Koaxiál

Koaxiální kabel (z lat. co - jointly a axis - axis, tedy koaxiální ; hovorově koaxiální z angl . coaxial ) - elektrický kabel skládající se z centrálního vodiče a stínění umístěného koaxiálně a odděleného izolačním materiálem nebo vzduchovou mezerou. Používá se k přenosu vysokofrekvenčních elektrických signálů. Na rozdíl od stíněného drátu, sloužící k přenosu stejnosměrného elektrického proudu a nízkofrekvenčních signálů, s rovnoměrnějším průřezem ve směru podélné osy (tvar průřezu, rozměry a hodnoty elektromagnetických parametrů materiálů jsou normalizovány) a použití lepších materiálů pro elektrické vodiče a izolaci. Vynalezen a patentován v roce 1880 britským fyzikem Oliverem Heavisidem .

Zařízení

Koaxiální kabel (viz obrázek) se skládá z:

4 (A) - pláště (slouží k izolaci a ochraně před vnějšími vlivy) ze světle stabilizovaného (tj. odolného vůči ultrafialovému záření ze slunce) polyethylenu, polyvinylchloridu, vrstvy fluoroplastové pásky nebo jiného izolačního materiálu;
3 (B) - vnější vodič (stínění) ve formě opletení, fólie, fólie potažené vrstvou hliníku a jejich kombinací, jakož i vlnitá trubka, zákrut kovových pásků atd. z mědi , měď nebo slitina hliníku;
2 (C) - izolace vyrobená ve formě pevné ( polyetylen , pěnový polyetylen, pevný fluoroplast , fluoroplastová páska atd.) nebo polovzduchové (cordel-tubulární pokládka, podložky atd.) dielektrické výplně, zajišťující stálost vzájemná poloha (souosost) vnitřního a vnějšího vodiče;
1 (D) - vnitřní vodič ve formě jednoduchého rovného (jako na obrázku) nebo vinutého drátu, lanka, trubice, vyrobený z mědi , slitiny mědi, hliníkové slitiny, poměděné oceli , poměděného hliníku, postříbřená měď atd.

Na rozdíl od přenosových vedení otevřeného typu (například dvouvodičového vedení) jsou v důsledku přítomnosti stínícího vodiče obě složky elektromagnetického pole elektromagnetické vlny a vysokofrekvenční tok energie přenášený vlnou zcela koncentrovány v prostor mezi vodiči (v izolační vrstvě) a nepřesahujte kabel [1 ] . Tato konstrukční vlastnost koaxiálního kabelu eliminuje výkonové ztráty elektromagnetické vlny vyzařováním elektromagnetických vln do okolního prostoru a naopak chrání kabel před pronikáním elektromagnetických snímačů zvenčí. U skutečných kabelů dochází k mírnému úniku záření ven a citlivosti na snímače, vyznačující se rádiovou těsností.

Historie vytvoření

1855 – William Thomson zkoumá koaxiální kabel a získává vzorec pro lineární kapacitu. [2]
1880 – Oliver Heaviside obdržel britský patent č. 1407 na koaxiální kabel. [3]
1884 – Siemens & Halske patentuje v Německu koaxiální kabel (patent č. 28978, 27. března 1884). [čtyři]
1894 – Nikola Tesla patentoval elektrický vodič pro střídavý proud (patent č. 514167).
1929 – Lloyd Espenschied a Herman Effel AT & T Bell Telephone Laboratories patentovali první moderní koaxiální kabel.
1936 – AT&T postavila experimentální koaxiální televizní přenosovou linku mezi Philadelphií a New Yorkem .
1936 – První televizní vysílání přes koaxiální kabel z olympijských her v Berlíně v Lipsku .
1936 – Poštovní služba (nyní společnost BT) položila mezi Londýnem a Birminghamem kabel pro 40 telefonních kanálů.
1941 – První komerční využití systému L1 v USA společností AT&T. Mezi Minneapolis ( Minnesota ) a Stevens Point ( Wisconsin ) byl spuštěn televizní kanál a 480 telefonních kanálů.
1956 - byla položena první transatlantická koaxiální linka TAT-1 .

