機(jī)載VGA線纜設(shè)計(jì)與敷設(shè)

劉茜+田偉峰

摘 要 針對(duì)機(jī)載高頻率VGA視頻信號(hào)在線纜傳輸過程中容易受到干擾的問題，分析了VGA視頻信號(hào)自身頻譜特性，以及機(jī)載電磁環(huán)境對(duì)信號(hào)的干擾因素。為了解決線纜的電磁兼容影響，提高VGA視頻信號(hào)的傳輸質(zhì)量，結(jié)合實(shí)際的機(jī)載環(huán)境，提出機(jī)載VGA線纜設(shè)計(jì)與敷設(shè)方案。實(shí)踐證明，該方案有效地解決了信號(hào)電磁兼容問題，具有廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞 機(jī)載VGA線纜；VGA視頻信號(hào)；干擾；屏蔽；接地

中圖分類號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）07-0051-01

機(jī)載電子顯示器是一種重要的機(jī)載電子設(shè)備，主要用于顯示飛參、雷達(dá)、武器試驗(yàn)等，是飛行員駕駛飛機(jī)和飛行試驗(yàn)重要參考操作平臺(tái)。在某新型戰(zhàn)斗機(jī)的測(cè)試任務(wù)中需要將駕駛艙內(nèi)3路顯示視頻信號(hào)同時(shí)進(jìn)行采集記錄，用于實(shí)時(shí)遙測(cè)監(jiān)控和事后數(shù)據(jù)分析。由于該型飛機(jī)使用先進(jìn)的機(jī)載VGA電子顯示器，其分辨率高、顯示信息多，所以傳輸線纜運(yùn)載的數(shù)據(jù)量大。在復(fù)雜的機(jī)載電磁環(huán)境中，高頻率的VGA信號(hào)極易受到干擾，造成采集的圖像質(zhì)量下降和有用信息丟失。因此機(jī)載VGA線纜及敷設(shè)必需進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)。

1 VGA視頻信號(hào)及干擾分析

VGA（VideoGraphicArray）接口是IBM公司于1987年提出的電腦顯示標(biāo)準(zhǔn)。VGA接口是基于模擬信號(hào)的視頻接口，有R、G、B、HsYNc、VsYNc、GND共6芯信號(hào)組成，其中R、G、B為同軸信號(hào)，HsYNc、VsYNc為單芯TTL信號(hào)。

1）VGA線纜電磁干擾分析。

VGA線纜為多芯綜合線纜，容易受到各方面因素的干擾。其中主要因素有：信號(hào)類型、傳輸方式、頻譜特性；電纜長(zhǎng)度、布線形式、屏蔽類型和接地方式等傳輸特性以及源端和負(fù)載端的阻抗特性。

VGA線纜束內(nèi)部中除了信號(hào)地線，還有兩種信號(hào)類型：R、G、B為高頻數(shù)據(jù)信號(hào)，輸入輸出兩端阻抗為75歐姆；H、V為同步信號(hào)，頻率相對(duì)較低，兩端阻抗為高阻。VGA視頻信號(hào)在傳輸時(shí)，由于 R、G、B三原色信號(hào)都是非平衡信號(hào)，傳輸過程中都會(huì)對(duì)外發(fā)散電波，進(jìn)而產(chǎn)生相互干擾，也就是串?dāng)_。R、G、B信號(hào)傳輸速率越高，信號(hào)的脈沖前沿越陡，互相串?dāng)_就越嚴(yán)重。具體表現(xiàn)為圖像白噪聲大，有重影、拉毛等現(xiàn)象。H、V信號(hào)被干擾，時(shí)序就會(huì)發(fā)生混亂，導(dǎo)致圖像扭曲、橫滾或翻屏、偏色等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致不能解碼而無法顯示。VGA線纜不宜過長(zhǎng)，線纜越長(zhǎng)，信號(hào)的衰減和電磁耦合現(xiàn)象就越嚴(yán)重。

2）機(jī)載VGA視頻信號(hào)受機(jī)載環(huán)境影響。

戰(zhàn)斗機(jī)內(nèi)的電子設(shè)備、電機(jī)、雷達(dá)、通信等用電設(shè)備繁多，使用的頻譜寬、功率大。線纜的敷設(shè)縱橫交錯(cuò)，在狹小的空間內(nèi)構(gòu)成了大量的電流閉合環(huán)路，每個(gè)環(huán)路中的電磁輻射都會(huì)形成為一個(gè)干擾源，這樣在飛機(jī)內(nèi)部就形成了一個(gè)極為強(qiáng)大且復(fù)雜電磁干擾環(huán)境場(chǎng)。干擾途徑主要有傳導(dǎo)和輻射兩種。傳導(dǎo)干擾是指通過導(dǎo)線的干擾，其耦合途徑分為共阻耦合、電容耦合、電磁耦合和電感耦合。輻射干擾是輻射源通過空間輻射電磁能量而形成的干擾，其耦合分為感應(yīng)場(chǎng)耦合和輻射場(chǎng)耦合。

