Коаксиальный КабельКoaксиа́льный ка́бeль или так называемая коаксиальная пара (образован от латинского co(сum) — совместно и axis — oсь, таким образом, проводники располагаются соосно), также называемый коаксиал (от англ. coaxial), — является электрическим кабелем, оба проводника которого выполнены в виде цилиндров, расположенных соосно и разделённых изоляционным материалом. Данный тип кабеля используется в передачах высокочастотных сигналов.
СТРОЕНИЕ КАБЕЛЯ Внутренняя структура коаксиального кабеля выглядит следующим образом:
Внутренний проводник – может быть представлен одиночно-прямолинейным, многопроволочным или многожильным проводом, а также быть выполнен в виде медной трубки, медного или алюминиевого сплава, посеребренной меди, омеднённого алюминия, покрытой медью стали и т. п.
Изоляция - это диэлектрическое заполнение, обеспечивающее соосность расположения внутреннего и внешнего проводников. Может быть выполнена сплошным диэлектриком – фторопластовый цилиндр, сплошной фторопласт, полиэтилен, вспененный полиэтилен и т.п., так и полувоздушным способом - шайбы, кордельно-трубчатый повив и др.
Внешний проводник (экран) – выполнен из фольги или алюминия, оплётки или их комбинаций, а также повива металлических лент, гофрированной трубки и пр. Используемые материалы - медь, алюминий и их сплавы.
Оболочка - слой изоляционного материала, осуществляющий защиту от внешних воздействий. Производится из светостабилизированного (устойчивого к ультрафиолетовым лучам) полиэтилена, ПВХ, повива из фторопластовой ленты или подобного изоляционного материала.
Благодаря уникальному строению коаксиального кабеля, а именно, соосности обоих проводников и соблюдению определенных соотношений их диаметров, электромагнитное поле сосредоточено внутри кабеля и внешнее поле практически отсутствует, поэтому потери на излучение электромагнитной энергии передаваемого сигнала в окружающее кабель пространство почти сведены к нулю. К тому же внешний проводник параллельно выполняет функцию экрана, который защищает электрическую цепь от внешних электромагнитных полей.
ИСТОРИЧЕСКИЕ ДАТЫ 1894 год ― физик Никола Тесла получил патент на электрический проводник для переменного тока.
1929 год — Герман Эффель и Ллойд Эспеншид из корпорации AT&TBellTelephoneLaboratories впервые запатентовали коаксиальный кабель, используемый и сейчас.
1936 год — компания AT&T создала первую экспериментальную линию телепередачи по коаксиальному кабелю, между Нью-Йорком и Филадельфией.
1936 год — во время проведения в Лейпциге Берлинских Олимпийских Игр осуществилась первая передача телевизионного сигнала по коаксиальному кабелю.
1936 год — Бирмингем и Лондон соединил кабель на 40 телефонных адресов, который проложила почтовая служба (теперь BT).
1941 год — компания AT&T в США впервые использовала систему L1 в коммерческих целях. Между Стивенс Пойнт (Висконсин) и Миннеаполисом (Миннесота), осуществлена передача телевизионного канала и создано 480 телефонных абонентов.
1956 год — ознаменовался тем, что была проложена первая трансатлантическая коаксиальная линия, TAT-1.
ПРИМЕНЕНИЕ Сфера применения коаксиального кабеля довольно обширна и определяется его основным назначением – передача электрических сигналов с низкими потерями.
Перечень областей техники с применением коаксиального кабеля:
вещательные сети;
системы связи;
антенно - фидерные системы;
компьютерные сети;
системы дистанционного управления, контроля и измерений;
автоматические системы управления, производственные и научно-исследовательские системы;
системы автоматики и сигнализации;
каналы связи в любительской и бытовой технике;
видеосистемы наблюдения и объектного контроля;
каналы связи различных мобильных объектов (летательных аппаратов, судов и др.) и радиоэлектронных устройств;
осуществление связи между блоками и внутри блоков составляющих в радиоэлектронной аппаратуре;
военная техника и сопутствующие области спец назначения.
