Trudno mi sobie wyobrazić kogoś, kto nigdy nie widział kabla koncentrycznego. Nadal pozostaje wiele pytań dotyczących sposobu wytwarzania, jego zalet i zastosowania.
Spis treści
Jak zbudowany jest kabel koncentryczny
Kabel koncentryczny składa się z
- przewód wewnętrzny (rdzeń centralny)
- dielektryczne;
- przewód zewnętrzny (oplot);
- Zewnętrzne pokrycie.
Patrząc na przekrój poprzeczny kabla, można zauważyć, że obie żyły znajdują się w tej samej osi. Stąd nazwa kabla: coaxial (z angielskiego: koncentryczny).
Żyła wewnętrzna w dobrym kablu jest wykonana z miedzi. Obecnie w tanich produktach stosuje się aluminium lub nawet stal pokrytą miedzią. Dielektrykiem w dobrym kablu jest polietylen, natomiast w kablach wysokiej częstotliwości stosuje się fluoroplastik. W tańszych wersjach stosuje się różne spienione tworzywa sztuczne.
Klasycznym materiałem oplotu jest miedź, a oplot produktów wysokiej jakości jest ściśle spleciony, bez przerw. W kablach niższej jakości do wykonania żyły zewnętrznej stosuje się stopy miedzi, czasem stopy stali, rzadkie oploty, aby było taniej, a w niektórych przypadkach folię.
Obszar zastosowań kabla koncentrycznego, jego zalety i wady
Kable koncentryczne są najczęściej wykorzystywane do przesyłania prądów o wysokiej częstotliwości (RF, mikrofalowych i wyższych). W wielu przypadkach jest on stosowany do lub między anteną a odbiornikiem, jak również w systemach telewizji kablowej. Taki sygnał można również przesłać za pomocą linii dwuprzewodowej - jest to tańsze rozwiązanie.
W niektórych przypadkach tak się robi, ale taka linia ma poważną wadę - pole elektryczne przechodzi w niej przez otwartą przestrzeń i jeśli dostanie się do niej jakiś obiekt przewodzący z zewnątrz, spowoduje to zniekształcenie sygnału - tłumienie, odbicie itp. Natomiast w przypadku kabla koncentrycznego pole elektryczne znajduje się całkowicie wewnątrz, dlatego podczas układania nie trzeba się martwić o mijanie metalowych przedmiotów (lub takich, które mogą się później znaleźć w pobliżu kabla) - nie będą one miały wpływu na działanie linii transmisyjnej.
Wadą kabla koncentrycznego jest jego wysoki koszt. Za wadę uważa się również dużą pracochłonność naprawy uszkodzonej linii.
W przeszłości kable koncentryczne były także powszechnie stosowane do transmisji danych w sieciach komputerowych. Obecnie szybkość transmisji wzrosła do poziomu, którego nie są w stanie osiągnąć kable o częstotliwości radiowej, więc to zastosowanie jest szybko wycofywane.
Różnica między kablem koncentrycznym a kablem pancernym i przewodem ekranowanym
Kabel koncentryczny jest często mylony z przewodem ekranowanym, a nawet z opancerzonym kablem zasilającym. Mimo pewnych podobieństw w wyglądzie zewnętrznym ("rdzeń-izolacja-metalowy płaszcz elastyczny"), ich przeznaczenie i zasada działania są różne.
Oplot kabla koncentrycznego jest drugim przewodnikiem, który zamyka obwód. Musi on przenosić prąd obciążenia (czasami nawet strona wewnętrzna i zewnętrzna są różne). Oplot może, ale nie musi być podłączony do uziemienia ze względów bezpieczeństwa - nie ma to wpływu na działanie oplotu. Niewłaściwe jest również nazywanie go tarczą - nie pełni on żadnej funkcji globalnej osłony.
W kablach opancerzonych zewnętrzny oplot metalowy chroni warstwę izolacji i żyłę przed wpływami mechanicznymi. Jest on bardzo silny i ze względów bezpieczeństwa musi być zawsze uziemiony. Podczas normalnej pracy nie przewodzi prądu.
Przewód ekranowany posiada zewnętrzną, przewodzącą powłokę, która chroni przewodnik przed zakłóceniami zewnętrznymi. Jeśli konieczna jest ochrona przed zakłóceniami LF (do 1 MHz), ekran jest uziemiony tylko z jednej strony przewodu. W przypadku zakłóceń powyżej 1MHz ekran służy jako dobra antena, dlatego należy go uziemić na całej długości w kilku punktach (tak często, jak to możliwe). W normalnych warunkach pracy prąd nie powinien płynąć przez ekran.
Parametry techniczne kabla koncentrycznego
Jednym z głównych parametrów, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze kabla, jest jego impedancja. Chociaż parametr ten jest mierzony w omach, nie można go zmierzyć zwykłym testerem omomierza i nie zależy on od długości odcinka kabla.
Impedancja linii jest określana przez stosunek jej indukcyjności liniowej do pojemności liniowej, która z kolei zależy od stosunku średnic rdzenia centralnego i oplotu oraz od właściwości dielektryka. Dlatego, w przypadku braku przyrządów, można "zmierzyć" opór falowy za pomocą suwmiarki - znaleźć średnicę rdzenia d i średnicę oplotu D, a następnie podstawić te wartości do wzoru.
Tutaj także:
- Z - Wymagana impedancja falowa;
- Er - jest stałą dielektryczną dielektryka (dla polietylenu można przyjąć 2,5, a dla pianki 1,5).
Rezystancja kabla może być dowolna, o rozsądnych wymiarach, ale standardowe produkty są dostępne z wartościami:
- 50 Ohm;
- 75 Ohm;
- 120 Ω (dość rzadka odmiana).
Nie można powiedzieć, że kabel 75 Ω jest lepszy niż kabel 50 Ω (lub odwrotnie). Każda z nich musi być zastosowana na swoim miejscu - impedancja falowa wyjścia nadajnika Zи, linia komunikacyjna (kabel) Z i obciążenie muszą być takie same ZнTylko w takim przypadku przesyłanie energii ze źródła do odbiornika może odbywać się bez strat i odbić.
Istnieją pewne praktyczne ograniczenia dotyczące produkcji kabli o wysokiej impedancji falowej. Kabel o impedancji 200 omów lub większej musi mieć bardzo cienki rdzeń lub dużą średnicę żyły zewnętrznej (aby uzyskać wysoki współczynnik D/d). Taki produkt jest trudniejszy w użyciu, dlatego w przypadku ścieżek o wysokiej impedancji stosuje się linie dwuprzewodowe lub terminatory.
Innym ważnym parametrem współosiowym jest tłumienie. Jest on mierzony w dB/m. Ogólnie rzecz biorąc, im grubszy kabel (a dokładniej, im większa średnica żyły centralnej), tym mniejsze tłumienie sygnału na każdym metrze długości. Na ten parametr mają jednak wpływ również materiały, z których wykonano linię komunikacyjną. Straty omowe zależą od materiału, z którego wykonany jest rdzeń i oplot. Przyczyniają się do tego również straty dielektryczne. Straty te rosną wraz z częstotliwością sygnału, dlatego do ich zmniejszenia stosuje się specjalne materiały izolacyjne (fluoroplastik itp.). Spienione dielektryki stosowane w niedrogich kablach przyczyniają się do zwiększenia tłumienności.
Inna ważna cecha kabla koncentrycznego współczynnik skrócenia. Ten parametr jest potrzebny, gdy konieczna jest znajomość długości kabla w długościach fali przesyłanego sygnału (np. w transformatorach impedancji). Długość elektryczna i długość fizyczna kabla nie pokrywają się, ponieważ prędkość światła w próżni jest większa niż prędkość światła w dielektryku kabla. Dla kabla z dielektrykiem polietylenowym Kk=0,66, dla fluoroplastu - 0,86. W przypadku tanich produktów z izolatorem piankowym - nieprzewidywalne, ale bliższe 0,9. W zagranicznej literaturze technicznej podaje się wartość współczynnika opóźnienia - Kretardacja=1/Кwyrzut.
Kabel koncentryczny ma także inne cechy - minimalny promień gięcia (zależy głównie od średnicy zewnętrznej), wytrzymałość elektryczną izolatora itp. Również one są czasem niezbędne przy wyborze kabla koncentrycznego.
Oznaczenie kabla koncentrycznego
Produkty krajowe miały oznaczenie liczbowo-literowe (można je spotkać do dziś). Kabel był oznaczony symbolem literowym RK (kabel o częstotliwości radiowej), po którym następowała cyfra oznaczająca:
- impedancja falowa;
- Grubość kabla w mm;
- numer katalogowy.
Na przykład kabel RK-75-4 oznacza produkty o rezystancji falowej 75 Ohm i średnicy izolacji 4 mm.
Międzynarodowe oznaczenie również zaczyna się od dwóch liter:
- RG - kabel o częstotliwości radiowej;
- DG dla sieci cyfrowych;
- SAT, DJ - dla sieci satelitarnych (kabel wysokiej częstotliwości).
Następnie podany jest numer, który nie zawiera żadnych informacji technicznych (aby go rozszyfrować, należy zajrzeć do karty katalogowej kabla). W późniejszym okresie mogą pojawić się kolejne listy wskazujące dodatkowe nieruchomości. Przykład oznaczenia - RG8U - kabel RF o impedancji 50 Ohm o zmniejszonej średnicy rdzenia centralnego i mniejszej gęstości oplotu.
Zrozumienie różnic między kablem koncentrycznym a innymi produktami kablowymi oraz poznanie wpływu jego parametrów na właściwości użytkowe pozwala z powodzeniem stosować ten produkt w obszarach, do których jest przeznaczony.
Powiązane artykuły:
