeni, da so idealna, čeprav draţja rešitev za prenos signalov (povz.
po http://www.omega.com/literature/transactions/transactions_vol_ii.pdf).
3.1 TOKOVNA ZANKA
Glavni vzrok za nastanek brnenja, interference in motnje v avdio, video in računalniških
sistemih je tokovna zanka (ang. ground loop). Tokovna zanka je lahko posledica
neustreznega načrtovanja, pokvarjene opreme ali slabe povezave med električnimi
napravami. Do nje pride, ko je ena ali več naprav priključenih na izmenični tok na
različnih lokacijah, nato pa so med seboj povezane s kabli, ki imajo del skupne povezave z
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 26
zemljo. Upornost skupnega dela povezave predstavlja RG v spodnji sliki. V idealnem
primeru je RG enak nič, če ni nič, imamo vpliv toka enega tokokroga na drugega,
tokokroga vplivata drug na drugega (povz. po https://en.wikipedia.org/wiki/Ground_loop_
(electricity)).
G
GGOUT
RR
RVVVVV
1
122
Slika 10: Tokovna zanka
(https://en.wikipedia.org/wiki/Ground_loop_(electricity))
V območju in okolici priključenih naprav je vedno prisotno elektromagnetno polje,
katerega velikost je močno odvisna od ureditve oţičenja in napeljave. Preprosto povedano,
ţica je nekakšne vrste antena, ki prestreza motnje preko elektromagnetne indukcije.
To vpliva na tok, povzročen v zanki, saj je vzrok zanke prisotnost magnetnega polja, ki ga
povzročijo frekvence napajanja ali drugih sistemov. Kombinacijo polja sevanja in
dovzetnosti za tokovno zanko, ki povzroča motnje, je mogoče izboljšati s poudarkom na
odpravljanju vzroka na eni ali obeh straneh.
Problem tokovne zanke je mogoče popraviti in preprečiti. Pomembno je, da se
proizvajalec, monter sistema ter končni uporabnik zavedajo, da lahko do teţav pride in da
se je z ustreznim načrtovanjem mogoče izogniti virom tovrstnih teţav.
Motnjam iz omreţja, šumenju oziroma brnenju, se izognemo pri medmreţnem
povezovanju na dva načina: z ustrezno izolacijo in uravnoteţeno medomreţno povezavo.
Izolacija je najhitrejši in najzanesljivejši način reševanja šumenja oziroma brnenja. Signal
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 27
je izoliran s pomočjo transformatorja, tako da imata vir signala in sprejemna naprava
ločeno zaščitene ozemljitvene povezave (povz. po https://en.wikipedia.org/wiki/
Ground_loop_(electricity)).
Slika 11: Uporaba ločilnega transformatorja
(https://www.bhphotovideo.com/c/product/633340-
REG/Allen_Avionics_GLE_75_GLE_75_Ground_Loop.html)
Tako lahko vse nesimetrične povezave poveţemo s simetričnimi in popravimo problem
brnenja in šumenja. V analognih aplikacijah, kot je na primer zvok, lahko transformator
povzroči nekaj degradacij signala z omejevanjem pasovne širine in popačenjem signala.
Obstajajo posebni polprevodni izhodni gonilniki in sprejemniki, ki omogočajo, da sistem
deluje z manjšim številom komponent. To je splošno bolj učinkovito od transformatorjev,
vendar še vedno relativno drago, saj silikonski čip vsebuje zelo natančno ujemajoče se
upore. Ta stopnja ujemanja pri diskretnih modelih komponent ni realno dosegljiva (povz.
po https://en.wikipedia.org/wiki/Ground_loop_(electricity)).
Pri analognem videu se motnja iz omreţja opazi kot horizontalni pas svetlejših ali
temnejših vrstic na zaslonu. To se pogosto pojavi pri video projektorjih, kjer je ohišje
prikazovalnika ozemljeno preko tripolnega priključka, druge komponente pa preko
koaksialnega CATV-kabla. V tem primeru je video kabel ozemljen na eni strani na
električni sistem in na drugi stani na TV-kabel, kar povzroči prenos toka po kablu, ki
popači sliko. Ta problem se ne da rešiti z navadnim izoliranim transformatorjem na video
viru, ampak je treba izolacijo zagotoviti na koaksialnem kablu (povz. po
https://en.wikipedia.org/wiki/Ground_loop_(electricity)).
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 28
Teţava s tokovno zanko pri televizijskemu koaksialnemu kablu lahko vpliva na povezane
avdio naprave, kot je na primer sprejemnik. Tudi če so vse avdio in video naprave
priključene na isto vtičnico in s tem ozemljitev, je koaksialni kabel, priključen na televizor,
včasih ozemljen na drugi točki. To povzroči nezaţeleno omreţno motnjo, ki je v celoti
problem nepravilnega načrtovanja opreme.
