stringtranslate.com

Коаксиальный кабель

Гибкий коаксиальный кабель RG-59, состоящий из:
  1. Внешняя пластиковая оболочка
  2. Тканый медный щит
  3. Внутренний диэлектрический изолятор
  4. Медный сердечник

Коаксиальный кабель , или коаксиал (произносится как / ˈ k . æ k s / ), представляет собой тип электрического кабеля, состоящий из внутреннего проводника, окруженного концентрическим проводящим экраном , при этом два проводника разделены диэлектриком ( изоляционным материалом ); многие коаксиальные кабели также имеют защитную внешнюю оболочку или кожух. Термин коаксиальный относится к внутреннему проводнику и внешнему экрану, разделяющим геометрическую ось.

Коаксиальный кабель — это тип линии передачи , используемый для передачи высокочастотных электрических сигналов с малыми потерями. Он используется в таких приложениях, как телефонные магистральные линии , кабели широкополосных интернет -сетей, высокоскоростные компьютерные шины данных , сигналы кабельного телевидения и подключение радиопередатчиков и приемников к их антеннам . Он отличается от других экранированных кабелей , поскольку размеры кабеля и разъемов контролируются для обеспечения точного, постоянного расстояния между проводниками, которое необходимо для его эффективного функционирования в качестве линии передачи.

В своем британском патенте 1880 года Оливер Хевисайд показал, как коаксиальный кабель может устранить помехи сигнала между параллельными кабелями.

Коаксиальный кабель использовался в первой (1858) и последующих трансатлантических кабельных установках, но его теория была описана только в 1880 году английским физиком, инженером и математиком Оливером Хевисайдом , который запатентовал конструкцию в том же году (британский патент № 1407). [1]

Приложения

Коаксиальный кабель используется в качестве линии передачи радиочастотных сигналов. Его применение включает линии передачи, соединяющие радиопередатчики и приемники с их антеннами, компьютерные сетевые соединения (например, Ethernet ), цифровое аудио ( S/PDIF ) и распределение сигналов кабельного телевидения . Одним из преимуществ коаксиального кабеля перед другими типами линий радиопередачи является то, что в идеальном коаксиальном кабеле электромагнитное поле, несущее сигнал, существует только в пространстве между внутренним и внешним проводниками . Это позволяет прокладывать коаксиальные кабели рядом с металлическими объектами, такими как желоба, без потерь мощности, которые возникают в других типах линий передачи. Коаксиальный кабель также обеспечивает защиту сигнала от внешних электромагнитных помех .

Описание

Разрез коаксиального кабеля (не в масштабе)

Коаксиальный кабель проводит электрические сигналы с помощью внутреннего проводника (обычно сплошной медный, многожильный медный или омедненный стальной провод), окруженного изолирующим слоем и полностью закрытого экраном, обычно от одного до четырех слоев плетеной металлической оплетки и металлической ленты. [2] Кабель защищен внешней изолирующей оболочкой. Обычно внешняя часть экрана поддерживается на уровне потенциала земли, а напряжение, несущее сигнал, подается на центральный проводник. При использовании дифференциальной сигнализации коаксиальный кабель обеспечивает преимущество равных токов push-pull на внутреннем проводнике и внутри внешнего проводника, которые ограничивают электрические и магнитные поля сигнала диэлектриком , с небольшой утечкой за пределы экрана. [ необходима цитата ] Кроме того, электрические и магнитные поля снаружи кабеля в значительной степени удерживаются от помех сигналам внутри кабеля, если неравные токи отфильтровываются на приемном конце линии. Это свойство делает коаксиальный кабель хорошим выбором как для передачи слабых сигналов, которые не переносят помех от окружающей среды, так и для более сильных электрических сигналов, которые не должны излучаться или связываться с соседними конструкциями или цепями. [3] Кабели большего диаметра и кабели с несколькими экранами имеют меньшую утечку.

Распространенные области применения коаксиального кабеля включают распределение видео и кабельного телевидения , передачу радиочастот и микроволн, а также подключение данных к компьютерам и приборам. [4]

Характеристическое сопротивление кабеля ( Z 0 ) определяется диэлектрической проницаемостью внутреннего изолятора и радиусами внутреннего и внешнего проводников. В радиочастотных системах, где длина кабеля сопоставима с длиной волны передаваемых сигналов, однородное характеристическое сопротивление кабеля важно для минимизации потерь. Сопротивления источника и нагрузки выбираются так, чтобы соответствовать сопротивлению кабеля для обеспечения максимальной передачи мощности и минимального коэффициента стоячей волны . Другие важные свойства коаксиального кабеля включают затухание как функцию частоты, способность выдерживать напряжение и качество экрана. [3]

Строительство

Выбор конструкции коаксиального кабеля влияет на физический размер, частотные характеристики, затухание, возможности управления мощностью, гибкость, прочность и стоимость. Внутренний проводник может быть сплошным или многожильным; многожильный более гибкий. Для улучшения высокочастотных характеристик внутренний проводник может быть посеребренным. Медная стальная проволока часто используется в качестве внутреннего проводника для кабеля, используемого в индустрии кабельного телевидения. [5]

Изолятор, окружающий внутренний проводник, может быть твердым пластиком, пенопластом или воздухом с прокладками, поддерживающими внутренний провод. Свойства диэлектрического изолятора определяют некоторые электрические свойства кабеля. Обычным выбором является твердый полиэтиленовый (ПЭ) изолятор, используемый в кабелях с низкими потерями. Твердый тефлон (ПТФЭ) также используется в качестве изолятора и исключительно в кабелях класса «пленум» . [ необходима цитата ] В некоторых коаксиальных линиях используется воздух (или какой-либо другой газ) и имеются прокладки, чтобы внутренний проводник не касался экрана.