高分辨率的機(jī)載VGA信號(hào)為單端模擬分量信號(hào)，自身抗干擾能力較低。在飛機(jī)內(nèi)部，各種線纜需按要求集束綁扎在一起，而線纜間的距離和電磁耦合強(qiáng)度成反比，所以線束敷設(shè)和綁扎也會(huì)使機(jī)載VGA信號(hào)受到干擾。由于抽引點(diǎn)和采集設(shè)備分別位于不同位置，在穿艙和改裝過程中，機(jī)載VGA線纜在整個(gè)鏈路上往往被分成為若干段，然后使用連接器進(jìn)行對(duì)接。線纜的整體性遭到破壞，每個(gè)對(duì)接點(diǎn)都可能成為一個(gè)被干擾點(diǎn)。

2 機(jī)載VGA線纜設(shè)計(jì)和敷設(shè)

科學(xué)合理的設(shè)計(jì)會(huì)顯著提高線纜的傳輸能力、電磁兼容性能。為了保證傳輸?shù)男盘?hào)質(zhì)量，有效屏蔽或抑制干擾。機(jī)載VGA線纜應(yīng)該在以下幾個(gè)方面進(jìn)行嚴(yán)格要求：材料選擇、屏蔽與接地技術(shù)應(yīng)用、制作工藝和敷設(shè)施工質(zhì)量。

1）材料選擇。

材料的質(zhì)量和信號(hào)傳輸能力是機(jī)載VGA線纜的基礎(chǔ)因素。線纜束中R、G、B三色信號(hào)為高頻單端信號(hào)極易受到各種干擾，所以應(yīng)選用具有單獨(dú)屏蔽層的同軸線纜，阻抗75歐。H、V為同步信號(hào)信號(hào)頻率較低，可以和GND（信號(hào)地）選用單芯線纜；線纜束整體屏蔽層類型為高密編織、導(dǎo)通性能良好的金屬層；插接件和尾附件應(yīng)選用帶有屏蔽功能的高頻連接器。

2）屏蔽與接地技術(shù)應(yīng)用。

屏蔽類型和接地方式等結(jié)構(gòu)是影響電纜電磁干擾的重要因素。機(jī)載VGA視頻線纜為多芯綜合線纜，電磁干擾來源于內(nèi)外兩個(gè)方面，對(duì)于外部電磁干擾，應(yīng)采用屏蔽層屏蔽接地來解決；在線束內(nèi)部，RGB三原色信號(hào)纜排列緊密，相互間容易發(fā)生串?dāng)_現(xiàn)象。所以，使用同軸纜對(duì)信號(hào)分別屏蔽可以有效避免內(nèi)部串?dāng)_現(xiàn)象，對(duì)線纜束整體實(shí)施屏蔽接地可屏蔽外部干擾。

接地是機(jī)載設(shè)備、線纜的基本技術(shù)要求之一，也是電磁兼容性能高低之關(guān)鍵因素。因此，接地是電磁兼容性最重要的設(shè)計(jì)內(nèi)容，它具有效果突出，經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)點(diǎn)，是較容易實(shí)現(xiàn)但又難于掌握的一種抑制傳導(dǎo)干擾的方法。機(jī)載VGA信號(hào)頻率高，電路中的電容耦合干擾會(huì)使電路形成了實(shí)際上的接地環(huán)。尤其是傳輸電纜越長(zhǎng)，這種分布電容耦合干擾也越顯著。為了有效地保持屏蔽層的地電位，應(yīng)采取兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地的方式。

3）制作工藝和敷設(shè)施工質(zhì)量。

根據(jù)機(jī)載環(huán)境實(shí)際情況，線纜的屏蔽層的接地以就近原則，接地線應(yīng)短、粗確保接地的有效性。線纜敷設(shè)以最短距離為原則，減少因線纜過長(zhǎng)導(dǎo)致的干擾和損耗。敷設(shè)前還應(yīng)了解、檢測(cè)干擾源，敷設(shè)時(shí)盡量遠(yuǎn)離干擾源。機(jī)載VGA線纜敷設(shè)若經(jīng)歷穿艙，整個(gè)鏈路會(huì)分成兩段，將每段線纜兩點(diǎn)接地，可有效應(yīng)用多點(diǎn)接地技術(shù)。

3 結(jié)論

大量的理論與工程實(shí)踐表明，機(jī)載VGA電纜的電磁兼容性是機(jī)載環(huán)境中最為薄弱的環(huán)節(jié)之一，機(jī)載VGA電纜的設(shè)計(jì)和敷設(shè)是否科學(xué)、合理，直接影響到信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量。在我國多架先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)試飛任務(wù)中，使用該設(shè)計(jì)方案用于機(jī)載VGA信號(hào)的傳輸，可以有效解決信號(hào)干擾問題，取得了良好的應(yīng)用效果。但隨著機(jī)載環(huán)境變化和機(jī)載VGA信號(hào)頻率的不斷增高，隨之帶來的信號(hào)干擾問題不可避免，高頻機(jī)載VGA信號(hào)的傳輸和電磁兼容技術(shù)需要依據(jù)科學(xué)、技術(shù)的發(fā)展不斷地改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

劉茜（1972-），女，漢族，湖南新化人，工程師，主要從事航空改裝和視頻信號(hào)處理研究。endprint