Помимо создания каналов по передаче сигнала, кабели небольшой длины могут применяться и в других целях:
согласующие и симметрирующие устройства;
кабельные линии задержки;
формирователи импульса и фильтры;
четвертьволновые трансформаторы.
КЛАССИФИКАЦИЯ 1)
По назначению кабель подразделяют на следующие группы:
для систем связи;
компьютерных сетей;
космической техники;
бытовой техники;
для систем кабельного телевидения;
авиационный
и т. д.
2)
По волновому сопротивлению: Волновое сопротивление кабеля может быть различным. Однако же некоторые его величины стандартизированы. Это три значения международных стандартов и пять российских:
50 Ом— самый распространённый тип кабеля, используется в различных областях радиоэлектроники. Выбор данной величины волнового сопротивления обусловлен способностью такого кабеля, передавать радиосигналы, близкие к предельно достижимым показаниям передаваемой мощности и электрической прочности с минимальными потерями.
75 Ом— также является очень распространённым типом коаксиального кабеля. Традиционно применяется в телевизионных системах передачи сигнала. Выбран, благодаря хорошему соотношению механической прочности и небольшой себестоимости. Распространён в сферах, где не используются высокие мощности, и требуется большой метраж кабеля. Потери сигнала немногим больше, чем в кабеле с волновым номинальным сопротивлением 50 Ом.
100 Ом— редко используемая группа. Применяется, в основном, в технике использующей импульсы и в специальных целях.
150 Ом— редко применяется, в основном, в технике использующей импульсы, а также для специальных целей. В международных стандартах не предусмотрен.
200 Ом— используется очень редко, предусмотрен только российскими стандартами.
Существуют коаксиальные кабели с ненормируемыми волновыми сопротивлениями: наиболее распространёны в аналоговой звукотехнике.
3)
По диаметру изоляции: крупногабаритный диаметр — более 11,5 мм;
среднегабаритный диаметр — 3,7 ÷ 11,5 мм;
миниатюрный диаметр — 1,5 ÷ 2,95 мм;
субминиатюрный диаметр — до 1 мм.
4)
По степени экранирования: излучающие кабели - имеют намеренно заниженную, но контролируемую степень экранирования;
обычный экран;
однослойная оплётка;
двойная или многослойная оплётка, и также с дополнительным экранирующим слоем;
экран с лужёной оплёткой;
сплошной экран;
экран из металлической трубки.
5)
По гибкости (стойкость к частым перегибам кабеля и по механическому моменту изгиба кабеля):
особо гибкий;
гибкий;
полужёсткий;
жёсткий.
КАТЕГОРИИ Коаксиальный кабель подразделяется по категориям шкалы Radio Guide. Наиболее распространенные типы кабелей:
RG-213 и RG-8 — «Толстый Ethernet» (Thicknet). Кабель коаксиальный RG 213 (RG-8) с волновым номинальным сопротивлением 50 Ом. Стандарт 10BASE5;
RG-58 — «Тонкий Ethernet» (Thinnet), с волновым номинальным сопротивлением 50 Ом. Стандарт10BASE2;
RG-58/U — центральный проводник выполнен сплошным;
RG-58A/U —центральный проводник выполнен многожильным;
RG-58C/U — кабель используется для военных целей;
RG-59 — кабель для телевизионных целей (Broadband/CableTelevision), с номинальным волновым сопротивлением 75 Ом. Кабель коаксиальный RG 59 является Российским аналогом РК-75-х-х («кабель радиочастотный»);
RG-6 — кабель для телевизионных целей (Broadband/CableTelevision), с номинальным волновым сопротивлением 75 Ом. У этой категории кабеля имеют некоторые разновидности, они характеризуют его тип и материал исполнения. Является Российским аналогом РК-75-х-х («кабель радиочастотный»);
RG-11- кабель для магистральных линий, используется для больших расстояний (до 600 м.). Благодаря полиэтиленовой внешней изоляции, его без проблем можно использовать в сложных условиях (колодцы, улица). Модификация этого кабеля, S1160 отличается наличием троса, который используется в качестве несущего элемента, кабель пробрасывается по воздуху (например, между строениями);
RG-62 — ARCNet, волновое сопротивление 93 Ом.