Во многих обычных коаксиальных кабелях используется плетеная медная проволока, образующая экран. Это позволяет кабелю быть гибким, но это также означает, что в слое экрана есть зазоры, и внутренний размер экрана немного меняется, поскольку оплетка не может быть плоской. Иногда оплетка посеребрена. Для лучшей производительности экрана некоторые кабели имеют двухслойный экран. [5] Экран может состоять всего из двух оплеток, но сейчас чаще используется тонкий фольгированный экран, покрытый проволочной оплеткой. Некоторые кабели могут иметь более двух слоев экрана, например, «четырехслойный экран», который использует четыре чередующихся слоя фольги и оплетки. Другие конструкции экрана жертвуют гибкостью ради лучшей производительности; некоторые экраны представляют собой сплошную металлическую трубку. Эти кабели нельзя сгибать резко, так как экран будет перегибаться, что приведет к потерям в кабеле. При использовании фольгированного экрана небольшой проволочный проводник, встроенный в фольгу, облегчает пайку вывода экрана. [ нужны примеры ]

Для передачи радиочастот высокой мощности до 1 ГГц доступен коаксиальный кабель с сплошным медным внешним проводником размером от 0,25 дюйма и выше. Внешний проводник гофрирован, как меха, для обеспечения гибкости, а внутренний проводник удерживается на месте пластиковой спиралью, чтобы приблизиться к воздушному диэлектрику. [5] Одной из торговых марок такого кабеля является Heliax . [6]

Коаксиальные кабели требуют внутренней структуры изолирующего (диэлектрического) материала для поддержания расстояния между центральным проводником и экраном. Диэлектрические потери увеличиваются в следующем порядке: идеальный диэлектрик (без потерь), вакуум, воздух, политетрафторэтилен (ПТФЭ), полиэтиленовая пена и твердый полиэтилен. Неоднородный диэлектрик необходимо компенсировать некруглым проводником, чтобы избежать точек перегрева тока.

В то время как многие кабели имеют твердый диэлектрик, многие другие имеют пенный диэлектрик, который содержит как можно больше воздуха или другого газа, чтобы уменьшить потери, позволяя использовать центральный проводник большего диаметра. Пенный коаксиал будет иметь примерно на 15% меньше затухания, но некоторые типы пенного диэлектрика могут поглощать влагу — особенно на его многочисленных поверхностях — во влажной среде, значительно увеличивая потери. Опоры в форме звезд или спиц еще лучше, но более дороги и очень восприимчивы к проникновению влаги. Еще более дорогими были коаксиальные кабели с воздушным зазором, которые использовались для некоторых междугородних коммуникаций в середине 20-го века. Центральный проводник подвешивался на полиэтиленовых дисках каждые несколько сантиметров. В некоторых коаксиальных кабелях с низкими потерями, таких как тип RG-62, внутренний проводник поддерживается спиральной прядью полиэтилена, так что между большей частью проводника и внутренней частью оболочки существует воздушное пространство. Более низкая диэлектрическая проницаемость воздуха позволяет использовать больший внутренний диаметр при том же импедансе и больший внешний диаметр при той же частоте среза, снижая омические потери . Внутренние проводники иногда покрываются серебром, чтобы сгладить поверхность и уменьшить потери из-за скин-эффекта . [5] Шероховатая поверхность удлиняет путь тока и концентрирует ток на пиках, тем самым увеличивая омические потери.

Изоляционная оболочка может быть изготовлена ​​из многих материалов. Обычным выбором является ПВХ , но в некоторых случаях могут потребоваться огнестойкие материалы. Для наружного применения может потребоваться, чтобы оболочка выдерживала ультрафиолетовое излучение , окисление , повреждение грызунами или прямое захоронение . Затопленные коаксиальные кабели используют водоблокирующий гель для защиты кабеля от проникновения воды через небольшие порезы в оболочке. Для внутренних соединений шасси изоляционная оболочка может быть опущена. [ необходимы примеры ]

Распространение сигнала

Двухпроводные линии передачи обладают тем свойством, что электромагнитная волна, распространяющаяся по линии, распространяется в пространство, окружающее параллельные провода. Эти линии имеют низкие потери, но также имеют нежелательные характеристики. Их нельзя сгибать, плотно скручивать или иным образом формировать без изменения их характеристического сопротивления , что приведет к отражению сигнала обратно к источнику. Их также нельзя закапывать или прокладывать вдоль или прикреплять к чему-либо проводящему , так как расширенные поля будут индуцировать токи в соседних проводниках, вызывая нежелательное излучение и расстройку линии. Для их удержания вдали от параллельных металлических поверхностей используются изоляторы-стойки. Коаксиальные линии в значительной степени решают эту проблему, ограничивая практически всю электромагнитную волну областью внутри кабеля. Поэтому коаксиальные линии можно сгибать и умеренно скручивать без негативных последствий, и их можно привязывать к проводящим опорам, не индуцируя в них нежелательные токи, при условии, что будут приняты меры для обеспечения дифференциальных токов двухтактной сигнализации в кабеле.

В радиочастотных приложениях до нескольких гигагерц волна распространяется в основном в поперечной электрической магнитной (TEM) моде , что означает, что электрическое и магнитное поля перпендикулярны направлению распространения. Однако выше определенной частоты среза могут также распространяться поперечные электрические (TE) или поперечные магнитные (TM) моды, как это происходит в полом волноводе . Обычно нежелательно передавать сигналы выше частоты среза, так как это может привести к распространению нескольких мод с разными фазовыми скоростями , которые будут мешать друг другу. Внешний диаметр примерно обратно пропорционален частоте среза . Также существует распространяющаяся мода поверхностной волны, которая включает только центральный проводник , но эффективно подавляется в коаксиальном кабеле обычной геометрии и общего импеданса. Линии электрического поля для этой TM моды имеют продольную составляющую и требуют длины линии в половину длины волны или больше.

