Hibrid SMPTE kábel, HFO kamera kábel

• Optikai szál
  2 db SMSingle Mode - az optikai szál egy fajtájának jelölése. Kisebb átmérőjű mint a MM (Multi Mode) szál (9,5µm/125µm - mag/köpeny átmérő), és a MM szálnál nagyobb sávszélességet (átviteli sebességet) biztosít, jóval nagyobb, 10-80 km vagy még hosszabb távolságok áthidalására. (egymódusú)
  - 9,5 µm/125 µm fiber,
  - 1250-1625 nm hullámhossz,
  - ≤0,8 dB/km csillapítási veszteség
   
• Tápvezeték (Aux. Power)
  - 2, 4 vagy 8 ér (a 3K.93C csatlakozóban mindig 2 táp érintkező van, tehát 4 Power érnél 2-2, a 8 eresnél 4-4 ér van közösítve)
  - feszültség: 600V DC (jellemzően 180-300V üzemi)
  - áramerősség: 10 A
  - keresztmetszet: min. 20 AWGAWG - American Wire Gauge
  Angolszáz mérték a vezeték keresztmetszetekre. Minél nagyobb ez a szám, annál kisebb a vezeték keresztmetszete. Az AWG eredetileg tömör (solid) rézre vonatkozott. Sodrott vezetéknél a tényleges réz-keresztmetszet és a külső átmérőből számított keresztmetszet eltérhet. Egyes gyártók a névleges rézfelületet, mások a szálgeometriából számolt értéket adják meg, ezért van némi kuszaság a sodrott ér AWG keresztmetszeteinek mm²-re átszámításánál. (~0,52-0,60 mm²)/1 vezeték
  
  Tipikus kersztmetszetek, növekvő sorrendben
  - 2x 20AWG < 2x 18AWG < 4x 20AWG < 2x 16AWG < 8x 20 AWG, ugyanez mm²-ben, hozzávetőlegesen és 2 érre vetítve:
  - 2x 0,5mm²< 2x 0,8mm²< 2x 1 mm²  < 2x 1,3mm² < 2x 2,1 mm²
   
• Vezérlés/jel (Control/Signal:
  - 2 ér
  - feszültség: DC 42V és 60V között
  - áramerősség: 1 A-ig
  - keresztmetszet: 24 AWG (~0,20-0,25 mm²)/1 vezeték
   
• Strength Member (mechanikai teherhordó elem, lehet Central Strength Member is)
  biztosítja a folyamatos használathoz szükséges tartósságot, megakadályozza a kábel nyúlását, feszültségmentesít. Ez a központi feszültségmentesítő mag lehet KO acélsodrony vagy más, pl. szálas kompozit (FRP), üvegszál, stb. A kompozitok előnye a kisebb tömeg, az acélé a nagyobb húzószilárdság.
  A szabvány elsősorban a kábellel szemben támasztott mechanikai követelményeket rögzíti. Az már gyártói hatáskör, hogy ezt hogyan valósítja meg. A szabvány a Strength Member-en kívül nem nevez meg pl. Tensile Element-et (gyakran Aramid/Kevlár), páncélozást (Armor), kitöltő elemet (Filler), gél kitöltést, stb., ezek mind a gyártótól függenek, ezért lehet sokféle, a különböző igényeknek megfelelő SMPTE 311M kábellel találkozni.
   
• Kábelköpeny anyaga
  A szabvány mechanikai és környezeti követelményeknek megfelelést ír elő, nem határozza meg a köpeny anyagát.
  Ezért a hibrid SMPTE kábelek sokféle köpennyel készülhetnek. A legtöbbjük a célzott alkalmazáshoz a legmegfelelőbb, és vannak (különösen a kínai kábelek közt), amelyeknél az olcsóság a legfontosabb szempont. Kivételesen olyan is akad, amelynél a kedvező ár kifejezetten magas minőséggel és széleskörű használhatósággal párosul. A szabvány megadja a hajlítási ciklusok számát, hajlítási sugarat konstans és dimamikus és a húzóterhelést is, de ezeket a paramétereket nem csak a köpeny anyaga, hanem a kábel belső szerkezete is befolyásolja.
  
