Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Коаксіальний кабель



План:


Введення

Коаксіальний кабель (від лат. co - Спільно і axis - Вісь, тобто "співвісний"), також відомий як коаксіал (від англ. coaxial ), - Електричний кабель, що складається з розташованих співвісно центрального провідника і екрану. Зазвичай служить для передачі високочастотних сигналів. Винайдений і запатентований в 1880 році британським фізиком Олівер Хевісайд.

Телевізійний коаксіальний кабель типу RG-59
Пристрій коаксіального кабелю
1 - внутрішній провідник,
2 - ізоляція (суцільний поліетилен),
3 - зовнішній провідник,
4 - оболонка (світлостабілізована поліетилен)

1. Пристрій

Коаксіальний кабель (див. малюнок) складається з:

  • 4 (A) - оболонки (служить для ізоляції та захисту від зовнішніх впливів) з светостабілізірованного (тобто стійкого до ультрафіолетового випромінювання сонця) поліетилену, полівінілхлориду, повив фторопластовою стрічки чи іншого ізоляційного матеріалу;
  • 3 (B) - зовнішнього провідника (екрану) у вигляді обплетення, фольги, покритої шаром алюмінію плівки і їх комбінацій, а також гофрованої трубки, повив металевих стрічок та ін з міді, мідного або алюмінієвого сплаву;
  • 2 (C) - ізоляції, виконаної у вигляді суцільного ( поліетилен, спінений поліетилен, суцільний фторопласт, фторопластова стрічка і т. п.) або полувоздушна (кордельно-трубчастий повів, шайби тощо) діелектричного заповнення, що забезпечує сталість взаємного розташування (співвісність) внутрішнього і зовнішнього провідників;
  • 1 (D) - внутрішнього провідника у вигляді одиночного прямолінійного (як на малюнку) або звитого в спіраль дроту, багатожильного дроту, трубки, виконуваних з міді, мідного сплаву, алюмінієвого сплаву, обмідненої стали, обміднений алюмінію, посрібленою міді і т. п.

Завдяки збігу осей обох провідників у ідеального коаксіального кабелю обидва компоненти електромагнітного поля повністю зосереджені в просторі між провідниками (в діелектричній ізоляції) і не виходять за межі кабелю, що виключає втрати електромагнітної енергії на випромінювання і захищає кабель від зовнішніх електромагнітних наведень. У реальних кабелях обмежені вихід випромінювання назовні і чутливість до наводкам обумовлені відхиленнями геометрії від ідеальності.


2. Історія створення

  • 1855 - Вільям Томсон розглядає коаксіальний кабель і отримує формулу для погонної ємності. [1]
  • 1880 - Олівер Хевісайд отримує британський патент № 1407 на коаксіальний кабель. [2]
  • 1884 - фірма Siemens & Halske патентує коаксіальний кабель в Німеччині (патент № 28978, 27 березня 1884). [3]
  • 1894 - Нікола Тесла запатентував електричний провідник для змінних струмів (патент № 514167).
  • 1929 - Ллойд Еспеншід ( англ. Lloyd Espenschied ) І Герман Еффель з AT & T Bell Telephone Laboratories запатентували перший сучасний коаксіальний кабель.
  • 1936 - AT & T побудувала експериментальну телевізійну лінію передачі на коаксіальному кабелі, між Філадельфією і Нью-Йорком.
  • 1936 - перша телепередача по коаксіальному кабелю з Берлінських Олімпійських Ігор в Лейпцигу.
  • 1936 - між Лондоном і Бірмінгемом поштовою службою (тепер компанія BT) прокладено кабель на 40 телефонних номерів.
  • 1941 - перше комерційне використання системи L1 в США, компанією AT & T. Між Міннеаполіс ( Міннесота) і Стівенс Пойнт ( Вісконсін) запущений ТВ-канал і 480 телефонних номерів.
  • 1956 - прокладена перша трансатлантична коаксіальна лінія, TAT-1.