Коаксиальный кабель можно рассматривать как тип волновода . Мощность передается через радиальное электрическое поле и окружное магнитное поле в режиме TEM. Это доминирующий режим от нулевой частоты (DC) до верхнего предела, определяемого электрическими размерами кабеля. [7]

Соединители

Коаксиальные разъемы разработаны для поддержания коаксиальной формы через соединение и имеют тот же импеданс, что и подключенный кабель. [5] Разъемы обычно покрываются металлами с высокой проводимостью, такими как серебро или устойчивое к потускнению золото. Из-за скин-эффекта радиочастотный сигнал переносится только покрытием на более высоких частотах и ​​не проникает в корпус разъема. Однако серебро быстро тускнеет, а образующийся сульфид серебра плохо проводит, что ухудшает производительность разъема, что делает серебро плохим выбором для этого применения. [8]

Важные параметры

Коаксиальный кабель — это особый вид линии передачи , поэтому модели цепей, разработанные для общих линий передачи, являются подходящими. См. Уравнение телеграфиста .

Схематическое изображение элементарных компонентов линии электропередачи
Схематическое изображение коаксиальной линии передачи, показывающее характеристическое сопротивление

Физические параметры

В следующем разделе используются следующие символы:

Основные электрические параметры

Полученные электрические параметры

Где R — сопротивление на единицу длины, L — индуктивность на единицу длины, G — проводимость на единицу длины диэлектрика, C — емкость на единицу длины, а s = = j 2 πf — частота. Размеры «на единицу длины» сокращаются в формуле импеданса.
На постоянном токе два реактивных члена равны нулю, поэтому импеданс имеет реальное значение и чрезвычайно высок. Это выглядит так
С ростом частоты вступают в силу реактивные компоненты, и импеданс линии становится комплексным. На очень низких частотах (звуковой диапазон, представляющий интерес для телефонных систем) G обычно намного меньше sC , поэтому импеданс на низких частотах равен
который имеет фазовое значение -45 градусов.
На более высоких частотах реактивные члены обычно доминируют над R и G , и импеданс кабеля снова становится действительным. Это значение — Z o , характеристический импеданс кабеля:
Предполагая, что диэлектрические свойства материала внутри кабеля не изменяются существенно в рабочем диапазоне кабеля, характеристическое сопротивление не зависит от частоты выше пятикратной частоты среза экрана . Для типичных коаксиальных кабелей частота среза экрана составляет от 600 Гц (для RG-6A) до 2000 Гц (для RG-58C). [10]
Параметры L и C определяются из соотношения внутреннего ( d ) и внешнего ( D ) диаметров и диэлектрической проницаемости ( ε ). Характеристическое сопротивление определяется по формуле [11]
Следовательно, кабель является одномодовым от постоянного тока до этой частоты и на практике может использоваться до 90% [12] этой частоты.
где
V p — пиковое напряжение
E d — напряжение пробоя изолятора в вольтах на метр.
d — внутренний диаметр в метрах
D — наружный диаметр в метрах
Рассчитанное пиковое напряжение часто уменьшается на коэффициент безопасности.

Выбор импеданса

Наилучшие импедансы коаксиального кабеля были экспериментально определены в Bell Laboratories в 1929 году: 77 Ом для низкого затухания, 60 Ом для высокого напряжения и 30 Ом для высокой мощности. Для коаксиального кабеля с воздушным диэлектриком и экраном заданного внутреннего диаметра затухание минимизируется путем выбора диаметра внутреннего проводника, чтобы получить характеристический импеданс 76,7 Ом. [14] Когда рассматриваются более распространенные диэлектрики, наименьшее импеданс вносимых потерь падает до значения между 52 и 64 Ом. Максимальная мощность достигается при 30 Ом. [15]

Приблизительное сопротивление, необходимое для согласования антенны с центральным питанием в свободном пространстве (т. е. диполь без отражений от земли), составляет 73 Ом, поэтому для подключения коротковолновых антенн к приемникам обычно использовался коаксиальный кабель 75 Ом. Обычно они подразумевают такие низкие уровни мощности ВЧ, что характеристики мощности и пробоя высокого напряжения неважны по сравнению с затуханием. Аналогично с CATV , хотя многие установки вещательного телевидения и головные станции CATV используют 300-омные сложенные дипольные антенны для приема сигналов из эфира, коаксиальный кабель 75 Ом является удобным 4:1- симметрирующим трансформатором для них, а также обладает низким затуханием.

Среднее арифметическое между 30 Ω и 77 Ω составляет 53,5 Ω; среднее геометрическое составляет 48 Ω. Выбор 50 Ω в качестве компромисса между мощностью и затуханием обычно приводится в качестве причины для этого числа. [14] 50 Ω также работает достаточно хорошо, поскольку приблизительно соответствует сопротивлению точки питания полуволнового диполя, установленного примерно на полволны выше «нормальной» земли (в идеале 73 Ω, но уменьшено для низко висящих горизонтальных проводов).

RG-62 — это коаксиальный кабель сопротивлением 93 Ом, изначально использовавшийся в сетях мэйнфреймов в 1970-х и начале 1980-х годов (это был кабель, использовавшийся для соединения терминалов IBM 3270 с контроллерами кластера терминалов IBM 3274/3174). Позднее некоторые производители оборудования LAN, такие как Datapoint для ARCNET , приняли RG-62 в качестве стандарта коаксиального кабеля. Кабель имеет самую низкую емкость на единицу длины по сравнению с другими коаксиальными кабелями аналогичного размера.

Все компоненты коаксиальной системы должны иметь одинаковое сопротивление, чтобы избежать внутренних отражений в соединениях между компонентами (см. Согласование импедансов ). Такие отражения могут вызывать затухание сигнала. Они вносят стоячие волны, которые увеличивают потери и могут даже привести к пробою диэлектрика кабеля при передаче высокой мощности. В аналоговых видео- или телевизионных системах отражения вызывают двоение изображения; многократные отражения могут привести к тому, что исходный сигнал будет сопровождаться более чем одним эхом. Если коаксиальный кабель открыт (не подключен на конце), терминация имеет почти бесконечное сопротивление, что вызывает отражения. Если коаксиальный кабель закорочен, сопротивление терминации почти равно нулю, что вызывает отражения с противоположной полярностью. Отражения будут почти устранены, если коаксиальный кабель будет терминирован на чистом сопротивлении, равном его импедансу.