Aplikace

Hlavním účelem koaxiálního kabelu je přenos vysokofrekvenčního signálu v různých oblastech technologie:

komunikační systémy;
vysílací sítě;
počítačové sítě;
anténní napájecí systémy;
ACS a další výrobní a výzkumné technické systémy;
Systémy dálkového ovládání, měření a kontroly;
signalizační a automatizační systémy ;
systémy objektivní kontroly a video dohledu;
komunikační kanály různých radioelektronických zařízení mobilních objektů (lodí, letadel atd.);
komunikace uvnitř jednotky a mezi jednotkami jako součást radioelektronického zařízení;
komunikační kanály v domácí a amatérské technice;
vojenská technika a další oblasti speciálního použití.

Kromě přenosu signálu lze kabelové segmenty použít k dalším účelům:

kabelové zpožďovací linky ;
čtvrtvlnné transformátory ;
vyvažovací a přizpůsobovací zařízení;
filtry a tvarovače pulsů.

Existují koaxiální kabely pro přenos nízkofrekvenčních signálů (v tomto případě opletení slouží jako stínění) a pro vysokonapěťový stejnosměrný proud. U takových kabelů není vlnová impedance standardizována.

Klasifikace

Po domluvě - pro systémy kabelové televize, pro komunikační systémy, letectví, kosmickou techniku, počítačové sítě, domácí spotřebiče atd.

Pokud jde o vlnovou impedanci (ačkoli vlnová impedance kabelu může být jakákoli), pět hodnot je standardních podle ruských norem a tři podle mezinárodních:

50 Ohm - nejběžnější typ, používaný v různých oblastech radioelektroniky. Důvodem pro volbu tohoto hodnocení byla v prvé řadě možnost přenosu rádiových signálů s minimálními ztrátami v kabelu s pevným polyetylenovým dielektrikem [5] , dále odečty elektrické pevnosti a přenášeného výkonu, které se blíží maximálnímu dosažitelnému ; [6]
75 ohmů je běžný typ:
- v SSSR a Rusku se používá hlavně s pevným dielektrikem v televizních a video zařízeních . Jeho masové použití bylo způsobeno přijatelným poměrem ceny a mechanické pevnosti při tahu, protože stopáž tohoto kabelu je značná. V tomto případě nemají ztráty rozhodující význam, protože signály s vysokým výkonem se přes takové kabely obvykle nepřenášejí.
- V USA se používá pro sítě kabelové televize - s pěnovým dielektrikem. Tyto kabely mají ocelové jádro potažené mědí [7] , takže jejich cena mírně závisí na průměru jádra. Důvodem pro volbu tohoto hodnocení v USA byl proto podle autorů [7] kompromis mezi ztrátami kabelu a flexibilitou kabelu.

Dříve bylo také důležité sladit takový kabel s charakteristickou impedancí toho nejběžnějšího typ antén - půlvlnný dipól (73 ohmů). Ale protože koaxiální kabel je nesymetrický a půlvlnný dipól je z definice symetrický, je pro přizpůsobení potřeba balanční zařízení, jinak začne opletení kabelu (napáječ) fungovat jako anténa.

93 Ohm - používá se v počítačových sítích standardu ArcNet.
100 Ohm - zřídka používaný, v impulsní technice a pro speciální účely;
150 Ohm - zřídka používané, v impulsní technologii a pro speciální účely, nestanovené mezinárodními normami;
200 Ohm - používá se velmi zřídka, není stanoveno mezinárodními normami;
Existují i jiné denominace; kromě toho existují koaxiální kabely s nestandardizovanými vlnová impedance: nejvíce se používají v analogovém zvukovém inženýrství .

Průměr izolace :

subminiaturní - do 1 mm;
miniaturní - 1,5-2,95 mm;
středně velké - 3,7-11,5 mm;
velké - více než 11,5 mm.

Podle flexibility (odolnost proti vícenásobnému zalomení a mechanickému ohybovému momentu kabelu): tuhé, polotuhé, flexibilní, extra flexibilní.

Stupeň screeningu:

celá obrazovka
- s kovovou trubkovou zástěnou
- s pocínovaným opletením
s normální obrazovkou
- s jednovrstvým opletem
- s dvojitým a vícevrstvým opletením a s přídavnými stínícími vrstvami
vyzařující kabely se záměrně nízkým (a kontrolovatelným) stupněm stínění

Notace

Označení sovětských kabelů

Podle GOST 11326.0-78 musí značky kabelů obsahovat písmena označující typ kabelu a tři čísla (oddělená pomlčkami).

První číslo znamená hodnotu nominální vlnové impedance.

Druhé číslo znamená:

u koaxiálních kabelů hodnota jmenovitého průměru izolace zaokrouhlená na nejbližší nižší celé číslo u průměrů větších než 2 mm (kromě 2,95 mm, které musí být zaokrouhleny na 3 mm, a 3,7 mm, které by neměly být zaokrouhleny);
u kabelů se spirálovými vnitřními vodiči - hodnota jmenovitého průměru jádra;
u dvouvodičových kabelů s vodiči v samostatných stíněních - hodnota průměru izolace zaokrouhlená stejně jako u koaxiálních kabelů;
u dvouvodičových kabelů s vodiči ve společné izolaci nebo lanka z jednotlivě izolovaných vodičů hodnota největšího rozměru v výplni nebo průměru v zákrutu.

Třetí - dvou- nebo třímístné číslo - znamená: první číslice je skupina izolace a kategorie tepelné odolnosti kabelu a následující číslice označují sériové číslo vývoje. Kabelům odpovídající tepelné odolnosti je přiřazeno následující číselné označení:

1 - normální tepelná odolnost s pevnou izolací;
2 - zvýšená tepelná odolnost s pevnou izolací;
3 - běžná tepelná odolnost s polovzduchovou izolací;
4 - zvýšená tepelná odolnost s polovzduchovou izolací;
5 - běžná tepelná odolnost se vzduchovou izolací;
6 - zvýšená tepelná odolnost se vzduchovou izolací;
7 - vysoká tepelná odolnost.

Písmeno C se ke značce kabelů se zvýšenou jednotností nebo zvýšenou stabilitou parametrů přidává na konci přes pomlčku.

Přítomnost písmene A („subscriber“) na konci názvu označuje sníženou kvalitu kabelu – nepřítomnost části vodičů, které tvoří obrazovku.

Příklad symbolu pro vysokofrekvenční koaxiální kabel s nominální vlnovou impedancí 50 Ohm, s průběžnou izolací běžného tepelného odporu, jmenovitým průměrem izolace 4,6 mm a vývojovým číslem 1 "Kabel RK 50-4-II GOST ( TU) *".

Stará označení sovětských kabelů

V 50. a 60. letech SSSR používal takové značení kabelů, v jejichž označení nebyly žádné významné součásti. Označení se skládalo z písmen "RK" a podmíněného čísla voj. Například označení „RK-50“ neznamená 50ohmový kabel, ale jednoduše kabel s vývojovým sériovým číslem „50“ a jeho impedance je 157 ohmů. [osm]

Mezinárodní označení

Systémy označování v různých zemích jsou stanoveny mezinárodními, národními normami a také vlastními normami výrobců (nejběžnější řady značek jsou RG, DG, SAT). [9]

Kategorie

Kabely jsou rozděleny podle stupnice Radio Guide. Nejběžnější kategorie kabelů:

RG-11 a RG-8 - "tlustý Ethernet" (Thicknet), 75 ohmů a 50 ohmů, resp. standard 10BASE-5 ;
RG-58 - "tenký Ethernet" (Thinnet), 50 Ohm. Standard 10BASE-2 :

RG-58/U - pevný středový vodič,
RG-58A/U - lankový středový vodič,
RG-58C/U - vojenský kabel;