«Тoнкий» Ethеrnet Когда-то был одним из наиболее распространённых кабелей для построения локальных сетей. Благодаря своим характеристикам, а именно диаметру в 6 мм и значительной гибкости, он может быть проложен практически в любых местах. Соединяются кабели между собой и с сетевой платой компьютера с помощью коннектора ВNC (Вayonet Nеill-Concеlman). Также существует соединение кабелей между собой при помощи прямого соединения (I-коннектора BNC). На неиспользуемых концах сегмента нужна установка терминаторов. По такому типу кабеля можно пересылать данные на скорости до 10 Мбит/сек. на расстояние около 185 м.
«Толстый» Ethеrnet Данный кабель RG-11, толстый — диаметр его 11,7 мм, у него более толстый центральный проводник, чем у «тонкого Ethernet». Это обусловливает наличие двух существенных недостатков – он плохо гнётся и имеет достаточно высокую цену. Помимо этого, при подсоединении к компьютеру наблюдаются некоторые сложности — необходимо использование трансиверов АUI (Attаchment Unit Interfаce), которые присоединяются к сетевой карте с помощью ответвителя, пронизывающего кабель – так называемые «вампирчики». Но естественно есть у данного кабеля и достоинства. За счёт всё того же более толстого проводника передавать данные можно на расстояниях до 500 м, при этом максимально возможная скорость будет составлять 10 Мбит/с. В силу дороговизны и сложности установки этот кабель не получил достаточно широкого распространения, в отличии от RG-58. Иногда можно встретить иное название RG-8 – это «Желтый Ethеrnet» (англ. Yellоw Ethеrnet), так как исторически фирменный кабель имел жёлтую окраску (сейчас стандартным цветом является серый).
ОБОЗНАЧЕНИЯОбозначения кабелей советского производства Согласно ГОСТ 11326.0-78 марка кабеля обозначается буквами, указывающими его тип, и последующими тремя цифрами, разделённых дефисами.
Первая цифра выражает номинал волнового сопротивления. Вторая цифра означает:
для коаксиальных кабелей — номинал диаметра по изоляции, округлённый до наиближайшего меньшего целого числа при диаметрах свыше 2 мм (исключение составляют диаметр 2,95 мм, который нужно округлить до 3 мм, и диаметр 3,7 мм – его округлять не следует).
для кабелей с внутренними проводниками, выполненными в виде спирали — номинальное значение диаметра центральной жилы;
для кабелей с двумя проводниками в раздельных экранах — номинал диаметра по изоляции, округлённый так же, как и для обычного коаксиального кабеля;
для кабелей с двумя проводниками в одной общей изоляции или скрученных из раздельно изолированных проводников — значение наибольшей величины по заполнению или диаметра по скрутке.
Далее идёт серия из двух или трёх чисел. Первая цифра выражает — группу по изоляции и категории теплостойкости. Последующие числа указывают на порядковый номер в разработках.
Ниже приводится цифровое обозначение, присвоенное кабелям по теплостойкости:
1 — обычная теплостойкость, выполнена сплошным слоем изоляции;
2 — повышенная теплостойкость, выполнена сплошным слоем изоляции;
3 — обычная теплостойкость, выполнена полувоздушным типом изоляции;
4 — повышенная теплостойкость, выполнена полувоздушным типом изоляции;
5 — обычная теплостойкость, выполнена воздушным типом изоляции;
6 — повышенная теплостойкость, выполнена воздушным типом изоляции;
7 — высокая теплостойкость.
С - данную букву добавляют в конце маркировки через тире, если кабель имеет повышенную однородности или повышенную стабильность своих параметров.
А(«абонентский») – наличие в конце названия этой буквы говорит о пониженном качестве кабеля, характеризующимся частичным отсутствием проводников, выполняющих роль экрана.
Пример:
«Кабель РК 75-4-15 ГОСТ (ТУ)» – условное обозначение коаксиального радиочастотного кабеля. Номинальное волновое сопротивление его – 75 Ом, сплошная изоляция, обычная теплостойкость, диаметр по изоляции в номинале – 4,6 мм, 5 номер разработки.
Устаревшие обозначения кабелей советского производства В СССР, в 1950 — 1960-х годах использовалась маркировка кабелей, в которой не прописывались значимые компоненты. Она включала в себя буквы «РК» и условный номер разработки. В эти годы обозначение «РК-50» означало, что это не кабель с волновым номинальным сопротивлением 50 Ом, а кабель, с 50 порядковым номером разработки, волновое же сопротивление его составляло 157 Ом.
Обозначения кабелей импортного производства В разных странах системы обозначений регламентируются национальными, международными и стандартами собственных предприятий-изготовителей (наибольшим спросом пользуются кабели марок DG , RG, SAT).
ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ДЛЯ КОАКСИАЛЬНЫХ ТРАКТОВКоаксиальные переходники — применяются для соединения друг с другом разноразъемных кабелей.
Коаксиальные разъёмы — применяются для подключения кабеля к аппаратуре или соединения кабелей между собой. В некоторых случаях кабель ещё на стадии производства оснащается подобными разъёмами.
Коаксиальные трансформаторы — для согласования волнового сопротивления при сочленении кабелей друг с другом или подключении их к устройствам.
Коаксиальные тройники, ответвители направленного действия и делители (сплиттеры) — для ответвлений и разветвлений в кабельных сетях.
Согласованные проходные и оконечные коаксиальные нагрузки — для выставления заданных режимов радиоволны в кабеле.
Ферритовые вентили — служат для поглощения образованной паразитной обратной волны в кабеле.
Коаксиальные реле, переключатели и другие электронные коммутационные устройства — для коммутирования коаксиальных кабелей и линий.
Коаксиальные аттенюаторы — служат для понижения уровня сигнала в кабеле до заданного значения.
Грозоразрядники созданные на базе газоразрядных приспособлений или металлических изоляторов — служат для защиты коаксиальных кабельных линий и аппаратуры от высоких напряжений атмосферных разрядов.
Симметрирующие устройства, коаксиальные волноводные и полосковые переходы — служат для соединения коаксиальных кабельных линий с симметричными двухпроводными, полосковыми и волноводными линиями.
Оконечные и проходные детекторные головки — применяются при контроле высокочастотных огибающих сигналов в кабеле.
ОСНОВНЫЕ НОРМИРУЕМЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ максимально возможная мощность передачи;
волновое сопротивление;
емкость кабеля на погонный метр;
индуктивность кабеля на погонный метр;
величина ослабления на погонный метр для разных частот;
диаметр наружной оболочки;
диаметр центральной жилы кабеля;
диаметр внутренней стороны экрана;
коэффициент укорочения – показывающий во сколько раз медленней сигнал распространяется в кабеле, чем в вакууме;
минимально допустимый радиус изгиба кабеля;
КСВ;
Волновое сопротивление Методика определения волновых сопротивлений у коаксиальных кабелей, на основе геометрических размеров, производится следующим образом.
Сначала определяют диаметр внутренней стороны экрана (D), предварительно снимается защитная оболочка с конца кабеля и заворачивается оплетка (является внешним диаметром внутренней изоляции). После этого замеряется диаметр у центральной жилы (d), для этого её необходимо освободить от изоляции. Подставляя в формулу значения диэлектрической проницаемости у материала, из которого выполнена внутренняя изоляция из приложения и результаты предыдущих измерений, вычисляется волновое сопротивление для коаксиального кабеля.
Для этих вычислений требуется прямой линией соединить точку по шкале «D/d» (отношение диаметра внутренней стороны экрана к диаметру центральной жилы) и на шкале «Е» (величина диэлектрической проницаемости материала из которого изготовлена внутренняя изоляция кабеля). Точка пересечения этой прямой со шкалой «R» и есть искомая величина волнового сопротивления данного кабеля.