Проблемы

Утечка сигнала

Утечка сигнала — это прохождение электромагнитных полей через экран кабеля, происходящее в обоих направлениях. Вход — это прохождение внешнего сигнала в кабель, что может привести к появлению шума и прерыванию нужного сигнала. Выход — это прохождение сигнала, который должен оставаться внутри кабеля, во внешний мир, что может привести к ослаблению сигнала на конце кабеля и радиочастотным помехам для близлежащих устройств. Серьезная утечка обычно возникает из-за неправильно установленных разъемов или неисправностей в экране кабеля.

Например, в Соединенных Штатах утечка сигнала из систем кабельного телевидения регулируется FCC, поскольку кабельные сигналы используют те же частоты, что и авиационные и радионавигационные диапазоны. Операторы CATV также могут контролировать свои сети на предмет утечки, чтобы предотвратить проникновение. Внешние сигналы, поступающие в кабель, могут вызывать нежелательные шумы и двоение изображения. Избыточный шум может подавить сигнал, сделав его бесполезным. Внутриканальное проникновение может быть удалено цифровым способом с помощью подавления проникновения .

Идеальный экран был бы идеальным проводником без отверстий, зазоров или выпуклостей, соединенным с идеальной землей. Однако гладкий сплошной высокопроводящий экран был бы тяжелым, негибким и дорогим. Такой коаксиальный кабель используется для прямых линий питания коммерческих радиопередающих вышек. Более экономичные кабели должны идти на компромиссы между эффективностью экрана, гибкостью и стоимостью, например, гофрированная поверхность гибкого жесткого провода, гибкая оплетка или фольгированные экраны. Поскольку экраны не могут быть идеальными проводниками, ток, протекающий по внутренней стороне экрана, создает электромагнитное поле на внешней поверхности экрана.

Рассмотрим скин-эффект . Величина переменного тока в проводнике экспоненциально убывает с расстоянием под поверхностью, причем глубина проникновения пропорциональна квадратному корню из удельного сопротивления. Это означает, что в экране конечной толщины некоторое небольшое количество тока все еще будет течь по противоположной поверхности проводника. При идеальном проводнике (т. е. нулевом удельном сопротивлении) весь ток будет течь по поверхности, без проникновения в проводник и через него. Реальные кабели имеют экран, сделанный из несовершенного, хотя обычно очень хорошего проводника, поэтому всегда должна быть некоторая утечка.

Зазоры или отверстия позволяют части электромагнитного поля проникать на другую сторону. Например, плетеные экраны имеют много маленьких зазоров. Зазоры меньше при использовании фольгированного (сплошного металлического) экрана, но все равно есть шов, проходящий по всей длине кабеля. Фольга становится все более жесткой с увеличением толщины, поэтому тонкий слой фольги часто окружен слоем плетеного металла, что обеспечивает большую гибкость для данного поперечного сечения.

Утечка сигнала может быть серьезной, если на интерфейсе с разъемами на обоих концах кабеля плохой контакт или если в экране имеется разрыв.

Чтобы значительно уменьшить утечку сигнала в кабель или из него (в 1000 или даже в 10 000 раз), в критически важных приложениях часто используются сверхэкранированные кабели, например, для счетчиков нейтронного потока в ядерных реакторах .

Суперэкранированные кабели для использования в ядерной сфере определены в стандарте IEC 96-4-1, 1990 г. Однако, поскольку в Европе были длительные перерывы в строительстве атомных электростанций, на многих существующих установках используются суперэкранированные кабели, соответствующие британскому стандарту AESS(TRG) 71181 [16] , на который ссылается стандарт IEC 61917. [17]

Контуры заземления

Непрерывный ток, даже небольшой, по несовершенному экрану коаксиального кабеля может вызывать видимые или слышимые помехи. В системах CATV, распределяющих аналоговые сигналы, разность потенциалов между коаксиальной сетью и электрической системой заземления дома может вызывать видимую «полосу гула» на изображении. Это выглядит как широкая горизонтальная полоса искажения на изображении, которая медленно прокручивается вверх. Такие разности потенциалов можно уменьшить путем надлежащего соединения с общим заземлением в доме. См. контур заземления .

Шум

Внешние поля создают напряжение на индуктивности внешней стороны внешнего проводника между отправителем и приемником. Эффект меньше, когда есть несколько параллельных кабелей, так как это снижает индуктивность и, следовательно, напряжение. Поскольку внешний проводник несет опорный потенциал для сигнала на внутреннем проводнике, приемная схема измеряет неправильное напряжение.

Эффект трансформатора

Эффект трансформатора иногда используется для смягчения эффекта токов, наведенных в экране. Внутренний и внешний проводники образуют первичную и вторичную обмотки трансформатора, и эффект усиливается в некоторых высококачественных кабелях, которые имеют внешний слой мю-металла . Благодаря этому трансформатору 1:1 вышеупомянутое напряжение через внешний проводник трансформируется на внутренний проводник, так что два напряжения могут быть отменены приемником. Многие отправители и получатели имеют средства для еще большего уменьшения утечки. Они увеличивают эффект трансформатора, пропуская весь кабель через ферритовый сердечник один или несколько раз.

Синфазный ток и излучение

Синфазный ток возникает, когда блуждающие токи в экране текут в том же направлении, что и ток в центральном проводнике, заставляя коаксиал излучать. Они противоположны желаемым "push-pull" дифференциальным токам сигнализации, где токи сигнала на внутреннем и внешнем проводнике равны и противоположны.

