Что такое волновое сопротивление коаксиального кабеля

Коаксиальный кабель, что это? Волновое сопротивление.

Наверное, вы не раз слышали такие словосочетания как витая пара, экранированный провод и высокочастотный сигнал? Так вот, коаксиальный кабель — эта разновидность витой пары, но с гораздо большей помехозащищенностью, наиболее подходящий проводник для ВЧ сигнала.

Коаксиальный кабель состоит из центральной жилы (проводника), экранированного слоя (экрана) и двух изолирующих слоев.

Внутренний изолятор служит для изоляции центральной жилы коаксиального кабеля от экрана, внешний — для защиты кабеля от механических повреждений и электрической изоляции.

Коаксиальный кабель

Защита от помех коаксиальным кабелем. Причина возникновения помех

Что представляют из себя помехи в не коаксиальном кабеле

Стоит сразу разобраться с вопросом защиты от помех. Разберем общие принципы природы их возникновения и влияния помех на передачу информации.

Итак, все мы знаем, что существуют некие помехи в линиях электропередач. Они представляют из себя всплески и, наоборот, пропадания номинального (того, которое должно быть) напряжения в кабеле (в проводе). На графике (зависимости напряжения в кабеле от времени) помехи выглядят так:

Сигнал с помехами

Причина возникновения помех — электромагнитные поля от других сигналов и кабелей. Как мы знаем из курса школьной физики, у электричества есть две составляющие — электрическая и магнитная. Первая представляет собой течение тока по проводнику, а вторая — электромагнитное поле, которое создает ток.

Электромагнитное поле распространяется в среде в форме сферы в бесконечность. Проходя через незащищенный от помех (не коаксиальный) кабель, электромагнитный сигнал влияет на магнитную составляющую электрического сигнала в кабеле и вызывает в нем помехи, отклоняя напряжение сигнала от номинального.

Представьте себе, что мы обрабатываем (считываем) сигнал напряжением 10 В с определенной тактовой частотой, например в 1Гц. Это значит, что мы мгновенно списываем показания напряжения в линии каждую секунду. Что произойдет, если именно в момент считывания помеха сильно отклонит напряжение, например с 10 вольт до 7,4 вольт? Правильно, ошибка, мы считаем ложную информацию! Проиллюстрируем этот момент:

Запись сигнала с помехами

Но мы должны помнить о том, что напряжение у нас мерится от корпуса (или от минуса). И фишка в том, что в радиоэлектронике (в электронике высокочастотных сигналов) большую отрицательную роль играют именно высокочастотные помехи, и вот она, собственно говоря, истина: в момент, когда помеха действует на центральную жилу коаксиального кабеля, та же самая помеха действует и на экран коаксиального кабеля, а напряжение мерится от корпуса (который соединен с экраном), поэтому разность потенциалов между экранной частью коаксиального кабеля и его центральной жилой остается неизменной.

Поэтому основная задача в защите от помех при передачи сигнала — держать экранный слой или провод как можно ближе к центральному и всегда на одном и том же расстоянии.

Что лучше защищает от электромагнитных помех — витая пара или коаксиальный кабель?

Сразу ответим на вопрос. Коаксиальный кабель защищает от помех лучше, чем витая пара.

Есть некоторые тонкости, связанные с паразитной емкостью, сопротивлением и обратными токами при передаче ВЧ сигнала, но лучше всего будет представить и запомнить так:

В витой паре два провода свиты между собой и заизолированы друг от друга. Плюсовой провод при сгибах может на доли миллиметра отдаляться от минусового, что отдаляет, собственно, плюс от корпуса. Кроме того, сами жилы плюсового и минусового провода за счет изоляции уже имеют между собой определенный зазор. Помеха может проскочить, но вероятность достаточно мала.

В Коаксиальном кабеле экранный слой по кругу, полностью обволакивает центральную жилу. Помеха никак не может пройти через центральную жилу, минуя экран коаксиала. Кроме того, качество материала, из которого изготавливается коаксиальный кабель, по требованиям государственного стандарта превосходит качество материалов для витых пар. Точка.

Волновое сопротивление коаксиальных кабелей.

Волновое сопротивление

Основная характеристика коаксиального кабеля — волновое сопротивление. Это величина, в общем говоря, характеризующая затухание амплитуды сигнала в коаксиальном кабеле на 1 погонный метр.

Получается она из выражения частного от напряжения сигнала, передаваемого по коаксиальному кабелю, деленного на ток при этом напряжении в коаксиальном кабеле, мерится в Омах.