3. Застосування

Основне призначення коаксіального кабелю - передача високочастотного сигналу в різних областях техніки:

  • системи зв'язку;
  • трансляційні мережі;
  • комп'ютерні мережі;
  • антенно- фідерні системи;
  • АСУ та інші виробничі та науково-дослідні технічні системи;
  • системи дистанційного керування, вимірювання та контролю;
  • системи сигналізації та автоматики;
  • системи об'єктивного контролю та відеоспостереження;
  • канали зв'язку різних радіоелектронних пристроїв мобільних об'єктів (суден, літальних апаратів і ін);
  • внутрішньоблокові і міжблочні зв'язку у складі радіоелектронної апаратури;
  • канали зв'язку у побутовій та аматорської техніці;
  • військова техніка та інші області спеціального застосування.

Крім каналізації сигналу, відрізки кабелю можуть використовуватися і для інших цілей:

Існують коаксіальні кабелі для передачі низькочастотних сигналів (в цьому випадку оплетка служить в якості екрану) і для постійного струму високої напруги. Для таких кабелів хвильовий опір не нормується.


4. Класифікація

За призначенням - для систем кабельного телебачення, для систем зв'язку, авіаційної, космічної техніки, комп'ютерних мереж, побутової техніки і т. д.

За хвильовому опору (хоча хвильовий опір кабелю може бути будь-яким), стандартними є п'ять значень за російськими стандартами і три з міжнародних:

  • 50 Ом - найбільш поширений тип, застосовується в різних областях радіоелектроніки. Причиною вибору даного номіналу була, перш за все, можливість передачі радіосигналів c мінімальними втратами в кабелі, а також близькі до гранично досяжним свідчення електричної міцності і переданої потужності; [4]
  • 75 Ом - найпоширеніший тип, застосовується переважно в телевізійній та радіотехніці (був обраний по причині хорошого узгодження з хвильовим опором найбільш поширеного типу антен - напівхвильового диполя (73 ом); при цьому втрати в кабелі трохи вище, ніж для 50 Ом);
  • 100 Ом - застосовується рідко, в імпульсній техніці і для спеціальних цілей;
  • 150 Ом - застосовується рідко, в імпульсній техніці і для спеціальних цілей, міжнародними стандартами не передбачений;
  • 200 Ом - застосовується вкрай рідко, міжнародними стандартами не передбачений;
  • Є й інші номінали; крім того, існують коаксіальні кабелі з ненормованим [Джерело не вказано 626 днів] хвильовим опором: найбільше поширення вони одержали в аналогової звукотехніці.

По діаметру ізоляції:

  • субмініатюрние - до 1 мм;
  • мініатюрні - 1,5-2,95 мм;
  • средньогабаритні - 3,7-11,5 мм;
  • великогабаритні - більше 11,5 мм.

За гнучкості (стійкість до багаторазових перегинів і механічний момент вигину кабелю): жорсткі, напівжорсткі, гнучкі, особогібкіе.

За ступенем екранування:

  • з суцільним екраном
    • з екраном з металевої трубки
    • з екраном з лудженої обплетення
  • з звичайним екраном
    • з одношаровою опліткою
    • з двох-і багатошарової опліткою і з додатковими екрануючими шарами
  • випромінюючі кабелі, що мають навмисно низьку (і контрольовану) ступінь екранування

5. Позначення

5.1. Позначення радянських кабелів

За ГОСТ 11326.0-78 марки кабелів повинні складатись з літер, що означають тип кабелю, і трьох чисел (розділених дефісами).

Перше число означає значення номінального хвильового опору.

Друге число означає:

  • для коаксіальних кабелів - значення номінального діаметра по ізоляції, округлене до найближчого меншого цілого числа для діаметрів більше 2 мм (за винятком діаметра 2,95 мм, який повинен бути заокруглений до 3 мм, і діаметра 3,7 мм, який округляти не слід) ;
  • для кабелів зі спіральними внутрішніми провідниками - значення номінального діаметра сердечника;
  • для двопровідних кабелів з провідниками в окремих екранах - значення діаметра по ізоляції, округлене так само, як і для коаксіальних кабелів;
  • для двопровідних кабелів з провідниками в загальній ізоляції або скручених з окремо ізольованих провідників - значення найбільшого розміру по заповненню або діаметра по скрутці.