RG-59 - televizní kabel (Broadband / Cable Television), 75 ohmů. Ruský analog RK-75-x-x („radiofrekvenční kabel“);
RG-6 - televizní kabel (Broadband / Cable Television), 75 ohmů. Kabel kategorie RG-6 má několik druhů, které charakterizují jeho typ a materiál. ruský analog RK-75-x-x;
RG-11 je kmenový kabel, téměř nepostradatelný, pokud potřebujete vyřešit problém s velkými vzdálenostmi. Tento typ kabelu lze použít i na vzdálenosti cca 600 m. Zesílená vnější izolace umožňuje bezproblémové použití tohoto kabelu ve ztížených podmínkách (ulice, studny). Existuje varianta S1160 s kabelem, která se používá pro spolehlivý přenos kabelu vzduchem např. mezi domy;
RG-62 - ARCNet , 93 Ohm.

Tenký Ethernet

Byl to nejběžnější kabel pro budování místních sítí . S průměrem přibližně 6 mm a značnou flexibilitou jej bylo možné položit téměř na libovolné místo. Kabely byly propojeny mezi sebou a se síťovou kartou v počítači pomocí BNC T-konektoru . Mezi sebou mohou být kabely propojeny pomocí I-konektoru BNC (přímé připojení). Terminátory musí být instalovány na obou koncích segmentu. Podporuje přenos dat až 10 Mbps na vzdálenost až 185 m.

Tlustý Ethernet

Silnější než předchozí kabel - asi 12 mm v průměru, měl silnější středový vodič. Špatně ohnutý a měl značné náklady. Navíc se vyskytly určité potíže při připojení k počítači – byly použity transceivery AUI (Attachment Unit Interface), připojené k síťové kartě pomocí odbočky prostupující kabelem, tzv. „upíři“. Díky silnějšímu vodiči mohl být přenos dat realizován na vzdálenost až 500 m rychlostí 10 Mbps. Složitost a vysoké náklady na instalaci však zabránily tomu, aby byl tento kabel tak široce používán jako RG-58 . Historicky měl proprietární kabel RG-8 žlutou barvu, a proto se někdy můžete setkat s názvem „Yellow Ethernet“ ( anglicky Yellow Ethernet ).

Pomocné prvky koaxiální cesty

Koaxiální konektory - pro připojení kabelů k zařízením nebo jejich vzájemné skloubení, někdy jsou kabely uvolněny z výroby s nainstalovanými konektory.
Koaxiální přechody - pro vzájemné propojení kabelů s nepárovými konektory.
Koaxiální T-kusy , směrové spojky a oběhová čerpadla - pro odbočení a rozvětvení v kabelových sítích.
Koaxiální transformátory - pro impedanční přizpůsobení při připojení kabelu k zařízení nebo kabelů mezi sebou.
Svorkové a průchozí koaxiální zátěže jsou zpravidla přizpůsobeny - pro vytvoření požadovaných vlnových režimů v kabelu.
Koaxiální atenuátory - pro zeslabení úrovně signálu v kabelu na požadovanou hodnotu.
Feritové ventily - pro absorbování zpětné vlny v kabelu.
Bleskojistky na bázi kovových izolátorů nebo plynových výbojových zařízení - k ochraně kabelů a zařízení před atmosférickými výboji.
Koaxiální spínače, relé a elektronická spínací koaxiální zařízení - pro spínání koaxiálních linek.
Koaxiální vlnovodné a koaxiální páskové přechody, baluny - pro spojování koaxiálních vedení s vlnovodem, páskovým a symetrickým dvouvodičem.
Průchozí a koncové detekční hlavice - pro sledování vysokofrekvenčního signálu v kabelu podél jeho obalu.

Základní normalizované charakteristiky

Vlnová impedance
Specifický útlum na různých frekvencích
lineární kapacita
Lineární indukčnost
Faktor zkrácení
Průměr jádra jádra
Vnitřní průměr obrazovky
Vnější průměr pláště
poměr stojatých vln
Maximální přenášený výkon
Maximální povolené napětí
Minimální poloměr ohybu kabelu

Výpočet charakteristik

Stanovení lineární kapacity, lineární indukčnosti a vlnového odporu koaxiálního kabelu podle známých geometrických rozměrů se provádí následovně.