Но главное, запомните что она характеризует — затухание передаваемого сигнала. Это сама суть волнового сопротивления коаксиальных кабелей. Уменьшение амплитуды напряжения и тока — есть затухание сигнала.

Для того, чтобы окунуться в волновое сопротивление коаксиальных кабелей глубже, нужно знать много разных понятий о теории электромагнитных волн, таких как амплитуда без учета затухания, активное погонное сопротивление, коэффициент затухания электромагнитных волн в коаксиальном волноводе, несколько постоянных электрических величин, затем построить пару интегральных волновых графиков и понять, что все-таки, 77 Ом — идеально подходит для советского телевидения, 30 Ом — идеально подходит для всего кроме советского телевидения, ну а 50 Ом — золотая середина между советским телевидением, коаксиальным кабелем и всем остальным!

Но лучше — запомните суть, а остальному — поверьте на слово)

Стандарты волновых сопротивлений коаксиальных кабелей:

50 Ом. Самый распространенный стандарт коаксиального кабеля. Оптимальные характеристики по передаваемой мощности сигнала, электрической изоляции (плюса от минуса), минимальные потери сигнала при передаче радиосигнала.

75 Ом. Был широко распространен в СССР в части передачи телевизионного и видеосигнала и, что примечательно, оптимально подходит именно для этих целей.

100 Ом, 150 Ом, 200 Ом. Применяются крайне редко, в узкоспециализированных задачах.

Также, немаловажными характеристиками являются:

Остались вопросы? Напишите в комментарии) Мы ответим!

Источник

Волновое сопротивление 50 или 75 Ом, медненое железо или медь?

Существует стойкое предубеждение и, можно даже сказать, заблуждение многих людей относительно высокочастотных кабелей. Меня, как разработчика антенн, являющегося одновременно и руководителем фирмы по их производству, постоянно одолевают этим вопросом. Попытаюсь раз и навсегда поставить точку в этом вопросе и закрыть тему применения 75 Ом кабелей вместо 50 Ом для целей передачи сигналов небольшой мощности. Я постараюсь не утруждать читателя сложными терминами с формулами, хотя некоторый минимум математики все же необходим для понимания вопроса.

В низкочастотной радиотехнике для передачи сигнала с заданными параметрами ток-напряжение нужен проводник, обладающий некоторыми свойствами изоляции от окружающей среды и погонным сопротивлением, таким, чтобы в точке приема НЧ сигнала мы получили достаточный для последующей обработки сигнал. Иными словами любой проводник обладает сопротивлением, и желательно, чтобы это сопротивление было как можно меньше. Это простое условие для техники низких частот. Для сигналов с малой передаваемой мощностью нам достаточно тонкого провода, для сигналов с большой мощностью мы должны выбирать более толстый провод.

В отличие от низкочастотной радиотехники, в технике высоких частот приходится учитывать много других параметров. Несомненно, как и в НЧ технике, нас интересует передаваемая по среде передачи мощность и сопротивление. То, что на низких частотах мы обычно называем сопротивлением линии передачи, на высоких частотах называют потерями. На низкой частоте потери, прежде всего, определяются собственным погонным сопротивлением линии передачи, тогда как на ВЧ появляется, так называемый, Скин-эффект. Скин-эффект – приводит к тому, что ток, вытесняемый высокочастотным магнитным полем течет лишь по поверхности проводника, вернее в его тонком поверхностном слое. Из-за чего эффективное сечение проводника, можно сказать, уменьшается. Т.е. при равных условиях для прокачки одной и той же мощности на низкой частоте и высокой требуются провода разного сечения. Толщина скин-слоя зависит от частоты, с увеличением частоты толщина скин-слоя уменьшается, что приводит к потерям большим, нежели на более низких частотах. Скин-эффект присутствует при переменном токе любой частоты. Для наглядности приведу некоторые примеры.

Так для тока частотой 60 герц, толщина скин-слоя составляет 8,5 мм. А для тока 10 МГц тощина скин-слоя составит всего 0,02 мм. Не правда ли разительная разница? А для частот 100, 1000 или 2000 МГц, толщина проводящего слоя будет и того меньше! Не вдаваясь в математику, скажу, что толщина скин-слоя зависит, прежде всего от удельной проводимости проводника и частоты. Поэтому для передачи максимально большей мощности на ВЧ нам нужно брать кабель с наибольшей площадью поверхности центральной жилы. При этом учитывая, что на СВЧ толщина скин-слоя мала нам вовсе необязательно использовать цельный медный кабель. Разницы от использования кабеля со стальным центральным проводником покрытым тонким слоем меди вы вероятно даже не заметите. Разве что он будет более жестким на изгиб. Разумеется, что желательно наличие более толстого слоя меди на стальном проводнике. Использование цельного медного кабеля имеет, конечно, преимущества, он более гибкий, по нему можно передавать большую мощность на более низких частотах. Также зачастую по коаксиальному кабелю передают напряжение питания постоянного тока предусилителей, и тут также вне конкуренции медный кабель. Но для передачи небольшой мощности не более 10-200 мВт на СВЧ с экономической точки зрения, более оправданным будет применение именно омедненного кабеля. Будем считать, что вопрос выбора между омедненными и медными кабелями закрыли.