Третє - двох-або тризначне число - означає: перша цифра - групу ізоляції і категорію теплостійкості кабелю, а наступні цифри означають порядковий номер розробки. Кабелям відповідної теплостійкості присвоєно наступне цифрове позначення:

  • 1 - звичайної теплостійкості із суцільною ізоляцією;
  • 2 - підвищеної теплостійкості із суцільною ізоляцією;
  • 3 - звичайної теплостійкості з полувоздушна ізоляцією;
  • 4 - підвищеної теплостійкості з полувоздушна ізоляцією;
  • 5 - звичайної теплостійкості з повітряної ізоляцією;
  • 6 - підвищеної теплостійкості з повітряної ізоляцією;
  • 7 - високої теплостійкості.

До марці кабелів підвищеної однорідності або підвищеної стабільності параметрів в кінці через тире додають букву С.

Наявність букви А ("абонентський") в кінці назви позначає знижену якість кабелю - відсутність частини провідників, складових екран.

Приклад умовного позначення радіочастотного коаксіального кабелю з номінальною хвильовим опором 50 Ом, з суцільною ізоляцією звичайної теплостійкості, номінальним діаметром по ізоляції 4,6 мм і номером розробки 1 "Кабель РК 50-4-II ГОСТ (ТУ) *".


5.2. Старі позначення радянських кабелів

У 1950-1960-х роках в СРСР застосовувалася таке маркування кабелів, в позначенні якій були відсутні значимі компоненти. Маркування складалася з літер "РК" і умовного номера розробки. Наприклад, позначення "РК-50" означає не 50-омний кабель, а просто кабель з порядковим номером розробки "50", а його хвильовий опір одно 157 Ом. [5]

5.3. Міжнародні позначення

Системи позначень у різних країнах встановлюються міжнародними, національними стандартами, а також власними стандартами підприємств-виготовлювачів (найбільш поширені серії марок RG, DG, SAT). [6]

6. Категорії

Кабелі діляться за шкалою Radio Guide. Найбільш поширені категорії кабелю:

  • RG-11 і RG-8 - "товстий Ethernet" (Thicknet), 75 Ом і 50 Ом відповідно. Стандарт 10BASE-5;
  • RG-58 - "тонкий Ethernet" (Thinnet), 50 Ом. Стандарт 10BASE-2 :
  • RG-58 / U - суцільний центральний провідник,
  • RG-58A / U - багатожильний центральний провідник,
  • RG-58C / U - військовий кабель;
  • RG-59 - телевізійний кабель (Broadband / Cable Television), 75 Ом. Російський аналог РК-75-х-х ("радіочастотний кабель");
  • RG-6 - телевізійний кабель (Broadband / Cable Television), 75 ом. Кабель категорії RG-6 має кілька різновидів, які характеризують його тип і матеріал виконання. Російський аналог РК-75-х-х;
  • RG-11-магістральний кабель, практично незамінний, якщо потрібно вирішити питання з великими відстанями. Цей вид кабелю можна використовувати навіть на відстанях близько 600 м. Зміцнена зовнішня ізоляція дозволяє без проблем використовувати цей кабель в складних умовах (вулиця, колодязі). Існує варіант S1160 з тросом, який використовується для надійної проброскі кабелю по повітрю, наприклад, між будинками;
  • RG-62 - ARCNet, 93 Ом.

6.1. "Тонкий" Ethernet

Був найбільш поширеним кабелем для побудови локальних мереж. Діаметр приблизно 6 мм і значна гнучкість дозволяли йому бути прокладеним практично в будь-яких місцях. Кабелі з'єднувалися один з одним і з мережевою платою в комп'ютері за допомогою T-коннектора BNC. Між собою кабелі могли з'єднуватися за допомогою I-коннектора BNC (пряме з'єднання). На обох кінцях сегмента повинні бути встановлені термінатори. Підтримує передачу даних до 10 Мбіт / с на відстань до 185 м.


6.2. "Товстий" Ethernet

Більш товстий, порівняно з попереднім, кабель - близько 12 мм в діаметрі, мав більш товстий центральний провідник. Погано гнувся і мав значну вартість. Крім того, при приєднанні до комп'ютера були деякі складності - використовувалися трансивери AUI (Attachment Unit Interface), приєднані до мережевої карти за допомогою відгалуження, що пронизує кабель, т. зв. "Вампірчіков". За рахунок більш товстого провідника передачу даних можна було здійснювати на відстань до 500 м зі швидкістю 10 Мбіт / с. Однак складність і дорожнеча установки не дали цьому кабелю такого широкого розповсюдження, як RG-58. Історично фірмовий кабель RG-8 мав жовте забарвлення, і тому іноді можна зустріти назву "Жовтий Ethernet" ( англ. Yellow Ethernet ).