  
• Kábel szerkezete
  A kábel mechanikai jellemzőit nemcsak a köpeny anyaga, az erősítő elem (Strength Member) és a Tensile Element határozza meg, hanem a kábel szerkezeti/keresztmetszeti felépítése (Core layout, Element layout) is befolyásolja: a különböző komponensek (optikai szálak, vezető erek, erősítő és húzó-, nyomó-szilárdság fokozó elemek, kitöltő anyagok) kábelen belüli elhelyezkedése, amelyről a kábel keresztmetszeti ábrája ad tájékoztatást. Elsőre feltételezhető, hogy a kábelgyártók az igénybevételnek megfelelő optimális struktúrát alakítanak ki a hibrid SMPTE kábeleikhez. Ez azonban nincs mindig okvetlenül így, és előfordulnak érdekességek akár a nevesebb gyártóknál is.
  
  A hibrid kábelben található optikai szál különösen érzékeny a mikro-elhajlásra. Ezt jellemzően a kábelt érő nyomás okozza és akkor is létrejöhet, ha a kábel nincs meghajlítva. A mikro-elhajlások következtében nő a kábel csillapítása és könnyen hasznavehetetlenné válhat.
  A mikro-elhajláshoz hasonlóan, az optikai szál érzékeny a húzó-igénybevételre is. Ha egy kábel Strength Member és Tensile element-je megfelelő és a kábel akár többszáz N húzó-terhelést is elvisel, még nem jelenti azt, hogy az optikai szál ne mehetne tönkre egy kisebb ívű hajlítás miatt. Hajlításkor a külső íven, a kábel külseje felé egyre nagyobb a húzó terhelés és ezen nem változtat a központi magKözponti mag
  Central Member, Strength Member, Central Member nak a mechanikai szilárdságot fokozó hatása sem (legfeljebb az elhajlást gátolja). Viszont mind a mikro-elhajlás, mind a túlhajlítás hatására igaz, hogy ha az optikai szálak a kábel belsejének közelében vannak, akkor a kedvezőtlen hatások kevésbé érvényesülnek:
  - a mikroelhajlás esetében ugyanaz az erőhatás, az optikai szálat vastagabban körülvevő teherelosztó elemeknek köszönhetően, kevésbé fejti ki a hatását a kábel közepéhez közel,
  - a hajlításkor a külső íven jelentkező intenzívebb húzóerő, szintén kevésbé fejti ki a hatását a center-hez közeli optikai szálakon.
  
  Az ugyanazon komponensekből felépített kábelek eltérő viselkedést mutathatnak, ha a szerkezeti felépítésük (Core layout) eltérő.
  A bal oldali képen egy Canare SMPTE 311 kábel szerkezete látható TPU köpennyel (LF-2SM9T). A köpeny alatt nem tartalmaz körszövött réz, sem alufólia árnyékolást, de tartalmaz két nem szokványos földelő ért (S1/S2), a szokásos Kontroll (C1/C2) és Power (P1-P4) ereket, a Stength Member (M) mellett legbelül a két Fiber-t (F1/F2), végül a # jel a Tensil Stength Fiber-t jelöli. Ezen (és az előző ábrán is) látható, hogy az optikai szálak legbelül, a legjobban védett helyen futnak. Ez utóbbi kábelnél húzó- és nyomószilárdság fokozó Tensile Element-tel (#) az optikai szálak külső részén., hogy eloszlassa a nyomást és valamennyire gátolja a túlhajlítást is, ami fontos egy ultra-flexibilis kamera kábelnél (a Canare rendkívül kicsi, a kábel átmérővel megegyező hajlítási sugarat, 9,2 mm-t! ad meg erre a kábelre, 1D-t a szokásos 7D–10D helyett. Az persze kérdés, hogy valóban szükséges-e tudni csomót kötni az SMPTE kábelre és ha már rajta van a csomó vagy hurok, lesz-e aki véletlenül mégis túlhúzza).
  
  Visszakanyarodva az eredeti felvetéshez, a nevesebb gyártók közt is akad, aki a Core layout-ot – legalábbis mechanikai szempontból – ésszerűtlenül alakítja ki, pl. az optikai szálakat legkívülre, szinte közvetlenül a külső kábelköpeny alá pozicionálja (lásd az alsó képen). Bár nem ebből fakad az SMPTE 311 kábelek leggyakoribb meghibásodása, azért nem tesz jót a megengedett nyomószilárdságnak, sem a hajlíthatóságnak, sem a hajlítási ciklusok számának. Még ilyen szerkezet mellett is, a kezelő hülyeségétől eltekintve, a legtöbb SMPTE kábelhiba nem a kábel felépítéséből, hanem a kábelt és a csatlakozót ért, a megengedettnél nagyobb húzóerő következményéből adódik. Ettől függetlenül az SMPTE 311 kábelek megbízhatóak, nagyon ritkán hibásodnak meg.
  
  Végül egy, az optikai szál szempontjából kevésbé szerencsés elrendezés a jobb oldali képen, egy földbe fektethető PE köpenyes SMPTE 311 kábelnél. Az optikai szálak itt közvetlenül a köpeny alá kerültek, amely sem a nyomó- sem a húzó terhelés szempontjából nem ideális, és ebből adódóan a legkisebb hajlítási sugár szempontjából sem. Azonban egy földkábelnél nyilván kevésbé fontos a kis hajlítási sugár (amit tükröz is ennek a kábelnek a szerkezete) és az optikai szálra is kisebb terhelés jut, mint egy általános OB használatra tervezettnél. A PE köpeny és a vízzáró szalag biztosítja a szükséges tartós vízzárást, nedvesség állóságot.
  
  Az előbbi példák jól mutatják, hogy az SMPTE kábelek mennyire különbözőek lehetnek, de a célzott alkalmazásra megfelelően kiválasztott SMPTE kábel, nagyon hosszú ideig betölti a szerepét, alig történik meghibásodás és csak nagyon durva kezelői mulasztás, baleset okozza az élettartamuk végét.
  
  Az SMPTE 311 szabvány a megadott jellemzőkön felül még jónéhány követelményt meghatároz.

A legelterjedtebb SMPTE 311 kábelköpeny típusok

A Klotz^® pl. a CAM311P kábelének (amely a leggyakoribb 4x 20AWGAWG - American Wire Gauge
Angolszáz mérték a vezeték keresztmetszetekre. Minél nagyobb ez a szám, annál kisebb a vezeték keresztmetszete. Az AWG eredetileg tömör (solid) rézre vonatkozott. Sodrott vezetéknél a tényleges réz-keresztmetszet és a külső átmérőből számított keresztmetszet eltérhet. Egyes gyártók a névleges rézfelületet, mások a szálgeometriából számolt értéket adják meg, ezért van némi kuszaság a sodrott ér AWG keresztmetszeteinek mm²-re átszámításánál. keresztmetszetű tápvezető-érrel gyártott SMPTE 311M kábel) csak az optikai szál komponensére határoz meg 4 km maximális távolságot. Ez a hossz nyilvánvalóan mellé találat a kábel SM optikai szálra (ITU G.657.A), ami inkább 40 km igaz, mint 4. (Sok webáruház rgyébként ezt már "4 km-ig használható" szófordulattal veszi át, ami szintén félrevezető.)
A Canare^® az LF-2SM9N SMPTE 311M kábelére (ø9,1 mm-es, szabványos 4x 20AWG-s táp-érrel) nem ad meg PTD vagy bármi más használható távolság értéket.
A slim (ø7 mm-es) LF-2SM7T HFOHFO - Hybrid Fiber Optic, azaz réz vezetőt és optikai szálat is tartalmazó hibrid kábel kábeléről (ami 2x 23AWG-s táp-eret tartalmaz (és emiatt a kisebb keresztmetszet miatt nem felel meg az SMPTE 311-nek) pedig azt írja, hogy korlátozott távolságokra, 200 m PTD-ig használható, máshol pedig, hogy a szabványos, 4x 20AWG-s LF-2SM9N kábel tápellátás átviteli távolságának kb 30%-áig.
Ebből visszafelé számolva az következne, hogy a szabványos 4x20AWG-s LF-2SM9N kábel a tápellátás biztosításával 10/3-szoros távra, azaz ~667 méterig használható.
Ez amúgy is túl kis értéknek tűnik, de a matek sem jön ki. A 4x20AWG-s kábel keresztmetszete nagyjábólEzen az sem változtat, hogy a kisebb keresztmetszetű kábelnek nagyobb a melegedése, illetve annak ellenállás növelő hatása is, mert ez 1% alatt van a HFO kábelen átfolyó kis áramerősség miatt). 4x nagyobb, mint a 2x23AWG-sé (az arányon nem változtat, ha hurokban csak a vezető erek fele számít), ebből adódóan a kábel 800m PT távolságig volna használható. De ez is kevés és így sem jön ki a matek – bár nem illendő leírni, hogy a Canare itt nagyot téved, pedig nagyon úgy tűnik.

Az SMPTE 311 szabvány a hibrid HDTV kábel tápvezető erére min. 20 AWG keresztmetszetet és 2, 4 vagy 8 ilyen eret ír elő. A kész kábelek az SMPTE 304M szabvány szerinti csatlakozóval szereltek, amelynek a LEMO 3K.93C csatlakozói felelnek meg. A csatlakozóban lévő szűkös hely miatt még a 8 db 20 AWG-s ér elvezetése és bekötése is nehezen képzelhető el (4-4 eret kell közösíteni egy-egy érintkezőbe), de az, hogy ennél nagyobb keresztmetszetből is ugyanígy 4-4 közösítve beköthető legyen, az kizárt és nincs is egyetlen kábelgyártó kínálatában sem ilyen kábel. A 8x 20AWG-s kábellel (az előbbiek alapján a 4x 20AWG-s duplája tápvezető ér keresztmetszetben) 1600 méter PT távolság volna elérhető – és nincs tovább, mert a csatlakozóba nem fér el nagyobb keresztmetszetű Power ér. (Egyébként 8x 20 AWG-s kábelt sem találni, sem lerekedelmi forgalomban, sem semmilyen gyártói katalógusban – ha valaki mégis találna ilyet, kérjük, jelezze felénk.)
Ez azonban (az 1600 méter is) biztosan kevés, egyszerűen mert az OB alkalmazások ennél többet igényelhetnek, és ezeket a kábeleket az ilyen igények kiszolgálására tervezték. Az SMPTE 311 kábelnél jóval kisebb távolságig használható triax kábellel is elérhető a CCU-tól kameráig 1200-1400 méteres átviteli távolság vagy akár 1800m is a 14 mm átmérőjű változattal.
Az OB közvetítés igénye a kamera-CCU távolságra azonban lehet 3-4 km is és az SMPTE 311M kábelnek meg kell felelnie ennek.

Célravezetőbb az SMPTE 311kábelek használható PT távolságát a rendszerkamera-CCU oldal felől megközelíteni.
A hibrid HDTV kábel kompatibilis Panasonic és Sony CCU-k, a kamera felé kiadott feszültség nagysága szempontjából, nagyjából kétfélék:
• 180V/190V DC (Panasonic/Sony), amelyek ~2 km kamera-CCU PT távolságot biztosítanak az SMPTE 311 kábellel, vagy
• 240V DC (Sony HDCU-5000, Panasonic AK-UCU700).
Ez utóbbi, 240V-os változatokra könnyű lenne azt írni, hogy ezeket nagyobb kamera-CCU távolságok áthidalására tervezték. A Sony-nál ez így is van, a HDCU-5000–HDC-5000 CCU-kamera párossal ~4 km átviteli távolság érhető el. A Panasonic AK-UCU700 CCU-nál azonban maradt a kisebb változatok némelyikére megadott 2000 méteres átviteli távolság, természetesen mindkettőnél beleértve a kamera tápellátását is.
A Grass Valley XCU Base Station 300V DC-t ad ki a kamera felé SMPTE kábelen és akár 3000 m távolságot is támogat tápellátással.
Az Ikegami CCU-430 és a UHK-430 kamera közötti távolságra 4000 m átviteli távolságot ad meg, beleértve a kamera SMPTE 311 kábelen keresztüli tápellátását (de nem specifikálja a CCU kamera felé kiadott feszültséget).
Az itt megadott összes távolság a gyártó által javasolt kamerával értendő, amelyet a kamera kiegészítők száma vagy fajtája korlátozhat.
Azt azonban egyik kamera/CCU gyártó sem adja meg, hogy a közölt távolság milyen Power érrel ellátott SMPTE 311 kábellel érhető el.
Abból ki lehetne indulni, hogy a legnagyobb távolságokhoz a legnagyobb Power keresztmetszetű kábelek illenek.
Ha mindenképpen átviteli távolságot kellene meghatározni a különféle SMPTE kábelekre, akkor az eddigiek alapján az feltételezhető, hogy ha a CCU/kamera specifikációja lehetővé teszi, akkor a legelterjedtebb 4x 20AWG kábellel ~2–3 km, a 2x 16AWG-sel ~3–4 km, a 8x 20AWG akár 4 km feletti PD távolság érhető el (ha volna ilyen kábel), a CCU-hoz javasolt rendszerkamerával – azzal a megjegyzéssel, hogy a kamera felé kiadott feszültség, a kamera oldali teljesítmény igény és kamera tápegység nagyban befolyásolhatják ezt.

A kábelhosszakra eső feszültségesések adhatnak támpontot az SMPTE 311M kábel választásához, ezért ezzel futunk egy kört. A feszültségesés általában egyszerűen számolható a vezeték egységnyi hosszra eső ellenállásából, hosszából és az áramerősségből (a százalékos értékhez a kezdőfeszültség is szükséges). Az SMPTE 311 kábel használatakor azonban az áramerrősség a feszültségeséstől függően változik, mert a kábel másik végén lévő kamera (és kiegészítők) teljesítménye nem változik, a feszültségesést a kamera tápjának DC/DC konvertere kompenzálja ki (a toleranciájának megfelelő határok között) és ebből adódóan az SMPTE kábelen átfolyó áramerősség a kábelhosszal együtt növekszik, ami tovább fokozza a feszültségesést és nehezíti a számolást.

A gyakorlatban az nehezen képzelhető el, hogy a CCU/BS által leadott 180-190V DCAz elérhető adatok alapján a Sony HDCU-2500 CCU 180V DC és a legtöbb Panasonic CCU 190 V DC feszültséget ad le a kameraoldal felé. 4-5 km-es kábelhossznál felmerülő feszültségesés ellenére is elegendő feszültséget biztosítson a kábel másik végén lévő kamerának. Ha egy HDTV kamera setup teljesítménye konstans 100WA kamera setup teljesítménye a feszültségeséstől függetlenül konstans 100 Watt, tehát az áramkörben a feszültségesés növekedésével nő az áramerősség, ami további feszültségesést okoz, ami növeli az áramerősséget... A konstans teljesítmény felvételt a kamera DC/DC átalakító tápja teszi lehetővé, a kábel végén megjelenő feszültségtől - a tolerancia határán belül - függetlenül. (A kamera setup teljesítménye lehet a megadottnál nagyobb is.) és a kezdőfeszültség 190V DC, a kábelek oda-vissza hosszával számolva (4 Power érnél 2-2 párhuzamosan kötve, 8-nál 4-4 párhuzamosan kötve a 3K.93C csatlakozóban), akkor a feszültségesésre a következő értékek adódnak.

Kezdő feltételek: U₀=190V | P=konstans 100W | 20°C réz, konstans R | Kritikus határ: R_k=90,25Ω --> ha R>95Ω, akkor nincs megoldás (megjegyzésP=U_kam · I
U_kam=190-IR
100=I(190–IR) -> 100=190I-RI²
RI²–190I+100=0

$$I=\frac{\mathrm{190}\pm \sqrt{{\mathrm{190}}^2-\mathrm{4R}·\mathrm{100}}}{2R}$$
másodfokú egyenlettel, melegedéstől nem függő ellenállásértékkel és konstans 100 Wattnak megfelelő változó áramerősséggel számolva. ).