Для понимания различия кабелей в волновом сопротивлении, я не стану рассказывать, что такое волновое сопротивление кабеля. Как ни странно, это не нужно для понимания разницы. Для начала разберемся, почему существуют кабели с разными волновыми сопротивлениями. Прежде всего, это связанно с историей становления радиотехники. На заре радиотехники выбор изолирующих материалов для коаксиальных кабелей был сильно ограничен. Это сейчас мы нормально воспринимаем наличие огромного ряда пластиков, вспененных диэлектриков, резины со свойствами проводников или керамики. 80 лет назад ничего этого не было. Была резина, полиэтилен, парафин, бакелит, в 30-х годах изобретен фторопласт (он же тефлон). Волновое сопротивление кабелей определяется соотношением диаметров центрального внутреннего проводника и внешнего диаметра кабеля.

Ниже приведена номограмма.

Толщина центрального проводника определяется его способностью пропускать наибольшую мощность. Внешний диаметр выбирается в зависимости от используемого диэлектрика – заполнителя находящегося между двумя проводниками. Используя номограмму становится понятно, что диапазон удобных для промышленного изготовления волновых сопротивлений кабелей лежит в пределах 25 – 100 Ом.

Теперь считаю необходимым рассмотреть менее важный вопрос о согласовании линии передачи. Попытаюсь просто ответить на вопросы о том, можно ли подключить 75 Ом кабель вместо 50 Ом.

Рассмотрим ситуацию, когда выходное волновое сопротивление передатчика 50 Ом, мы подключаем к нему 50 Ом кабель и 75 Ом антенну. В этом случае потери составят 4% от выходной мощности. Много ли это? Ответ неоднозначный. Дело в том, что в ВЧ радиотехнике оперируют в основном логарифмическими величинами, приведенными к децибелам. И если 4% перевести в децибелы, то потери в линии составят всего 0,18 дБ.

Если мы подключаем передатчик с 50 Ом выходом к 75 Ом кабелю и далее к 50 Ом антенне. В этом случае теряется 8% мощности. Но приведя это значение к децибелам, выясняется, что потери составят всего лишь 0,36 дБ.

Теперь рассмотрим типовые затухания кабелей для частоты 2000 МГц. И сравним, что лучше применить: 20 метров кабеля 75 Ом или 20 метров кабеля 50 Ом.

Затухание на 20 метрах для известного дорогого кабеля марки Radiolab 5D-FB составляет 0,3*20= 6 дБ.

Затухание на 20 метрах для качественного кабеля Cavel SAT703 составляет 0,29*20= 5,8 дБ.

Учтя потери на рассогласовании – 0,36 дБ, мы получим, что выигрыш от применения 50 Ом кабеля составляет всего 0,16 дБ. Это примерно соответствует 2-м лишним метрам кабеля.

А теперь сравним цену. 20 метров кабеля Radiolab 5D-FB стоят в лучшем случае примерно 80*20=1600 руб. В тоже время 20 метров кабеля Cavel SAT703 стоит 25*20=500 руб. Разница в цене 1100 руб. весьма ощутимая. К достоинствам 75 Ом кабелей можно отнести также легкость их разделки, доступность разъемов.

Источник

Простое средство передачи сигналов: коаксиальный кабель

Назначение любой радиотехнической линии передачи состоит в том, чтобы передать сигнал от источника к нагрузке с минимальными потерями и минимальными искажениями. И внутриблочный монтаж и провода и кабели, соединяющие различные радиоэлектронные устройства, например, передающую телевизионную камеру с видеомагнитофоном, все это – линии связи.

Устройство и принцип действия линий связи зависит от диапазона частот сигналов, которые планируется по ним передавать.

Сигналы в диапазоне частот от 1 Гц до 30 кГц – это сигналы звуковых частот, они обычно передаются по проводам.

Провод содержит одну или несколько скрученных проволок или изолированных жил, защищенных легкой неметаллической оболочкой или оплеткой из волокнистых материалов. Если оплетка должна выдерживать большие механические нагрузки и защищать провод от грызунов, ее делают из проволоки.

Сигналы в диапазоне частот от 30 кГц до 300 ГГц – это сигналы радиочастот. Для передачи таких сигналов используют экранированные провода и коаксиальные кабели, а в диапазоне СВЧ, начиная с частоты 3 ГГц, используют волноводы.

Волноводы представляют собой проводящие трубки прямоугольного, круглого или эллиптического сечения, которые позволяют волне распространяться по длине трубы, отражаясь от ее стенок. Достоинствами волновода по сравнению с коаксиальным кабелем являются низкие потери мощности, низкий коэффициент стоячей волны и высокая рабочая частота, однако они дороги, громоздки, сложны для монтажа, и, несмотря на появление т.н. гибких волноводов, не рассчитаны на многократные изгибы и перегибы.

Коаксиальным кабелем (от лат. co – совместно и axis – ось) называют кабель связи из одной или нескольких (до 20 и более) коаксиальных пар, в которых оба проводника – внутренний и внешний, представляют собой соосные цилиндры, разделенные слоем изоляции (полиэтиленовой, воздушнополиэтиленовой, фторопластовой или другой).

Видеосигнал проходит через центральную жилу, в то время как экран используется для уравнивания нулевого потенциала концевых устройств – видеокамеры и видеомонитора, например. Экран также защищает центральную жилу от внешних электромагнитных помех (ЭМП). Для улучшения работы электрического экрана в хороших коаксиальных кабелях предусматривается возвратный провод.

Идея соосного строения кабеля состоит в том, что все помехи наводятся только в экране. Если он надежно заземлен, то наводки «разряжаются» через цепь заземления.

Коаксиальный кабель замыкает контур между источником и приемником, где центральная жила кабеля является сигнальным проводом, а экран – заземляющим. Поэтому передачу по коаксиальному кабелю и называют несимметричной передачей.

В радиоэлектронной аппаратуре чаще всего применяют простой коаксиальный кабель, содержащий одну центральную жилу, окруженную экраном (рис. 1), или триаксиальный кабель, имеющий две центральные жилы.

Рис. 1 Коаксиальный кабель

Рис. 2 Триаксиальный (двухкоаксиальный) кабель

Коаксиальный кабель – самое распространенное средство передачи видеосигналов. В зависимости от типа видеосигнала его можно передавать от источников к приемникам с помощью коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом на расстояния, приведенные в таблице 1.

Основные характеристики коаксиальных кабелей

Основными характеристиками коаксиальных кабелей являются:

Погонное волновое сопротивление

Короткие провода и кабели, используемые в обычных электронных блоках оборудования, имеют незначительные омическое сопротивление, индуктивность и емкость и не влияют на сигнал. Однако если сигнал должен быть передан на довольно большое расстояние, в сложную картину передачи информации включается множество разных факторов. Особенно подвержены влиянию высокочастотные сигналы. Тогда сопротивление, индуктивность и емкость начинают играть значительную роль и ощутимо влияют на передачу сигнала.

С точки зрения электродинамики коаксиальный кабель можно представить в виде схемы, состоящей из сопротивлений (R), индуктивностей (L), конденсаторов (С) и проводников (G) на единицу длины (рис. 3). Если кабель имеет значительную длину, то совокупность элементов R, L и С действует как грубый фильтр нижних частот, который, в свою очередь, воздействует на амплитуду и фазу различных компонентов видеосигнала. Чем выше частоты сигнала, тем больше на них влияют неидеальные свойства кабеля.

Рис. 3 Представление коаксиального кабеля

Каждый кабель имеет однородное строение и собственный характеристический импеданс (полное сопротивление), который определяется элементами R, L, С и G на единицу длины.

Главное преимущество несимметричной передачи видеосигнала основано на том, что характеристический импеданс передающей среды не зависит от частоты (это относится, главным образом, к средним и высоким частотам), в то время как сдвиг фазы пропорционален частоте.

Амплитудные и фазовые характеристики коаксиального кабеля на низких частотах в большой степени зависят от самой частоты, но так как в подобных случаях длина кабеля достаточно мала по сравнению с длиной волны сигнала, то влияние на передачу сигнала оказывается незначительным.

Когда характеристический импеданс коаксиального кабеля соответствует выходному импедансу источника видеосигнала и входному импедансу приемного устройства, происходит максимальная передача энергии между источником и приемником, такая линия передачи называется согласованной.

Для высокочастотных сигналов, каким является видеосигнал, согласование полного сопротивления имеет первостепенную важность. Когда импеданс не согласован, видеосигнал целиком или частично отражается назад к источнику, воздействуя не только на выходной каскад, но и на качество изображения. Отражение 100% сигнала происходит, когда конец кабеля либо замкнут накоротко, либо оставлен открытым (незамкнут). Вся (100%) энергия сигнала (напряжение, умноженное на ток) передается только тогда, когда есть согласование между источником, средствами передачи и приемником. Вот почему последний элемент в цепи видеосигналов всегда заканчивается нагрузкой в 75 Ом, которую называют терминатором (см. рис. 4).

Рис. 4. Элементы конструкции коаксиальной линии

В телевидении для всего оборудования, передающего или принимающего видеосигналы, принят характеристический импеданс 75 Ом. Поэтому нужно использовать коаксиальный кабель с полным сопротивлением 75 Ом. Но производители выпускают и другое оборудование, например, с импедансом 50 Ом (которое в отдельных случаях используется для вещательного или ВЧ-оборудования), но тогда между такими источниками и 75-омными приемниками должны использоваться преобразователи импеданса (пассивные или активные).

75 Ом коаксиального кабеля – это комплексное сопротивление, определяемое отношением напряжения/тока в каждой точке кабеля. Это не активное сопротивление, и поэтому его нельзя измерить обычным мультиметром.

Полное сопротивление коаксиального кабеля определяется по формуле:

Эта формула означает, что характеристический импеданс не зависит от длины кабеля и частоты, но зависит от емкости и индуктивности на единицу длины. Однако, это не так, если длина кабеля превышает 200 метров. В этом случае сопротивление и емкость имеют значение и оказывают влияние на видеосигнал.

Потери в коаксиальном кабеле складываются из двух составляющих: диэлектрические потери и потери в проводниках. Потери в изоляции зависят только от её диэлектрических свойств и не зависят от размера кабеля. Потери в проводниках жестко связаны с их размерами, причем в большей мере с сечением центрального проводника, т.к. основная часть электромагнитного поля распространяется в кабеле вдоль него, сильно убывая по направлению к экрану. Очевидно, что с увеличением размеров кабеля концентрация поля вокруг центрального проводника уменьшается, следовательно, уменьшаются и потери.

Отклонения погонного волнового сопротивления кабельной линии выражают с помощью возвратных потерь.

Оценка режима работы линии характеризуется коэффициентом бегущей волны (КБВ), который характеризует собой степень согласования линии с нагрузкой. Если КБВ равен единице, линия полностью согласована с нагрузкой. На практике таких линий не бывает из-за невозможности идеального согласования нагрузки с линией.

Величина, обратная коэффициенту бегущей волны, называется коэффициентом стоячей волны.

Понятно, что однородность кабеля по длине имеет большое значение для соответствия требованиям характеристического импеданса. Качество кабеля зависит от точности и однородности центральной жилы, диэлектрика и экрана. Эти факторы определяют значения С и L на единицу длины кабеля. Вот почему надо уделить особое внимание прокладке кабеля и его концевой заделке.

Правила прокладки коаксиального кабеля

Рис. 5 Переходники для видеосигнала

1 – BNC-вилка на RCA-розетку; 2 – BNC- розетка на RCA-вилку; 3 – BNC-розетка-розетка; 4 – RCA- розетка-розетка; 5 – BNC-вилка на Т-образный разветвитель с двумя BNC-розетками; 6 – BNC-вилка на Y-образный разветвитель с двумя BNC-розетками; 7 – BNC-розетка с терминатором 75 Ом; 8 – 3,5-мм стереофонический штекер на разветвитель с двумя RCA-розетками.

Степень искажения синусоидальных сигналов линиями связи оценивается по таким характеристикам, как затухание и полоса пропускания.

Затухание показывает, насколько уменьшается мощность эталонного синусоидального сигнала на выходе линии связи по отношению к мощности сигнала на входе этой линии.

Затухание сигнала на 100 футов длины некоторых популярных зарубежных кабелей показано в таблице 1.

Таблица 1. Затухание сигнала в коаксиальных кабелях

Шум и электромагнитные помехи

То, насколько хорошо экран коаксиального кабеля защищает центральную жилу от шума и ЭМП, зависит от процента экранирования. Как правило, производители указывают в спецификациях цифры от 90 до 99%. Но имейте в виду, что даже если обещано 100% экранирование, невозможно получить защиту от внешних наводок на все 100%. Проникновение ЭМП внутрь коаксиального кабеля зависит от используемой частоты.

Теоретически, успешно подавляются только частоты выше 50 кГц – главным образом, из-за ослабления скин-эффекта. Все частоты ниже этой в меньшей или большей степени наводят в экране электроток. Насколько силен электроток, зависит от напряженности магнитного поля. Понятно, что нас, прежде всего, интересует излучение тока промышленной частоты (50 или 60 Гц), окружающее почти все технические устройства.

Вот почему возникают проблемы, если коаксиальный кабель проведен параллельно проводам и кабелям электросети. Величина наведенного напряжения в центральной жиле коаксиального кабеля зависит, во-первых, от силы тока на данной линии электропитания. Во-вторых, она зависит от того, насколько далеко коаксиальный кабель пролегает от силового кабеля. И, наконец, она зависит от того, на какой протяженности эти кабели пролегают вместе. Иногда соседство на протяжении 100 м не оказывает никакого влияния, но если по силовому кабелю течет большой ток, то даже 50 м могут сказаться на качестве сигнала. При монтаже постарайтесь (всегда, когда это возможно) сделать так, чтобы силовые и коаксиальные кабели не проходили очень близко друг к другу. Для ощутимого уменьшения ЭМП необходимо, чтобы расстояние между ними составляло хотя бы 30 см.

На экране монитора наводки от электросети имеют вид нескольких жирных горизонтальных полос, медленно сползающих вверх или вниз. Частота сползания определяется разницей между частотой полей видеосигнала и промышленной частотой и может составлять от 0 до 1 Гц. В результате на экране появляются неподвижные или очень медленно перемещающиеся полосы.

Конструкция коаксиальных кабелей

Как устроен коаксиальный кабель, знают все мало-мальски связанные с радиотехникой люди. Однако некоторые аспекты их конструкции нередко вызывают досадные ошибки. Например, многие путают изоляцию коаксиального кабеля с его оболочкой.

В радиочастотных коаксиальных кабелях изоляцией принято называть конструкцию, изолирующую внутренний проводник от внешнего, а вот тот материал, которым покрывают кабель снаружи, называется оболочкой.

Обычно в каталогах и прайс-листах в графе «Диаметр» указывается диаметр коаксиального кабеля по изоляции без учета толщины оплетки и оболочки. Поэтому, если вам важен наружный диаметр кабеля (к примеру, для прокладки его по заранее смонтированным коробам определенного размера), следует заранее его уточнить.

Медь – один из лучших проводников для коаксиального кабеля. Только золото и серебро обладают более высокими эксплуатационными показателями (сопротивление, коррозия), но для производства кабеля они слишком дороги. Многие полагают, что лучшие кабели получаются из покрытой медью стали, но это не так. Покрытая медью сталь просто дешевле и, возможно, жестче, но для длинных кабелей лучше использовать медь. Омедненные стальные коаксиальные кабели приемлемы для коллективной антенны, где передаваемые сигналы ВЧ-модулированы (VHF или UHF, MB или УВЧ). А именно, на более высоких частотах так называемый скин-эффект (поверхностный эффект) проявляется сильнее: фактический сигнал перетекает на медную поверхность проводника (не экрана, а центрального проводника).

По степени жесткости коаксиальные кабели можно разделить на 4 группы:

К гибким относят кабели, выдерживающие до 50 000 перегибов и более. У таких кабелей экраном служит оплетка из тонких проволок. Так как оплетка – не сплошной проводник и имеет существенное расстояние между проволоками, то через отверстия происходит «просачивание» электромагнитного поля наружу. Кроме того, для электрического тока оплетка представляет собой огромное количество контактов между проволоками, что ведет к увеличению ее сопротивления и, в конечном счете, увеличивает затухание сигнала в кабелях этого типа.

Гибкие кабели не подходят для передачи сигналов на расстояния, превышающие 50 м.

В полугибких коаксиальных кабелях для повышения степени экранирования и уменьшения электрического сопротивления и, следовательно, затухания, на изоляцию сначала накладывается металлическая фольга, а поверх нее – оплетка. У таких кабелей затухание значительно ниже, чем у гибких, однако они гораздо менее гибкие. Такие кабели широко используются в сетях кабельного телевидения, а в радиотехнических системах широкого применения не нашли.

Полужесткие коаксиальные кабели имеют сплошной сварной внешний проводник. В 95% конструкций этот проводник имеет спиральный или кольцевой гофр. Кабали этого типа имеют низкий коэффициент затухания и отличное экранирование. В зависимости от размеров и материала изоляции они могут обеспечивать передачу довольно большой мощности (до 5 кВт на частоте 100 МГц для отечественного кабеля РК50-17-51).

Жесткие коаксиальные кабели, больше похожие на водопроводные трубы, чем на радиочастотные кабели, предназначены в основном для передачи сигналов большой мощности.

Необходимо отметить, что радиочастотные кабели, находящиеся большую часть времени на открытых пространствах (радиомачтах, крышах и т.д.), должны быть устойчивы к повышенным и пониженным температурам и их перепадам, к воздействию влаги и солнечного излучения. Для повышения механической прочности некоторые коаксиальные кабели снабжаются металлическим тросом, принимающим на себя основные нагрузки.

Как уже говорилось, обычный коаксиальный кабель состоит из центрального проводника, внутреннего диэлектрика, экрана и внешней оболочки (Рис. 1).

Центральный проводник кабеля предназначен для передачи сигнала из одной точки в другую. Его делают из материалов, хорошо проводящих электрический сигнал. Обычно используется медь, которая подходит для этих целей по своим электрическим, механическим и стоимостным параметрам. Центральный проводник может быть как одножильным, так и многожильным.

Одножильный – это центральный проводник, выполненный в виде одного прямого проводника. Одножильный проводник хорошо формуется, но не очень гибкий. Поэтому кабели с одножильным проводником обычно используются в стационарных инсталляциях.

Витой многожильный – представляет собой проводник, состоящий из множества тонких проводников, свитых вместе. Эти кабели гибкие, они легче и применяются в основном в мобильных инсталляциях. Однако характеристики такого кабеля будут несколько ниже, чем кабеля с одножильным проводником того же типоразмера.

Внутренний диэлектрик, называемый также внутренней изоляцией кабеля, выполняет в коаксиальных кабелях важную роль. Прежде всего, это материал, который изолирует центральный проводник от экрана. Но, кроме того, он определяет импеданс и емкость кабеля. Обычно в кабелях общего назначения используется полиэтилен, а для производства негорючих кабелей фторсодержащие полимеры.

Дешевые кабели имеют диэлектрик из твердого полиэтилена. Более серьезные производители используют вспененный полиэтилен, который обеспечивает более низкое погонное затухание сигнала в кабеле на высоких частотах.

Стоит заметить, что некоторые производители вспенивают диэлектрик химическим способом. В результате получается низкоплотный полиэтиленовый компаунд, подверженный механическим повреждениям и нестабильный к воздействию окружающей среды в виде температуры и влажности.

Наибольшее качество кабеля получается с физически вспененным диэлектриком (gas injected foam polyethylene). Он содержит до 60% воздушных пузырьков, за счет чего уменьшается затухание высоких частот сигнала. По прочности физически вспененный полиэтилен не отличается от обычного твердого невспененного полиэтилена, обеспечивая необходимую гибкость и устойчивость к механическим воздействиям. И, наконец, обладая высокой стойкостью к температурным колебаниям и влажности, физически вспененный диэлектрик обеспечит стабильность параметров и длительную эксплуатацию кабеля.

Экран выполняет две важных роли. Он работает как второй проводник, подключенный к общему земляному проводу оборудования. В то же время он экранирует сигнальный проводник от посторонних излучений. Существуют различные методы экранировки для кабелей, выполняющих различные задачи. Это экран из фольги, плетеный экран и комбинации из фольги и оплетки.

Оплетка – экран, который изготавливается из множества тонких проводников, сплетенных в виде сетки, охватывающей центральный проводник с внутренним диэлектриком. Оплетка обычно обладает меньшим сопротивлением, чем фольга и обладает лучшей устойчивостью к постороннему электромагнитному полю и электромагнитным наводкам. Оплетка может сочетаться с другими видами экранов, например, с алюминиевой или медной фольгой для обеспечения необходимого процента экранировки.

Фольга может обеспечить до 100% экранировки в сочетании с оплеткой. Учитывая, что оплетка может обеспечить эффективность экранировки до 90%, чтобы получить 100% необходимо две оплетки, что существенно увеличивает стоимость кабеля, его вес и ухудшает гибкость. Гораздо легче добиться 100% эффективности экранировки можно сочетанием оплетки и фольги.

Необходимую защиту внутренних компонентов кабеля обеспечивает внешняя оболочка. Оболочка защищает кабель от климатического, химического, и воздействия солнечного света. По типу оболочки кабели можно разделить на кабели стандартного и специального исполнения.

Стандартный кабель имеет обычную, чаще всего поливинилхлоридную оболочку, которая защищает кабель (или мультикор) от механических воздействий и влаги, а так же играет роль электрической изоляции.

Заполненный (Plenum) – стандартная инсталляция предполагает прокладку кабеля через стены и потолки. Возможное возгорание внутри здания предъявляет свои особые требования к оболочке кабелей. Кабели типа Plenum имеют огнестойкую оболочку, в составе которой используются специальные компаунды. Это обеспечивает низкую горючесть и дымовыделение в случае, если кабель будет подвергнут воздействию огнем. Такой кабель может быть проложен без трубопровода, что снижает затраты на инсталляцию.

Галогенонесодержащий – низкое выделение дыма и паров, отсутствие галогенов в материале оболочки кабеля требуют европейские правила техники безопасности (IEC33203 тест на горючесть, IEC61034 тест на дымовыделение, IEC754-1 коррозионная стойкость).

Для передачи RGBHV, S-Video и компонентных сигналов несколько коаксиальных кабелей могут объединяться в мультикор (рис. 6) с общей оболочкой. Количество коаксиальных кабелей в мультикоре может быть от двух до шести, кроме того, в мультикор могут добавляться балансые аудиопары и силовые проводники, что делает их еще более универсальными.

Рис. 6 Мультикор в разрезе

При монтаже необходимо обратить особое внимание на предотвращение попадания влаги внутрь кабеля. Особенно остро эта проблема стоит при использовании кабелей с кордельной изоляцией. Прежде всего необходимо герметизировать (влагозащищать) кабель при установке соединителей.

Отдельный класс коаксиальных кабелей составляют кабели для подземного размещения.

При построении антенно-фидерного тракта (АФТ) обычно придерживаются следующей схемы. В качестве основной передающей системы выбирается полужесткий кабель с хорошими характеристиками. Непосредственно же к радиоаппаратуре на одном конце и антенне на другом подключаются с помощью коротких отрезков гибкого кабеля, т.н. джамперов (рис. 7). Такая схема удобна и выгодна экономически, т.к. если подключать полужесткий кабель напрямую к устройствам, то из-за большого радиуса изгиба пришлось бы использовать как минимум на 6 м кабеля больше, а это дороже, чем два коротких джампера, да и обслуживать оборудование без джамперов попросту неудобно. Однако при работе на достаточно высоких частотах (800-900 МГц) даже короткие джамперы на гибких кабелях могут значительно ослаблять и искажать сигнал. Поэтому целесообразнее в качестве джамперов в этой части АФТ использовать полужесткий тонкий кабель, т.к. разница в цене между ними относительно всего АФТ незначительна.

Рис. 7 Коаксиальный джампер

Еще одним немаловажным элементом при подключении коаксиального кабеля к аппаратуре является разъем (соединитель). При подборе этого на первый взгляд нехитрого устройства необходимо руководствоваться двумя критериями: хорошими электрическими характеристиками и удобством заделки на кабель.

Разъемы

В телевидении широко используется концевая заделка коаксиального кабеля, которая называется BNC-разъемом (по первым буквам фамилий создателей Bayonet-Neil-Concelman). Существует три типа BNC-разъемов: с резьбой, запаиваемые и с обжимкой.

Рис. 8 Разъем типа BNC (кабельный)

Конструктивно разъем выглядит следующим образом: внутри металлической гильзы с накидной фиксирующей муфтой (при ее повороте разъемное соединение надежно фиксируется) есть тонкий центральный сигнальный контакт. С другой стороны гильзы находится контактная трубка для экранной оплетки. Сигнальный проводник проходит через эту трубку и вставляется в штырек, который входит в центральный контакт. На контактную трубку надевается другая трубка, которая, собственно говоря, и обжимается специальным инструментом. Центральный контакт бывает никелевым, посеребренным и позолоченным. Сама гильза, чаще всего, никелированная.

Самые распространенные BNC-разъемы – штекерные (штыревые контакт-соединения, «папы»). Существуют также гнездовые контакт-соединения («мамы»), угловые адаптеры, адаптеры BNC-BNC (их часто называют «barrels»), 75-омные концевые заделки (или «фиктивные нагрузки»), адаптеры BNC к другим типам соединений и т.д.

Для бытовой аппаратуры коаксиальный кабель может быть разделан в соединитель типа RCA (известный еще как «тюльпан», из-за схожей с цветком формы соединителей старых выпусков). Это очень простой и дешевый соединитель, однако он рассчитан исключительно на применение в комнатных условиях и для профессиональной аппаратуры не подходит.

Рис. 9

Применяются разъемы RCA для несимметричной передачи аналоговых сигналов линейного уровня, в основном от различных записывающих устройств. Кроме того, этот разъем находит применение в цифровом интерфейсе формата SPDIF. Известная фирма Canare производит разъемы RCA обжимного типа для установки на коаксиальные провода.

RCA – изначально «неправильный» разъем, так как соединение сигнального контакта штеккера с

Источник