V digitalnih sistemih, ki običajno prenašajo podatke serijsko, je napetost signala pogosto
veliko večja od inducirane napetosti frekvence napajanja, vendar pa se pojavijo drugačne
teţave. Z neusklajeno kapacitivnostjo ali napetostjo v pozitivni in negativni ţici so tokovi v
ţicah različni, kar povzroči kroţenje toka pri različnih frekvencah signala. To lahko
povzroči večjo tokovno zanko ter s tem večje sevanje, kar povzroča motnje in interferenco
na drugih napravah ter opremi. Pri video povezavi lahko to povzroči samo šum na zaslonu
naprave ali pa popolno nedelovanje naprave. Pri podatkovnih aplikacijah pa lahko pride do
izgube podatkov.
Z namestitvijo majhnih feritnih jeder okoli obeh koncev kabla ali pa znotraj opreme
prekinemo tokovno zanko, s čimer zaviramo neuravnoteţen električni tok brez vplivanja na
diferenčni signal. Ta tehnika velja tudi za koaksialne povezave in mnoge kamere imajo
feritna jedra montirana na napajalnih kablih ali zunanjih avdio izhodih z namenom
prekinitve visokofrekvenčnega električnega toka, če uporabnik nehote ustvari zanko pri
povezovanju zunanje opreme (povz. po https://en.wikipedia.org/wiki/Ground_
loop_(electricity)).
Kot ţe omenjeno, je tokovna zanka pogosto posledica pomanjkljive medsebojne povezave
med električnimi komponentami.
Slika 12: Komponenti, povezani s kablom, po katerem teče tok skozi ščit prevodnika
(https://en.wikipedia.org/wiki/Ground_loop_(electricity))
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 29
Slika 12 prikazuje povezavo dveh električnih komponent, vključno z ojačevalniki. Kabel
ima ozemljen zaščiten prevodnik (oklop), ki je povezan z ozemljitvijo vsake komponente.
Ojačevalnik komponente 1, na levi stani, ima signal V1 med signalnim in ozemljenim
vodnikom kabla. Na desni strani sta signalni in ozemljeni prevodnik priključena na
diferenčni ojačevalnik. Ta daje na izhodu signal V2, ki je ojačena razlika napetosti VS2 in
napetosti oklopa VG2.
222 GS VVV
Če teče po oklopu tok I iz drugega vira, ta ustvari padec napetosti na uporu R (upornost
oklopa) in je vhodna napetost na diferenčnem ojačevalniku drugačna od VS1.
RIVV G 12
Ker je vhodna impedanca diferenčnega ojačevalnika zelo velika, le malo toka lahko teče po
signalni ţici, zato ni padca napetosti in je 12 SS VV (povz. po https://en.wikipedia.
org/wiki/Ground_loop_(electricity)).
Pri video signalih velja princip, da je ena od izhodnih sponk generatorja signala (na levi
strani slike 12) ozemljena (oklop kabla), na sprejemni strani pa mora biti kabel zaključen s
karakteristično impedanco kabla 75 Ω (da ni refleksij na kablu), zato vhodne sponke
porabnika signala (na desni strani slike) ne smejo biti vezane na ozemljitev, ampak so
plavajoč potencial in so vezane na vhod diferenčnega ojačevalnika.
Celovita rešitev zank je uporaba opreme preko simetrične signalne linije. Pri simetrični
liniji (uravnoteţenem kablu) je signal poslan kot diferenčni signal po paru ţic, od katerih ni
nobena povezana z ozemljitvijo. Vsaka motnja, inducirana v signalno linijo, je sofazni
signal, enak v obeh ţicah. Ker se sprejemnik na zaključku linije odziva le na diferenčni
signal, je pri tem vpliv sofazne motnje izničen. Ti sistemi so zelo imuni na električne
motnje, zaradi tega se pri povezovanju opreme pogosto uporabljajo (povz. po
https://en.wikipedia.org/wiki/Ground_loop_(electricity)).
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 30
Slika 13: Simetrična povezava
(http://www.aviom.com/blog/balanced-vs-unbalanced/)
3.2 STRELA
Strela je vir elektromagnetnih motenj v zraku in motenj signalov za kable, vkopane v
zemljo blizu udara strele v zemljo.
Poenostavljeno lahko rečemo, da so za nastanek strele potrebni trije pogoji: vlaga,
kondenzacijska jedra in toplota. Zaradi termičnega strujanja vlaţnega zraka se v tipičnem
nevihtnem oblaku začnejo pozitivno nabiti delci kopičiti v zgornjem delu, negativni pa
ostanejo v spodnjem delu oblaka. Večina strel nastane znotraj oblaka in le majhno število
se jih usmeri proti zemlji. Mnogo strel proti zemlji se tudi ne konča, ker niso izpolnjeni vsi
potrebni pogoji za sklenitev prevodne poti.
Dielektrična trdnost zraka, pomešanega z vodnimi kapljicami, znaša pribliţno 10 kV/cm.
Nad to kritično vrednostjo pride do ionizacije zraka. Ker je tudi električno polje znotraj
oblaka večinoma močnejše kot na zemlji, začne strela običajno nastajati v zraku. V
določenih pogojih se zaradi visoke električne poljske jakosti iz streamerja (tok pozitivnih
delcev iz zemlje) oblikuje tako imenovani leader. Ta se iz spodnjega dela oblaka, ki ima
preseţek negativnega naboja, skokovito širi proti zemlji. Na svoji poti ionizira zrak in
ustvarja negativno nabit kanal (povz. po Babuder, 2004, str. 24).
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 31
Slika 14: Ločevanje naboja v nevihtnem oblaku
(http://www.sdgss.si/predstavitev/nastanek-razelektritvenega-procesa-in-loevanje-naboja)
Hitrost potovanja leaderja ni vselej enaka in je mnogo manjša od svetlobne hitrosti. V
kanalu leaderja teče električni tok, ki je relativno majhne jakosti in znaša pribliţno 20 mA.
Ob tem nastane običajno več leaderjev, ki skupaj z glavnim leaderjem oblikujejo razvejano
strukturo kanalov. Medtem ko se leader pribliţuje tlom, električno polje narašča, dokler ne
pride do preskoka. Ko se leader bliţa k tlom, se začne z zemlje v nasprotni smeri dvigovati
povezovalni leader. Ko se osnovni leader v tako imenovani točki dotakne enega od njih,
pride do povratnega udara. Tok v kanalu tako hitro naraste tudi do 200 kA. Temperatura
znotraj kanala znaša nekaj 1000 K in segreti zrak zaradi hitrega širjenja povzroči zvočni
val, ki ga slišimo kot grom. Hitrost širjenja povratnega udara je blizu 1/10 svetlobne
hitrost. Čas trajanja velikega toka je nekako med 200 in 500 µs, nato pade na neko nizko
vrednost, za tem pa nekaj časa pada mnogo počasneje (povz. po Babuder, 2004, str. 24).
Strele delimo po različnih merilih. Najprej jih razdelimo po lokaciji: strele znotraj oblaka,
strele med oblaki in strele med oblakom in zemljo. Strele med oblakom in zemljo pa nato
razdelimo na pozitivne in negativne. Negativne so tiste, ki ob razelektritvi odvedejo iz
oblaka negativni naboj. Teh je pribliţno 90 % vseh strel med oblakom in zemljo. Strele
med oblakom in zemljo lahko razdelimo na padajoče in dvigajoče (povz. po Babuder,
2004, str. 24).
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 32
Udar strele lahko poškoduje elektronske naprave, kot so telefoni, modemi, računalniki in
druge naprave, saj povzroča povečan tok, ki lahko pride do teh naprav preko telefonske
vtičnice, ethernetnega kabla ali električne vtičnice. Poleg tega pa lahko udar strele generira
elektromagnetni impulz, še posebej v času pozitivne strele. Tok strele ima zelo hiter čas
vzpona, in sicer 40 kA na mikrosekundo, vodnik takega toka pa lahko povzroči izrazit
skinefekt, pri čemer steče največ toka skozi zunanjo površino vodnika. Poleg tega pa strela
moti AM-radijske signale bolj kot FM-signale (povz. po http://www.iosrjournals.org/iosr-
jce/papers/Vol17-issue5/Version-1/I017515658.JCE%20[ZSEP04].pdf).
Impulzni šum, ki je posledica strele, je kratkotrajen pulz z veliko amplitudo. Pri analognih
podatkih običajno predstavlja manjšo nevšečnost; prenos govora je lahko na primer
poškodovan s krajšimi kliki ali hreščanjem brez izgub. Pri digitalni podatkovni
komunikaciji pa je impulzni šum glavni vir napak. Na primer močan pulz s časovnim
trajanjem 0,01 s ne bi uničil glasovnih podatkov, bi pa poškodoval 560 bitov digitalnih
podatkov, ki se prenašajo s hitrostjo 56 kbps in povzročil spremembo bita 1 v 0 in obratno,
0 v 1 (povz. po Stallings, 2006, str. 90).
Poleg tega je udarec strele nevaren, da poškoduje opremo in ljudi, ki se nahajajo pri
opremi, zato je posebna pozornost potrebna pri zaščiti ljudi in opreme. Udar strele
povzroči prenapetost na kablih, kar ima za posledico poškodbe na vezju in polprevodnikih.
Motnje na vezju so lahko posledica elektrostatične ter elektromagnetne indukcije ali pa
neposrednega stika – prevodnosti. Različne metode zaščite veljajo za vsako izmed njih.
Inducirane prenapetosti imajo v primerjavi z direktnim udarom drugačne lastnosti. V vezju
sukane parice bo napetost inducirana sofazno. To pomeni, da bosta prenapetost in tok na
vsakem kraku para vezja pribliţno enaka amplitudi in polarnosti (povz. po
http://www.cablinginstall.com/articles/print/volume-13/issue-2/contents/security/protecting
-against-the-power-of-lightning.html).
Z vidika zaščite pred strelo je seveda najpomembnejša vrednost velikosti razelektritvenega
toka, saj ta teče preko naprav zaščite objekta in s svojimi vzporednimi potmi tudi po
kovinskih delih samega objekta. Ozemljitev ali katerikoli drug prevoden predmet, zakopan
v zemljo ali v prevodni povezavi z zemljo, ima neko upornost. Ko steče skozi prevodne
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 33
dele električni razelektritveni tok, se na njih pojavi napetost z značilno obliko
potencialnega lijaka.