Большая часть эффекта экрана в коаксиальном кабеле возникает из-за противоположных токов в центральном проводнике и экране, создающих противоположные магнитные поля, которые нейтрализуются и, таким образом, не излучаются. Тот же эффект помогает лестничной линии . Однако лестничная линия чрезвычайно чувствительна к окружающим металлическим предметам, которые могут попасть в поля до того, как они полностью нейтрализуются. У коаксиального кабеля этой проблемы нет, поскольку поле заключено в экран. Однако все еще возможно образование поля между экраном и другими подключенными объектами, такими как антенна, которую питает коаксиальный кабель. Ток, образованный полем между антенной и экраном коаксиального кабеля, будет течь в том же направлении, что и ток в центральном проводнике, и, таким образом, не будет нейтрализован. Энергия будет излучаться из самого коаксиального кабеля, влияя на диаграмму направленности антенны. При достаточной мощности это может представлять опасность для людей, находящихся рядом с кабелем. Правильно размещенный и правильно подобранный по размеру симметрирующий трансформатор может предотвратить синфазное излучение в коаксиальном кабеле. Для соединения коаксиального кабеля с оборудованием, где желательно передавать радиочастотные сигналы, но блокировать постоянный ток или низкочастотную мощность, можно использовать изолирующий трансформатор или блокирующий конденсатор .

Более высокое сопротивление на звуковых частотах

Приведенная выше формула характеристического импеданса является хорошим приближением на радиочастотах , однако для частот ниже 100 кГц (например, аудио ) становится важным использовать полное уравнение телеграфиста :

Применяя эту формулу к типичному 75-омному коаксиальному кабелю, мы обнаруживаем, что измеренное сопротивление по всему звуковому спектру будет варьироваться от ~150 Ом до ~5 кОм, что намного выше номинала. Скорость распространения также значительно замедляется. Таким образом, мы можем ожидать, что сопротивление коаксиального кабеля будет постоянным на частотах РЧ, но переменным на частотах звука. Этот эффект проявился при попытке отправить простой голосовой сигнал по трансатлантическому телеграфному кабелю , с плохими результатами. [18] [19]

Стандарты

Большинство коаксиальных кабелей имеют характеристическое сопротивление 50, 52, 75 или 93 Ом. В радиочастотной промышленности используются стандартные наименования типов коаксиальных кабелей. Благодаря телевидению, RG-6 является наиболее часто используемым коаксиальным кабелем для домашнего использования, а большинство соединений за пределами Европы осуществляются с помощью разъемов F.

Для военных целей был указан ряд стандартных типов коаксиального кабеля в форме "RG-#" или "RG-#/U". Они датируются Второй мировой войной и были перечислены в MIL-HDBK-216, опубликованном в 1962 году. Эти обозначения в настоящее время устарели. Обозначение RG означает Radio Guide (Радиогид); обозначение U означает Universal (Универсальный). Текущий военный стандарт - MIL-SPEC MIL-C-17. Номера MIL-C-17, такие как "M17/75-RG214", указаны для военных кабелей и каталожные номера производителей для гражданских применений. Однако обозначения серии RG были настолько распространены на протяжении поколений, что они все еще используются, хотя критически настроенные пользователи должны знать, что с момента отзыва руководства нет стандарта, гарантирующего электрические и физические характеристики кабеля, описанного как "тип RG-#". Обозначения RG в основном используются для идентификации совместимых разъемов , которые соответствуют размерам внутреннего проводника, диэлектрика и оболочки старых кабелей серии RG.

Коды диэлектрических материалов

VF — фактор скорости; он определяется эффективным и [42]

Существуют также другие схемы обозначения коаксиальных кабелей, такие как серии URM, CT, BT, RA, PSF и WF.

Коаксиальный кабель RG-6
Коаксиальный кабель RG-142
Полужесткий коаксиальный кабель RG-405
Высококачественный коаксиальный аудиокабель ( S/PDIF )

Использует

Короткие коаксиальные кабели обычно используются для подключения домашнего видеооборудования, в любительских радиоустановках и в модулях ядерной аппаратуры . Хотя ранее они были обычным явлением для внедрения компьютерных сетей , в частности Ethernet («толстый» 10BASE5 и «тонкий» 10BASE2 ), витые пары заменили их в большинстве приложений, за исключением рынка потребительских кабельных модемов для широкополосного доступа в Интернет.

В XX веке коаксиальный кабель использовался для соединения радиосетей , телевизионных сетей и междугородных телефонных сетей, хотя впоследствии он был в значительной степени вытеснен более поздними методами ( волоконная оптика , T1 / E1 , спутник ).

Более короткие коаксиальные кабели по-прежнему передают сигналы кабельного телевидения большинству телевизионных приемников, и эта цель потребляет большую часть производства коаксиальных кабелей. В 1980-х и начале 1990-х годов коаксиальный кабель также использовался в компьютерных сетях , особенно в сетях Ethernet , где он был позже, в конце 1990-х - начале 2000-х годов, заменен кабелями UTP в Северной Америке и кабелями STP в Западной Европе, оба с модульными разъемами 8P8C.

Микрокоаксиальные кабели используются в различных бытовых устройствах, военном оборудовании, а также в ультразвуковом сканирующем оборудовании.

Наиболее распространенные широко используемые импедансы — 50 или 52 Ом и 75 Ом, хотя для определенных приложений доступны и другие импедансы. Кабели 50/52 Ом широко используются для промышленных и коммерческих двусторонних радиочастотных приложений (включая радио и телекоммуникации), хотя 75 Ом обычно используется для вещательного телевидения и радио.

Коаксиальный кабель часто используется для передачи сигналов от антенны к приемнику. Во многих случаях тот же кабель передает питание к антенне для питания предусилителя . В некоторых случаях один кабель передает однонаправленное питание и двунаправленные данные/сигналы, как в DiSEqC .