7. Допоміжні елементи коаксіального тракту

  • Коаксіальні роз'єми - для підключення кабелів до пристроїв або їх зчленування між собою, іноді кабелі випускаються з виробництва до встановлених роз'ємами.
  • Коаксіальні переходи - для зчленування між собою кабелів з ​​непарними один одному роз'ємами.
  • Коаксіальні трійники, спрямовані відгалужувачі і циркулятори - для розгалужень і відгалужень в кабельних мережах.
  • Коаксіальні трансформатори - для узгодження по хвильовому опору при з'єднанні кабелю з пристроєм або кабелів між собою.
  • Кінцеві і прохідні коаксіальні навантаження, як правило, узгоджені - для встановлення потрібних режимів хвилі в кабелі.
  • Коаксіальні атенюатори - для ослаблення рівня сигналу в кабелі до необхідного значення.
  • Ферритові вентилі - для поглинання зворотної хвилі в кабелі.
  • Грозорозрядники на базі металевих ізоляторів або газорозрядних пристроїв - для захисту кабелю і апаратури від атмосферних розрядів.
  • Коаксіальні перемикачі, реле та електронні комутуючі коаксіальні пристрої - для комутації коаксіальних ліній.
  • Коаксіально-хвилеводні і коаксіально-Полоскова переходи, сімметрірующіе пристрої - для стикування коаксіальних ліній з хвилеводними, полоськовая і симетричними двопровідними.
  • Прохідні і кінцеві детекторні головки - для контролю високочастотного сигналу в кабелі по його огинаючої.

8. Основні нормовані характеристики


8.1. Розрахунок характеристик

Номограма для визначення хвильового опору кабелю.

Визначення погонної ємності, погонной індуктивності та хвильового опору коаксіального кабелю по відомим геометричним розмірам проводиться таким чином.

Спочатку необхідно виміряти внутрішній діаметр D екрану, знявши захисну оболонку з кінця кабелю і звернув оплетку (зовнішній діаметр внутрішньої ізоляції). Потім вимірюють діаметр d центральної жили, знявши попередньо ізоляцію. Третій параметр кабелю, який необхідно знати для визначення хвильового опору, - відносна діелектрична проникність ε матеріалу внутрішньої ізоляції.

Погонна ємність C h системі СІ, результат виражений у Фарада на метр) обчислюється [7] за формулою ємності цилиндрического конденсатора :

C_h = \frac{2 \pi \varepsilon_0 \varepsilon}{\ln(D/d)},

де ε 0 - электрическая постоянная.

Погонная индуктивность L h (в системе СИ, результат выражен в генри на метр) вычисляется [7] по формуле

L_h = \frac{\mu_0 \mu}{2 \pi} \ln(D/d),

де μ 0 - магнитная постоянная, μ - относительная магнитная проницаемость изоляционного материала, которая во всех практически важных случаях близка к 1.

Волновое сопротивление коаксиального кабеля в системе СИ [8] :

Z = \sqrt{\frac{L_h}{C_h}} = \frac{1}{2\pi}\sqrt{\frac{\mu\mu_0}{\varepsilon\varepsilon_0}}\ln\frac{D}{d}\approx\frac {\lg(D/d)}{\sqrt{\varepsilon}}\cdot 138~\Omega

(приближённое равенство справедливо в предположении, что μ = 1).

Волновое сопротивление коаксиального кабеля можно также определить по номограмме, приведённой на рисунке. Для этого необходимо соединить прямой линией точки на шкале D/d (отношения внутреннего диаметра экрана и диаметра внутренней жилы) и на шкале ε (диэлектрической проницаемости внутренней изоляции кабеля). Точка пересечения проведённой прямой со шкалой R номограммы соответствует искомому волновому сопротивлению.

Скорость распространения сигнала в кабеле вычисляется по формуле

v=\frac{1}{\sqrt{\varepsilon\varepsilon_0 \mu\mu_0}} = \frac{c}{\sqrt{\varepsilon \mu}},

де c - скорость света. При измерениях задержек в трактах, проектировании кабельных линий задержек и т. п. бывает полезно выражать длину кабеля в наносекундах, для чего используется обратная скорость сигнала, выраженная в наносекундах на метр: 1/ v = ε 3,33 нс/м .