Prenapetostno zaščito je mogoče doseči z ustreznim ščitom oziroma oklopom kabla in
njegovo povezavo z zemljo. Je pa treba zaščititi tudi posamezne linije v kablu zaradi
uporabnikov, ki ne smejo utrpeti poškodb zaradi napetostnih udarcev. Zaščita posamezne
linije je večstopenjska: groba, finejša in fina. Grobo zaščito predstavljajo iskrišča, ki so
povezana z dobro ozemljitvijo, finejšo zaščito predstavlja plinski odvodnik, povezan z
zemljo, najfinejšo pa predstavlja uporaba varistorjev, ki jih včasih ne smemo uporabiti,
kadar bistveno vplivajo na frekvenčno karakteristiko prenosne poti (varistor predstavlja
kapacitivnost). Iskrišče reagira počasi, ko pride do prebojnih napetosti, vendar prenese
velike tokove, prav tako ima krajši reakcijski čas plinski odvodnik, je pa varistor zelo hiter
v reakcijah in prenese razmeroma velik tok za kratek čas.
3.3 FREKVENČNA DISPERZIJA
Digitalni impulzi so sestavljeni iz velikega števila sinusnih višjeharmonskih komponent.
Če vsaka izmed teh komponent potuje po liniji z različnimi hitrostmi, bodo do bremena
prišle različno časovno hitro, kar ima za posledico popačenje impulza. To imenujemo
disperzija, kar je posledica razlik v fazni hitrosti. Zaradi disperzije pride do intersimbolne
interference ISI (impulzi postanejo razmazani) in sprejemnik teţje razločuje med »0« in
»1«. Poleg tega so različne frekvence različno dušene na kablu in po določeni dolţini kabla
je treba pravokotne impulze regenerirati, ker bi jih sicer ne mogli, če bi še naprej potovali
po kablu. Obstaja maksimalna še uporabna dolţina kabla, ki je odvisna od vrste kabla in
frekvence, ki je ne smemo prekoračiti. Pri frekvenčni disperziji se impulzi zlivajo
(razmaţejo) in posledica tega so daljši impulzi.
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 34
Slika 15: Nastanek intersimbolne motnje
(http://complextoreal.com/wp-content/uploads/2013/01/isi.pdf)
Slika 15 a prikazuje sekvenco podatkov, ki jih ţelimo poslati. Črtast signal je oblika, ki je
dejansko poslana. Na sliki b so prikazani simboli, ki so sprejeti. Kot vidimo, vsak simbol
povzroča prekrivanje signala s signalom naslednjih simbolov. Na sprejemniku, slika c,
dobimo signal, ki je vsota vseh izkrivljenih simbolov. V primerjavi s poslanim direktnim
signalom je sprejeti signal precej nejasen. To je nezaţelen pojav, saj imajo prejšnji simboli
podoben učinek kot šum, zaradi česar je komunikacija manj zanesljiva (povz. po
http://complextoreal.com/wp-content/uploads/2013/01/isi.pdf).
O frekvenčni selektivnosti kanala govorimo takrat, kadar je pasovna širina signala večja
oz. širša od pasovne širine kanala (Bs > Bc) in je zaradi tega izgubljen del signala. Takrat
prihaja do ISI in pravimo, da je kanal frekvenčno selektiven.
Intersimbolno interferenco lahko zmanjšamo na dva načina: z zmanjšanjem hitrosti
prenosa vsakega kanala (prenosni pas razdelimo v ozke frekvenčne pasove – uporabimo
ortogonalni frekvenčni multipleks OFDM) ali pa uporabimo način kodiranja, ki je odporen
na ISI – CDMA (povz. po http://complextoreal.com/wp-content/uploads/2013/01/isi.pdf).
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 35
4 ODPRAVLJANJE NAPAK IN REŠITVE
Šum postane problem, če predstavlja oviro pri obdelavi signalov, ki se prenašajo med
napravami. Če se pri načrtovanju in nameščanju sistema opiramo na preproste rešitve in
tehnike, lahko v večini vplivamo na šum in odpravimo napake. Nekatere tehnike ţe na
vhodu preprečujejo vstop šuma v sistem, spet druge pa odstranijo šum iz signala. Za
pravilno izbiro rešitve za teţave je treba te najprej najti in izolirati. Odpravljanje teţav
vključuje preverjanje nekaj osnovnih elementov, da vidimo, ali je problem preprost ali
zapleten za reševanje.
Eden izmed načinov odprave tokovne zanke je prekinitev na oklopu prevodnika kabla in
odstranitev ozemljenega dela na koncu obremenitve. Gre za najenostavnejšo rešitev,
problem pri tem pa je, da pretvorimo sistem v enosmeren, s čimer se lahko spremeni
karakteristična impedanca kabla, komponenta pa postane po odstranitvi ozemljenega dela
neozemljena.
Slika 16: Prekinitev na oklopu vodnika
(https://en.wikipedia.org/wiki/Ground_loop_(electricity)
Upor 10 Ω v oklopu vodnika na koncu obremenitve ravno tako predstavlja način prekinitve
tokovne zanke. Tak upor je dovolj velik, da zmanjša magnetno polje induciranega toka in
ozemlji sistem v primeru odstranitve neozemljene komponente. Pomanjkljivost se pokaţe
v visokofrekvenčnih sistemih, kjer prihaja do neusklajenosti impedanc in uhajanje signala
na oklop kabla (povz. po https://en.wikipedia.org/wiki/Ground_loop_(electricity)).
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 36
Slika 17: Vezava upora v oklopu vodnika
(https://en.wikipedia.org/wiki/Ground_loop_(electricity))
Najboljša rešitev je uporaba ločilnega transformatorja (ang. hum eliminator), ki je
nameščen med omreţjem in porabnikom. Njegova osnovna naloga je galvanska ločitev
obeh.
Slika 18: Vezava ločilnega transformatorja
(https://en.wikipedia.org/wiki/Ground_loop_(electricity))
Ločilni transformator prekine enosmerno tokovno povezavo med komponentami, medtem
ko po liniji teče diferenčni signal. Tudi če sta ena ali obe komponenti neozemljeni,
šumenje ali brnenje ne bo prisotno. Uporabljamo ga kot enega izmed ukrepov zaščite pred
električnim udarom, zato ne sme imeti galvanske povezave z drugimi električnimi krogi ali
z zemljo. Boljši ločilni transformatorji imajo ozemljene oklope med dvema sklopoma
navitij (povz. po https://en.wikipedia.org/wiki/Ground_loop_(electricity)).
Asimetrični sistemi so bolj dovzetni za prestrezanje električnih šumov in radiofrekvenčnih
motenj kot simetrični sistemi. Daljši ko je nesimetrični kabel, večja je moţnost nastanka
teţave. Ločilni transformator je eden izmed stroškovno najbolj učinkovitih načinov za
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 37
pretvorbo med asimetričnimi in simetričnimi signali. Uporaba ločilnega transformatorja na
avdio viru video kamere lahko pomaga preprečiti šum v sliki, viden kot sneg ali kot
nezaţelene utripajoče vodoravne črte (povz. po http://www.ebtechaudio.com/appshe2.pdf).
Slika 19: Ločilni transformator
(http://www.markertek.com/productImage/alternate-2/125x125/LEN-LHDF03.JPG)
Feritna dušilka je pasivna električna komponenta, ki zavira visokofrekvenčne šume v
elektronskih vezjih. Predstavlja visoko impedanco le pri visokih frekvencah, tako da
učinkovito ustavi radijske frekvence in digitalni šum, ima pa malo vpliva na šum 50/60 Hz
(povz. po https://en.wikipedia.org/wiki/Ground_loop_(electricity)).
Slika 20: Feritna dušilka
(https://en.wikipedia.org/wiki/Ferrite_bead)
Diferenčni ojačevalnik se uporablja pri prenosu signalov po daljših vodnikih, kjer se
pojavljajo razne motnje (povzročajo jih energetske naprave: iskrenje kontaktov
elektromotorja ali relejev, vklopi in izklopi toka, kratki stiki in podobno). Teţavam se
lahko izognemo, če signal s pomočjo diferenčnega ojačevalnika razdelimo na dva vodnika,
tako da potujeta v protifazi. Če sta vodnika skupaj, se pojavi v obeh vodnikih enaka
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 38
motnja. Signala nato sprejme drugi diferenčni ojačevalnik in ju, skupaj z motnjami,
odšteje. Ker sta koristna signala v protifazi, se ojačita. Motnji pa sta v fazi in se oslabita
(povz. po Lorencon, 1996). Diferenčni ojačevalnik predstavlja osnovno linearno analogno
vezje, ki ima dva vhoda, invertirajoči 𝑉𝑖𝑛− in neinvertirajoči 𝑉𝑖𝑛
+, ter en izhod 𝑉𝑜𝑢𝑡 .
Sestavljen je iz dveh tranzistorjev, ki delujeta protitaktno: ko se prvi zaradi vhodnega
signala odpira, se drugi zapira.
Slika 21: Shema diferenčnega ojačevalnika
(https://en.wikipedia.org/wiki/Differential_amplifier)
Primarna funkcija diferenčnega ojačevalnika je odstranitev sofaznih vsebin iz vhodnega
signala. Z njim ojačimo razliko med dvema vhodnima signaloma. Ko je signal preusmerjen
iz ene naprave v drugo, je pri tem prisoten tudi šum. V diferencialnem sistemu, kjer so
kabli blizu drug drugega, je šum v prevodniku prikazan kot sofazna napetost. Ker
diferenčni ojačevalnik slabi sofazne signale, je sistem bolj imun na zunanje šume. Hkrati
pa omogoča ob prisotnosti šuma ojačenje zelo šibkih signalov.
Kot je bilo ţe v prejšnjem poglavju omenjeno, lahko prenapetostno zaščito doseţemo z
ustreznim oklopom kabla ali pa namestitvijo varnostne naprave na ustrezno mesto
tokokroga. S skrbnim načrtovanjem zaščite zagotovimo, da se preobremenitve oziroma
nenadni kratki stiki odpravijo, preden poškodujejo naprave v omreţju. Prenapetosti lahko
povzročijo škodo tako na električnih inštalacijah kot na napravah. Naloga prenapetostne
zaščite je, da omeji napetost in odvede tokovni sunek. Prenapetostno zaščito lahko
predstavlja posamezen odvodniški element ali pa več odvodniških elementov.
Najpogosteje so to varistorji (MOV – metal oxide varistor), plinski odvodniki (GDT – gas
discharge tube) in pa iskrišča (spark gap). Posamezni odvodniški elementi, ki jih
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 39
uporabljamo v prenapetostnih zaščitah, imajo različne odzivne čase in pa različne odvodne
sposobnosti. Plinski odvodnik ima visoko odvodno sposobnost in pa počasen odziv.
Varistor ima, za razliko od plinskega odvodnika, slabše odvodne sposobnosti in krajši
odzivni čas. Glede na mehanizem delovanja lahko odvodniške elemente razdelimo na
zaščitne elemente s stikalno karakteristiko in zaščitne elemente s stalno omejevalno
karakteristiko (povz. po http://lrf.fe.uni-lj.si/e_rio/Seminarji1516/PrenapetostniOdvodniki.
pdf).
Plinski odvodnik in iskrišče sta zaščitna elementa s stikalno karakteristiko. Ti elementi
reagirajo na pojav prenapetosti tako, da jo kratko sklenejo. Kot ţe samo ime pove, lahko to
delovanje primerjamo z delovanjem stikala. V normalnem obratovalnem stanju ima
element visoko ohmsko upornost, v stanju odvajanja pa preide v nizko ohmsko upornost.
Prenapetostni odvodniki na osnovi tehnologije iskrišč so odvodniki, namenjeni
neposrednim udarom strele. Glede na konstrukcijo se delijo na odprte in zaprte. Prednost
iskrišč je njihova zmoţnost odvajanja velikih tokov, pomanjkljivost pa je slab odzivni čas
(povz. po http://lrf.fe.uni-lj.si/e_rio/Seminarji1516/PrenapetostniOdvodniki.pdf).
Slika 22: Iskrišče in plinski odvodniki
(http://www.fatech-surge-protection.com/surge-protector-type-1-2-for-photovolaic-system-
1000vdc-p-157.html)
Plinski odvodniki so polnjeni z mešanico inertnega plina. Imajo kratek odzivni čas ter
zmoţnost odvajanja velikih tokov. Prav tako imajo majhno kapacitivnost ter visoko
izolacijsko upornost. Njihova uporaba je splošno omejena zaradi nizkih vrednosti
samougasnih nadaljevalnih tokov.
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 40
Varistor je zaščitni element s stalno omejevalno karakteristiko. Način njegovega delovanja
temelji na principu napetostnega delilnika. Njegova sestavna dela sta nelinearna impedanca
zaščitnega elementa in linearna impedanca omreţja med mestom izvora prenapetosti in
mestom vgradnje zaščitnega elementa. Ob pojavu prenapetosti na odvodniškem elementu
ta odreagira nanjo tako, da se mu zmanjša upornost in tako odvede udarni tok, ki je odvisen
od energije prenapetosti (povz. po http://lrf.fe.uni-lj.si/e_rio/Seminarji1516/
PrenapetostniOdvodniki.pdf).
Slika 23: Varistor
(http://www.electroschematics.com/wp-content/uploads/2010/02/metal-oxide-varistos.jpg)
Zavedati se moramo, da je ta zaščita namenjena za primer udara strele v zemljo, kjer v
bliţini poteka komunikacijski kabel, kajti pri neposrednih udarih strele v kabel po navadi
pride do poškodb kabelskih linij in oklopov (uničenje kabla ali dela kabla).
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 41
5 ZAKLJUČEK
V diplomski nalogi so bile opisane osnove komunikacijskega sistema in prenosnih
medijev. Podrobneje je bila opredeljena zgradba kabla ter preučene sestava in
karakteristike koaksialnega kabla in sukane parice. Posebna pozornost je bila namenjena
vzrokom za nastanek motenj pri prenosu signalov in moţnostim ter rešitvam za zmanjšanje
njihovih vplivov.
Prenosni medij omogoča posredovanje informacij od vira do uporabnika, pri čemer je
pomembna zanesljivost prenosa signalov. Zgradba kabla, vrsta izolacijskega materiala in
zaščite ter številni drugi dejavniki prispevajo k učinkovitosti in zanesljivosti delovanja
kabla. Dobro zaščiten kabel je pogoj za ustrezno zaščito pred elektromagnetnimi motnjami
in šumi. Kabelski oklop, ki je nameščen na posameznih vodnikih, lahko v grobem
razdelimo na tri vrste: folija, spirala ter prepleten ovoj. Zadnji je idealen za zmanjševanje
interference pri nizkih frekvencah in ima niţjo upornost pri enosmernem toku.
Sukana parica je precej občutljiva na zunanje motnje, šum in popačenja, še posebej zaradi
dejstva, da se obnaša kot antena ter tako absorbira oddaljene signale. Ta občutljivost je
lahko večja tudi zaradi vpliva vlage in korozije. Učinkovita izolacija ţice pripomore k
zmanjšanju občutljivosti na motnje, zvijanje ţice pa zmanjšuje nizkofrekvenčne motnje in
presluh. Uporablja se tako za digitalni kot analogni prenos signalov. Za razliko od prenosa
analognih signalov se lahko digitalni signali prenašajo po sukani parici pri višjih
frekvencah, vendar na omejeni razdalji nekaj kilometrov.
Koaksialni kabel, ki je po svoji zgradbi asimetričen kabel, se ravno tako uporablja za
prenos analognih in digitalnih signalov. Koaksialni kabel je moţno uporabljati na omejene
razdalje, kjer je za posamezne frekvence tudi določena največja še uporabna razdalja. Če
ga hočemo uporabljati na večje razdalje, moramo vmes narediti regeneracijo impulzov.
Obstaja maksimalna še uporabna dolţina kabla, ki je odvisna od vrste kabla in frekvence,
ki je ne smemo prekoračiti. Zaradi svoje zaščite in konstrukcije je koaksialni kabel precej
manj občutljiv na interference in prisluškovanja kot sukana parica.
Ko potuje signal preko komunikacijskega kanala, je pri tem lahko izpostavljen številnim
virom motenj, ki poslabšajo kakovost in zanesljiv prenos signala. Posledice takih
sprememb se kaţejo na različne načine pri analogne in digitalnih signalih.
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 42
Med nastajanjem diplomske naloge smo ugotovili, da se je mogoče nekaterim motnjam
izogniti s pravilno vezavo in s skrbnim načrtovanjem. Predvsem moramo preprečiti
ozemljitev linije na več koncih hkrati. Preprečiti moramo neţelene tokovne zanke, ki
vnašajo neţelene motnje iz omreţja. Pri analognem videu se taka motnja iz omreţja opazi
kot horizontalni pas svetlejših ali temnejših vrstic na zaslonu.
Posebna pozornost velja atmosferskim razelektritvam in udarcem strele v zemljo v bliţini
poloţenih kablov. Za Slovenijo je znano, da je med evropskimi drţavami med bolj
izpostavljenimi in ogroţenimi, kar se tiče pogostosti strel in tudi jakosti tokov, ki tečejo
med praznjenji nabojev. Vsekakor je na prvem mestu treba poskrbeti za zaščito tako
aparatur na obeh straneh linije (oddajnik, sprejemnik) kot za varnost uporabnika aparatur,
da ne pride do poškodb ali še česa hujšega. Varnost uporabnika je najpomembnejša.
Poleg ustrezne zaščite kabla z oklopom in ozemljitvijo je treba zaščititi tudi posamezne
linije v kablu. Zaščita posamezne linije je večstopenjska: groba, finejša in fina. Grobo
zaščito predstavljajo iskrišča, ki so povezana z dobro ozemljitvijo, finejšo zaščito
predstavlja plinski odvodnik, povezan z zemljo, najfinejšo pa predstavlja uporaba
varistorjev. Varistorji sicer bistveno vplivajo na frekvenčno karakteristiko prenosne poti,
zato niso vedno najbolj primerna rešitev. Enega izmed ukrepov zaščite pred električnim
udarom predstavlja tudi uporaba ločilnega transformatorja, ki je nameščen med omreţjem
in porabnikom, njegova osnovna naloga pa je galvanska ločitev obeh.
Treba se je zavedati, da splošne rešitve, s katero bi preprečili in odpravili vse nezaţelene
napake, ni. S preprostimi rešitvami se lahko izognemo marsikateri napaki in motnji ali pa
vsaj zmanjšamo njihov vpliv v tolikšni meri, da komunikacijski sistem omogoča
zadovoljiv prenos informacij
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 43
6 VIRI IN LITERATURA
1. A Practical Guide To Cable Selection [online]. [Citirano: 5. maj 2015; 18:15].
Dostopno na spletnem naslovu: http://www.ti.com/lit/an/snla164/snla164.pdf.
2. BABUDER, Maks. 2004. Visokonapetostna tehnika. Ljubljana: Univerza v Ljubljani,
Fakulteta za elektrotehniko.
3. Bare Copper conductors [online]. [Citirano: 4. maj 2017; 18:00]. Dostopno na
spletnem naslovu: http://www.cmewire.com/catalog/sec02-bcc/images/bcc.jpg.
4. BICC Cables Ltd. 1997. Electric Cables Handbook. Oxford: Wiley-Blackwell, ISBN
9780632040759.
5. Cable Anatomy 101: Key Factors To Keep In Mind [online]. [Citirano: 5. maj 2015;
18:00]. Dostopno na spletnem naslovu:
http://www.prosoundweb.com/article/cable_anatomy_101_key_factors_to_keep_in_mi
nd/.
6. Coax [online]. [Citirano: 4. maj 2017; 18:00]. Dostopno na spletnem naslovu:
https://www.copper.com/cart/RG213-95pct-Shield-Coax.
7. Connector Colour Code Chart [online]. [Citirano: 4. maj 2017; 18:00]. Dostopno na
spletnem naslovu: http://www.lextec.com/cab_modular.html.
8. Ground loop (electricity) [online]. [Citirano: 12. feb. 2017; 12:15]. Dostopno na
spletnem naslovu: https://en.wikipedia.org/wiki/Ground_loop_(electricity).
9. HELD, Gilbert. 2000. Understanding Data Communications: From Fundamentals to
Networking. Macon: John Wiley & Sons, LTD, ISBN 0-470-84148-6.
10. Hum eliminator [online]. [Citirano: 4. maj 2017; 18:00]. Dostopno na spletnem
naslovu: https://www.bhphotovideo.com/c/product/633340-
REG/Allen_Avionics_GLE_75_GLE_75_Ground_Loop.html.
11. Hum Eliminator Applications [online]. [Citirano: 17. mar. 2017; 16:30]. Dostopno na
spletnem naslovu: http://www.ebtechaudio.com/appshe2.pdf.
12. HURA, Gurdeep S., in SINGHAL, Mukesh. 2001. Data and Computer
Communications: Networking and Internetworking. Florida: CRC Press, ISBN
9780849309281.
13. Inter Symbol Interference (ISI) and Raised cosine filtering [online]. [Citirano: 23. maj
2017; 17:00]. Dostopno na spletnem naslovu: http://complextoreal.com/wp-
content/uploads/2013/01/isi.pdf.
14. LAMPEN, Stephen H. 1997. Wire, cable and Fiber optics for video & audio engineers.
New York: McGraw-Hill, ISBN 978-0070387346.
15. Lightning Strike and Thunder and its Effect on Television Signal [online]. [Citirano: 2.
maj 2017; 20:15]. Dostopno na spletnem naslovu: http://www.iosrjournals.org/iosr-
jce/papers/Vol17-issue5/Version-1/I017515658.JCE%20[ZSEP04].pdf.
STRNIŠA, Ana: Motnje in napake pri prenosu avdio in video signalov: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, 2017 44
16. LORENCON, Robert. 1996. Elektronski elementi in vezja. Ljubljana: Studio Maya,
1996. ISBN 961-221-010-1.
17. MALARIČ, Krešimir. 2009. EMI protection for comunication systems. Boston: Artech
House, ISBN 978-1596933132.
18. Nastanek razelektritvenega procesa [online]. [Citirano: 6. maj 2017: 18:00]. Dostopno
na spletnem naslovu: http://www.sdgss.si/predstavitev/nastanek-razelektritvenega-
procesa-in-loevanje-naboja.
19. Prenapetostni odvodniki [online]. [Citirano: 22. maj 2017; 20:15]. Dostopno na
spletnem naslovu:
http://lrf.fe.uni-lj.si/e_rio/Seminarji1516/PrenapetostniOdvodniki.pdf.
20. Protecting against the power of lightning [online]. [Citirano: 24. maj 2017; 17:20].
Dostopno na spletnem naslovu: http://www.cablinginstall.com/articles/print/volume-
13/issue-2/contents/security/protecting-against-the-power-of-lightning.html.
21. Shielding [online]. [Citirano: 4. maj 2017; 18:00]. Dostopno na spletnem naslovu:
http://www.awcwire.com/techlibrary/16.12.pdf.
22. STALLINGS, William. 2006. Data and Computer Communications. New Jersey:
Prentice Hall, ISBN 978-8120330788.
23. Surge protection [online]. [Citirano: 14. maj 2017; 18:00]. Dostopno na spletnem
naslovu:
http://www.fatech-surge-protection.com/surge-protector-type-1-2-for-photovolaic-
system-1000vdc-p-157.html.
24. Transactions in Measurement & Control, Volume 2 – Data Acquisition. [online].
[Citirano: 2. jan. 2017; 18:15]. Dostopno na spletnem naslovu:
http://www.omega.com/literature/transactions/transactions_vol_ii.pdf.
25. Twisted pair [online]. [Citirano: 4. maj 2017; 18:00]. Dostopno na spletnem naslovu:
https://3.imimg.com/data3/CM/TK/MY-5375660/cat-5e-twisted-pair-cable-
250x250.jpg.
26. Twisted-Pair: What is Twisted-Pair Cable? [online]. [Citirano: 5. jan. 2016; 17:15].
Dostopno na spletnem naslovu:
http://ecomputernotes.com/computernetworkingnotes/communication-
networks/twisted-pair.
27. Varistors [online]. [Citirano: 12. maj 2017; 18:15]. Dostopno na spletnem naslovu:
http://www.electroschematics.com/wp-content/uploads/2010/02/metal-oxide-
varistos.jpg.