Nejprve je třeba změřit vnitřní průměr D stínění odstraněním ochranného pláště z konce kabelu a obalením opletu (vnější průměr vnitřní izolace). Poté změřte průměr d centrálního jádra po předchozím odstranění izolace. Třetí parametr kabelu, který musí být znám pro určení vlnové impedance, je dielektrická konstanta ε vnitřního izolačního materiálu.

Lineární kapacita C h (v Mezinárodní soustavě jednotek (SI) je výsledek vyjádřen ve faradech na metr) se vypočítá [10] podle vzorce pro kapacitu válcového kondenzátoru :

C_{h}={\frac {2\pi \varepsilon _{0}\varepsilon }{\ln(D/d))),

kde ε 0 je elektrická konstanta .

Lineární indukčnost L h (v soustavě SI je výsledek vyjádřen v henry na metr) se vypočte [10] podle vzorce

L_{h}={\frac {\mu _{0}\mu }{2\pi }}\ln(D/d),

kde μ 0 je magnetická konstanta , μ je relativní magnetická permeabilita izolačního materiálu, která se ve všech prakticky důležitých případech blíží 1.

Charakteristická impedance koaxiálního kabelu v soustavě SI [11] :

$Z={\sqrt {{\frac {L_{h}}{C_{h}}}}}={\frac {1}{2\pi }}{\sqrt {{\frac {\mu \mu _ {0}}{\varepsilon \varepsilon _{0}}}}\ln {\frac {D}{d}}\cca {\frac {\lg(D/d)}{{\sqrt {\varepsilon }}}}\cdot 138~\Omega$

(přibližná rovnost platí za předpokladu, že μ = 1).

Charakteristickou impedanci koaxiálního kabelu lze také určit z nomogramu znázorněného na obrázku. K tomu je nutné spojit přímkou body na stupnici D / d (poměr vnitřního průměru stínítka a průměru vnitřního jádra) a na stupnici ε (dielektrická konstanta vnitřní izolace kabelu). Průsečík nakreslené přímky se stupnicí R nomogramu odpovídá požadované vlnové impedanci.

Rychlost šíření signálu v kabelu se vypočítá podle vzorce

v={\frac {1}{{\sqrt {\varepsilon \varepsilon _{0}\mu \mu _{0))))}={\frac {c}{{\sqrt {\varepsilon \mu } }}},

kde c je rychlost světla . Při měření zpoždění v trasách, navrhování kabelových zpožďovacích linek atd. může být užitečné vyjádřit délku kabelu v nanosekundách, pro kterou se používá inverzní rychlost signálu, vyjádřenou v nanosekundách na metr: 1/ v = √ ε 3,33 ns/m .

Maximální elektrické napětí přenášené koaxiálním kabelem je určeno dielektrickou pevností S izolátoru (ve voltech na metr), průměrem vnitřního vodiče (protože maximální intenzity elektrického pole ve válcovém kondenzátoru je dosaženo v blízkosti vnitřního obložení) a v menší míře průměr vnějšího vodiče:

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

Viz také

Poznámky

↑ Za předpokladu, že stíněný vodič nemá žádné otvory, to znamená, že je pevný a materiál, ze kterého je vyroben, má nekonečnou elektrickou vodivost, je to ideální vodič
↑ Thomson, W., [Lord Kelvin]. O elektrostatické kapacitě Leydenské libely a telegrafního drátu izolovaného v ose válcového vodivého pláště Archivováno 22. září 2014 na Wayback Machine // Phil. Mag. — IX. - 1885. - S. 531-535.
↑ Paul J. Nahin. Oliver Heaviside: Život, práce a časy elektrického génia viktoriánské éry Archivováno 27. července 2020 na Wayback Machine . JHU Press, 2002. - P. xvi.
↑ Wilfried Feldenkirchen. Werner von Siemens - vynálezce a mezinárodní podnikatel. - 1994. - ISBN 0-8142-0658-1 .
↑ http://www.microwaves101.com/encyclopedia/why50ohms.cfm Archivováno 14. července 2014 na Wayback Machine , spodní obrázek
↑ Izyumova, Sviridov, 1975, s. 51-52
↑ 1 2 http://www.microwaves101.com/encyclopedia/why50ohms.cfm Archivováno 14. července 2014 na Wayback Machine
↑ Ruské Hamradio - Staré typy vysokofrekvenčních kabelů . Datum přístupu: 19. ledna 2009. Archivováno z originálu 2. ledna 2009. (neurčitý)
↑ Systém označení koaxiálních kabelů HUBER&SUHNER . Získáno 22. října 2009. Archivováno z originálu 20. října 2009. (neurčitý)
↑ 1 2 Pozar, David M. Mikrovlnné inženýrství. Addison-Wesley Publishing Company, 1993. ISBN 0-201-50418-9 .
↑ Elmore, William C.; Heald, Mark A. Physics of Waves (nespecifikováno) . - 1969. - ISBN 0-486-64926-1 .

Literatura

N. I. Bělorussov, I. I. Grodnev. RF kabely. 2. vyd., revidováno. — M.-L.: Gosenergoizdat, 1959.
T. I. Izyumova, V. T. Sviridov. Vlnovody, koaxiální a páskové vedení. — M.: Eneriya, 1975.
D. Ya. Galperovich, A. A. Pavlov, N. N. Khrenkov. RF kabely. — M.: Energoatomizdat, 1990.
Elektrické kabely, vodiče a šňůry: Příručka / N. I. Belorussov, A. E. Saakyan, A. I. Yakovleva: Ed. N. I. Bělorusová. - 5. vyd., revidováno. a doplňkové — M.: Energoatomizdat, 1987. — 536 s.; nemocný.
Radioamatérská komunikace na KV. Ed. B. G. Štěpánová. - M .: Rádio a komunikace, 1991.
Referenční kniha pro radioamatérského konstruktéra. Ed. N. I. Chistyakova. - M .: Rádio a komunikace, 1990.
J. Davis, J. J. Carr. Kapesní průvodce radiotechnika. Za. z angličtiny. — M.: Dodeka-XXI, 2002.
Kashkarov A.P. Populární příručka pro radioamatéra. - M .: IP "RadioSoft", 2008. - 416 s.: nemoc. Prosáknout. 250.

Normativní a technická dokumentace

GOST 11326.0-78. RF kabely. Obecné Specifikace.
IEC 60078 (1967). RF koaxiální kabely. Vlnová impedance a rozměry.
IEC 60096-1 (1986). RF kabely. Část 1: Všeobecné požadavky a metody měření.
IEC 60096-2 (1961). RF kabely. Část 2: Zvláštní specifikace pro kabely.
IEC 60096-3 (1982). RF kabely. Část 3: Všeobecné požadavky a zkoušky pro jednožilové koaxiální kabely pro použití v kabelových rozvodech.
Koaxiální kabel MIL-C-17 (americký vojenský standard).
IEC 78-67, IEC 96-0-70, IEC 96-1-86, IEC 96-3-82.
TU 16.K99-006-2001, TU16-505.858-81, TU16-705.125-79, TU16-505.166-77.

Odkazy

Vysokofrekvenční kabely starého typu Archivováno 2. ledna 2009 na Wayback Machine . Anglické Hamradio
Tabulka charakteristik RF koaxiálních kabelů Archivováno 2. října 2019 na Wayback Machine . Proelectro2.ru
American Coax Cables Archived 28. května 2008 na Wayback Machine . QRZ.RU
Výběr kabelu pro video dohled: typy, vzdálenosti a jemnosti instalace Archivovaná kopie z 27. srpna 2016 na Wayback Machine . Bezpečnost ABC
Elektrické charakteristiky koaxiálních kabelů Archivováno 28. května 2010 na Wayback Machine . CQHAM.RU

Slovníky a encyklopedie	Velká dánština Velká Katalánština velká čínština Skvělý norský Velký Rus Britannica (online) Britannica (online)
V bibliografických katalozích	GND : 4164339-2