Типы

Жесткая линия

1+ Гибкая линия 58 дюйма (41 мм) с (в основном) воздушным диэлектриком
1+ Коаксиальный кабель Heliax 58 дюйма (41 мм) с диэлектриком из вспененного полиэтилена FPE

Более крупные разновидности хардлайна могут иметь центральный проводник, который изготовлен из жесткой или гофрированной медной трубки. Диэлектрик в хардлайне может состоять из полиэтиленовой пены, воздуха или сжатого газа, такого как азот или осушенный воздух (сухой воздух). В газонаполненных линиях твердые пластики, такие как нейлон, используются в качестве прокладок для разделения внутреннего и внешнего проводников. Добавление этих газов в диэлектрическое пространство снижает загрязнение влагой, обеспечивает стабильную диэлектрическую постоянную и снижает риск возникновения внутренней дуги . Газонаполненные хардлайны обычно используются в мощных радиочастотных передатчиках, таких как телевидение или радиовещание, военные передатчики и мощные любительские радиоприложения , но также могут использоваться в некоторых критических приложениях с меньшей мощностью, таких как в микроволновых диапазонах. Однако в микроволновой области волновод чаще используется, чем хардлайн, для приложений передатчик-антенна или антенна-приемник. Различные экраны, используемые в хардлайне, также различаются; В некоторых формах используется жесткая трубка или трубка, в то время как в других может использоваться гофрированная трубка, которая облегчает изгибание, а также уменьшает перекручивание, когда кабель изгибается для соответствия. Более мелкие разновидности жесткой линии могут использоваться внутри в некоторых высокочастотных приложениях, в частности в оборудовании в диапазоне микроволн, для уменьшения помех между каскадами устройства.

Излучающий

Излучающий или утечка кабеля - это еще одна форма коаксиального кабеля, которая сконструирована аналогично жесткой линии, однако она сконструирована с настроенными щелями, прорезанными в экране. Эти щели настроены на определенную длину волны радиочастот или настроены на определенный диапазон радиочастот. Этот тип кабеля должен обеспечивать настроенный двунаправленный "желаемый" эффект утечки между передатчиком и приемником. Он часто используется в шахтах лифтов, на кораблях ВМС США, в подземных транспортных туннелях и в других местах, где антенна невозможна. Одним из примеров этого типа кабеля является Radiax ( CommScope ). [43]

РГ-6

RG-6 доступен в четырех различных типах, предназначенных для различных применений. Кроме того, сердечник может быть из стали, плакированной медью (CCS), или из чистой меди (BC). «Обычный» или «домашний» RG-6 предназначен для внутренней или внешней проводки дома. «Затопленный» кабель пропитан водоблокирующим гелем для использования в подземном трубопроводе или непосредственно в земле. «Посыльный» может содержать некоторую гидроизоляцию, но отличается добавлением стального несущего провода по всей длине для переноса натяжения, возникающего при воздушном сбросе со столба электросети. « Пленумный » кабель стоит дорого и поставляется со специальной внешней оболочкой на основе тефлона, предназначенной для использования в вентиляционных каналах для соответствия нормам пожарной безопасности. Он был разработан, поскольку пластик, используемый в качестве внешней оболочки и внутренней изоляции во многих «обычных» или «домашних» кабелях, выделяет ядовитый газ при горении.

Триаксиальный кабель

Триаксиальный кабель или триакс - это коаксиальный кабель с третьим слоем экранирования, изоляции и оболочки. Внешний экран, который заземлен (заземлен), защищает внутренний экран от электромагнитных помех от внешних источников.

Полужесткий

Полужесткая коаксиальная сборка
Полужесткий коаксиальный кабель, установленный в анализаторе спектра Agilent N9344C 20 ГГц

Полужесткий кабель — это коаксиальная форма с использованием сплошной медной внешней оболочки. Этот тип коаксиала обеспечивает превосходное экранирование по сравнению с кабелями с плетеным внешним проводником, особенно на более высоких частотах. Главным недостатком является то, что кабель, как следует из его названия, не очень гибкий и не предназначен для сгибания после первоначального формирования. (См. § Жесткая линия)

Conformable cable — это гибкая, переформируемая альтернатива полужесткому коаксиальному кабелю, используемому там, где требуется гибкость. Conformable cable можно зачищать и формировать вручную без необходимости использования специальных инструментов, как и стандартный коаксиальный кабель.

Жесткая линия

Жесткая линия — это коаксиальная линия, образованная двумя медными трубками, концентрическими через каждый метр с использованием опор из ПТФЭ. Жесткие линии нельзя сгибать, поэтому им часто требуются колена. Соединение с жесткой линией выполняется с помощью внутренней пули/внутренней опоры и фланца или комплекта для соединения. Обычно жесткие линии соединяются с помощью стандартизированных разъемов EIA RF, размеры пули и фланца которых соответствуют стандартным диаметрам линии. Для каждого внешнего диаметра можно получить внутренние трубки сопротивлением 75 или 50 Ом. Жесткая линия обычно используется внутри помещений для соединения мощных передатчиков и других радиочастотных компонентов, но более прочная жесткая линия с фланцами, устойчивыми к атмосферным воздействиям, используется снаружи на антенных мачтах и ​​т. д. В целях экономии веса и затрат на мачтах и ​​подобных конструкциях внешняя линия часто изготавливается из алюминия, и необходимо соблюдать особую осторожность, чтобы предотвратить коррозию. С помощью фланцевого разъема также можно перейти от жесткой линии к жесткой линии. Многие вещательные антенны и антенные разветвители используют фланцевый интерфейс жесткой линии даже при подключении к гибким коаксиальным кабелям и жесткой линии. Жесткая линия выпускается в нескольких различных размерах:

Помехи и устранение неполадок

Изоляция коаксиального кабеля может ухудшиться, что потребует замены кабеля, особенно если он постоянно подвергался воздействию стихии. Экран обычно заземляется, и если хотя бы одна нить оплетки или фольги коснется центрального проводника, сигнал будет закорочен, что приведет к значительной или полной потере сигнала. Чаще всего это происходит при неправильной установке конечных разъемов и соединений. Кроме того, разъем или соединение должны быть правильно прикреплены к экрану, так как это обеспечивает путь к земле для мешающего сигнала.

Несмотря на экранирование, на коаксиальных кабельных линиях могут возникать помехи. Восприимчивость к помехам мало связана с общими обозначениями типов кабелей (например, RG-59, RG-6), но тесно связана с составом и конфигурацией экранирования кабеля. Для кабельного телевидения , частоты которого простираются далеко в диапазон УВЧ, обычно предоставляется экран из фольги, который обеспечивает полное покрытие, а также высокую эффективность против высокочастотных помех. Экранирование фольгой обычно сопровождается экраном из луженой медной или алюминиевой оплетки с покрытием от 60 до 95%. Оплетка важна для эффективности экрана, потому что (1) она более эффективна, чем фольга, в предотвращении низкочастотных помех, (2) она обеспечивает более высокую проводимость к земле, чем фольга, и (3) она делает подключение разъема более простым и надежным. Кабель с «четырехслойным экраном», в котором используются два алюминиевых оплеточных экрана с низким покрытием и два слоя фольги, часто применяется в ситуациях, связанных с сильными помехами, но он менее эффективен, чем один слой фольги и один медный оплеточный экран с высоким покрытием, например, используемый в прецизионном видеокабеле вещательного качества.

В Соединенных Штатах и ​​некоторых других странах системы распределения кабельного телевидения используют обширные сети наружного коаксиального кабеля, часто с линейными усилителями распределения. Утечка сигналов в и из систем кабельного телевидения может вызывать помехи для абонентов кабельного телевидения и для эфирных радиослужб, использующих те же частоты, что и кабельная система.

История

Ранняя коаксиальная антенная фидерная линияРадиостанция WNBC мощностью 50 кВт , Нью-Йорк, 1930-е годы
Коаксиальная кабельная магистраль AT&T была установлена ​​между Восточным побережьем и Средним Западом в 1948 году. Каждый из 8 коаксиальных подкабелей мог передавать 480 телефонных звонков или один телевизионный канал.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Нахин, Пол Дж. (2002). Оливер Хевисайд: Жизнь, работа и эпоха электрического гения викторианской эпохи . JHU Press. ISBN 0-8018-6909-9.
  2. ^ «Определения статьи 100». NFPA 70 Национальный электротехнический кодекс . Куинси, Массачусетс: Национальная ассоциация противопожарной защиты. 2017. Получено 9 октября 2023 г. Коаксиальный кабель: цилиндрическая сборка, состоящая из проводящего центра внутри металлической трубки или экрана, разделенного диэлектрическим материалом и обычно покрытого изолирующей оболочкой.
  3. ^ ab Silver, H. Ward; Wilson, Mark J., ред. (2010). "Глава 20: Линии передачи". Справочник ARRL по радиосвязи (87-е изд.). Американская лига радиорелейной связи . ISBN 978-0-87259-144-8.
  4. ^ Ван дер Бургт, Мартин Дж. «Коаксиальные кабели и их применение» (PDF) . Belden. стр. 4. Архивировано из оригинала (PDF) 28 июля 2011 г. Получено 11 июля 2011 г.
  5. ^ abcde "5: Передающая среда". Руководство ARRL UHF/Microwave Experimenter's Manual . Ньюингтон, Коннектикут: Американская лига радиорелейной связи. 1990. стр. 5.19–5.21. ISBN 0-87259-312-6.
  6. ^ ab "CommScope product characteristics-LDF4-50A" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2017-07-13 . Получено 25 мая 2017 .
  7. ^ ab Jackson, John David (1962). Классическая электродинамика (PDF) . Нью-Йорк: John Wiley & Sons, Inc. стр. 244. Архивировано (PDF) из оригинала 27.10.2021.
  8. ^ "Белая бронза, медь-олово-цинковый триметалл: расширение областей применения и новые разработки в меняющемся ландшафте" (PDF) . Национальная ассоциация по отделке поверхностей . Июнь 2013 г. Архивировано (PDF) из оригинала 2022-03-06.
  9. ^ Позар, Дэвид М. (1993). Микроволновая техника . Addison-Wesley Publishing Company. ISBN 0-201-50418-9.
  10. ^ Отт, Генри В. (1976). Методы шумоподавления в электронных системах . Wiley. ISBN 0-471-65726-3.
  11. ^ Элмор, Уильям С.; Хилд, Марк А. (1985). Физика волн . Courier Corporation. ISBN 0-486-64926-1.
  12. ^ Кизер, Джордж Морис (1990). Микроволновая связь. Издательство Университета штата Айова. С. 312. ISBN 978-0-8138-0026-4.
  13. ^ "Coax power handling". Архивировано из оригинала 14 июля 2014 года.
  14. ^ ab "Почему 50 Ом?". Микроволны 101. 13 января 2009 г. Архивировано из оригинала 14 июля 2014 г.
  15. ^ "Coax power handling". Микроволны 101. 14 сентября 2008 г. Архивировано из оригинала 28 января 2012 г.
  16. ^ "Суперэкранированные коаксиальные кабели для ядерной энергетики". Международное агентство по атомной энергии (каталожная запись). Май 1977 г.
  17. ^ "IEC 61917 Кабели, кабельные сборки и соединители. Введение в измерения электромагнитного (ЭМС) экранирования. Первое издание, 1998-06" (PDF) .[ постоянная мертвая ссылка ]
  18. ^ Silver, H. Ward; Ford, Steven R.; Wilson, Mark J., ред. (2015). "23.1.2". ARRL Antenna Book for Radio Communications (23-е изд.). Netwon, CT: ARRL. ISBN 978-1-62595-044-4.
  19. ^ Браун, Джим (2008). «Линии передачи на звуковых частотах и ​​немного истории» (PDF) . The Audio Systems Group, Inc . Получено 2023-01-16 .
  20. ^ "Характеристики коаксиального кабеля для RG-6". madaboutcable.com. Архивировано из оригинала 2010-08-13 . Получено 2011-06-28 .
  21. ^ abcdefghijklmnopqrstu v "Times Microwave Coax Loss Calculator" . Получено 2011-10-26 .
  22. ^ "Технические характеристики - 9258" (PDF) . static.dxengineering.com . Получено 3 октября 2023 г. .
  23. ^ "Характеристики коаксиального кабеля для RG-11". madaboutcable.com. Архивировано из оригинала 2010-08-11 . Получено 2011-03-29 .
  24. ^ "Belden 7731A RG11 Coax" (PDF) . belden.com. Архивировано из оригинала (PDF) 2018-02-24 . Получено 2018-02-23 .
  25. ^ "Характеристики коаксиального кабеля для RG-58". madaboutcable.com. Архивировано из оригинала 2010-08-09 . Получено 2011-03-29 .
  26. ^ "Характеристики коаксиального кабеля для RG-59". madaboutcable.com. Архивировано из оригинала 2010-08-11 . Получено 2011-03-29 .
  27. ^ «Данные о коэффициенте скорости кабеля и потерях». febo.com.
  28. ^ "Характеристики коаксиального кабеля для RG-62". madaboutcable.com. Архивировано из оригинала 2010-08-11 . Получено 2011-03-29 .
  29. ^ "Характеристики коаксиального кабеля для RG-178". madaboutcable.com. Архивировано из оригинала 2011-09-28 . Получено 2011-04-11 .
  30. ^ "RG178 Мини-коаксиальный".
  31. ^ "Характеристики коаксиального кабеля для 5-жильного RG-179 (RGBHV)". madaboutcable.com. Архивировано из оригинала 2012-03-30 . Получено 2011-06-28 .
  32. ^ "Спецификация коаксиального кабеля Harbour RG-188" (PDF) . Wellshow . Получено 3 октября 2023 г. .
  33. ^ "RG195 Coax Cable | Allied Wire & Cable". Архивировано из оригинала 2021-08-17 . Получено 2021-08-17 .
  34. ^ "Характеристики коаксиального кабеля для RG-213". madaboutcable.com. Архивировано из оригинала 2011-09-26 . Получено 2011-06-28 .
  35. ^ "Характеристики коаксиального кабеля для RG-214". madaboutcable.com. Архивировано из оригинала 2010-10-08 . Получено 2011-03-29 .
  36. ^ "Характеристики коаксиального кабеля для RG-316". madaboutcable.com. Архивировано из оригинала 2010-08-11 . Получено 2011-06-28 .
  37. ^ "Характеристики коаксиального кабеля для RG-400". madaboutcable.com. Архивировано из оригинала 2011-09-28 . Получено 2011-06-28 .
  38. ^ "H500 PE" (PDF) . dnd.hu . 26 августа 1996 г. . Получено 3 октября 2023 г. .
  39. ^ "Times Microwave LMR-240 Data Sheet" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2011-10-18 . Получено 2011-10-26 .
  40. ^ "Radio City Inc". Архивировано из оригинала 2008-12-07 . Получено 2009-02-06 .
  41. ^ "Спецификации коаксиальных кабелей". RF Cafe. Архивировано из оригинала 2012-01-03 . Получено 2012-01-25 .
  42. ^ "Phase Velocity". Микроволны 101. 2010-03-30. Архивировано из оригинала 2012-01-14 . Получено 2012-01-25 .
  43. ^ "CommScope Radiax". Архивировано из оригинала 2016-05-30 . Получено 2016-06-28 .
  44. ^ "Коаксиальный кабель, используемый в первом трансатлантическом телеграфном кабеле". Harper's Weekly (38): 447–448. 12 мая 1894 г. ISBN 978-0-8018-6909-9.
  45. ^ Нахин, Пол Дж. (13 ноября 2002 г.). "3: Первая теория электрического телеграфа". Оливер Хевисайд . JHU Press. ISBN 978-0-8018-6909-9.
  46. ^ Фельденкирхен, Вильфрид (1994). Вернер фон Сименс — изобретатель и международный предприниматель . Издательство Университета штата Огайо. ISBN 0-8142-0658-1.
  47. ^ Патент США 1,835,031
  48. ^ "Раннее электронное телевидение - Олимпийские игры 1936 года в Берлине". earlytelevision.org . Архивировано из оригинала 2007-12-03.
  49. ^ Huurdeman, Anton A. (31 июля 2003 г.). "Copper-Line Transmission". Всемирная история телекоммуникаций . John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-20505-0.
  50. ^ "Коаксиальный дебют". Время . 14 декабря 1936 г. Архивировано из оригинала 2007-10-13.
  51. ^ "Галерея: Иллюстрированная история трансокеанского кабеля". Boing Boing .
  52. ^ Тозер, Эдвин Пол Дж. (2004). Справочник инженера вещания. Тейлор и Фрэнсис. ISBN 978-0-240-51908-1.
  53. ^ "Коаксиальный фидер или коаксиальный кабель RF". Radio-electronics.com .
  54. ^ Тичаут, Терри. «Кризис новых медиа 1949 года». Wall Street Journal . Получено 19 января 2015 г.
  55. ^ "Памятная серебряная тарелка TAT-1 1956 года". Atlantic-cable.com .
  56. ^ Хюрдеман, Антон А. (31 июля 2003 г.). Всемирная история телекоммуникаций. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-20505-0.
  57. ^ "Australia's Premier Ministers". Национальный архив Австралии. Архивировано из оригинала 4 августа 2017 года . Получено 14 сентября 2013 года .
  58. Австралазийский инженер . 1962. С. 33.

Внешние ссылки