Предельное электрическое напряжение, передаваемое коаксиальным кабелем, определяется электрической прочностью S изолятора (в вольтах на метр), диаметром внутреннего проводника (поскольку максимальная напряжённость электрического поля в цилиндрическом конденсаторе достигается возле внутренней обкладки) и в меньшей степени диаметром внешнего проводника:

V_p = \frac{Sd}{2} \ln(D/d).

9. Интересные факты

Кабели с разрывами в экранирующей оболочке используются в качестве распределённых антенн. [ источник не указан 83 дня ]

Примітки

  1. Thomson, W., [Lord Kelvin]. On the electro-statical capacity of a Leyden phial and of a telegraph wire insulated in the axis of a cylindrical conducting sheath - books.google.com/books?id=8bOBXil_bNMC&pg=PA38 // Phil. Mag. - IX. - 1885. - P. 531-535.
  2. Paul J. Nahin. Oliver Heaviside: The Life, Work, and Times of an Electrical Genius of the Victorian Age - books.google.com/books?id=e9wEntQmA0IC. JHU Press, 2002. - P. xvi.
  3. Wilfried Feldenkirchen. Werner von Siemens - Inventor and International Entrepreneur. - 1994. - ISBN 0-8142-0658-1
  4. Изюмова, Свиридов, 1975, С. 51-52
  5. Russian Hamradio - Высокочастотные кабели старых типов - qrx.narod.ru/spravka/vk.htm
  6. Система обозначения коаксиальных кабелей фирмы HUBER&SUHNER - www.electroncom.ru/product/hs/cable_indication.php
  7. 1 2 Pozar, David M. Microwave Engineering. Addison-Wesley Publishing Company, 1993. ISBN 0-201-50418-9.
  8. Elmore William C. Physics of Waves. - 1969. - ISBN 0-486-64926-1

Література

  • Н. І. Белоруссов, І. І. Гродно. Радіочастотні кабелі. 2-е изд., Перераб. - М.-Л.: Госенергоіздат, 1959.
  • Т. І. Ізюмова, В. Т. Свиридов. Хвилеводи, коаксіальні і Полоскова лінії. - М.: енер, 1975.
  • Д. Я. Гальперовіч, А. А. Павлов, М. М. Хрєнков. Радіочастотні кабелі. - М.: Вища школа, 1990.
  • Електричні кабелі, проводи й шнури: Довідник / Н. І. Белоруссов, А. Є. Саакян, А. І. Яковлєва: Під ред. Н. І. Белоруссова. - 5 изд., Перераб. і доп. - М.: Вища школа, 1987. - 536 с.; Іл.
  • Любительська радіозв'язок на КХ. Під ред. Б. Г. Степанова. - М.: Радіо і зв'язок, 1991.
  • Довідкова книга радіоаматора-конструктора. Під ред. Н. І. Чистякова. - М.: Радіо і зв'язок, 1990.
  • Дж. Девіс, Дж. Дж. Карр. Кишеньковий довідник радіоінженера. Пер. з англ. - М.: Додека-XXI, 2002.
Нормативно-технічна документація
  • ГОСТ 11326.0-78. Кабелі радіочастотні. Загальні технічні умови.
  • IEC 60078 (1967). Кабелі радіочастотні коаксіальні. Хвильовий опір і розміри.
  • IEC 60096-1 (1986). Кабелі радіочастотні. Частина 1: Загальні вимоги та методи вимірювань.
  • IEC 60096-2 (1961). Кабелі радіочастотні. Частина 2: Окремі технічні умови на кабелі.
  • IEC 60096-3 (1982). Кабелі радіочастотні. Частина 3: Загальні вимоги та випробування одножильних коаксіальних кабелів для використання в кабельних розподільчих системах.
  • MIL-C-17 Coaxial Cable - www.harbourind.com/products/pdf/M17.pdf (військовий стандарт США).
  • МЕК 78-67, МЕК 96-0-70, МЕК 96-1-86, МЕК 96-3-82.
  • ТУ 16.К99-006-2001, ТУ16-505.858-81, ТУ16-705.125-79, ТУ16-505.166-77.

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Кабель
Кабель (електротехніка)
Трансатлантичний телеграфний кабель
Трансатлантичний телефонний кабель
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru