Как работает коаксиальный кабель: объяснение конструкции, импеданса, экранирования и т. д.

Инженер, занимающийся заменой поврежденной фидерной линии на базовой станции на крыше, сталкивается с тем же вопросом, что и системный интегратор, цитирующий работу системы видеонаблюдения: почему один кабель передает чистый сигнал, а другой такой же длины создает мерцание, ошибки или отраженную мощность? Короткий ответ: коаксиальный кабель работает как управляемая линия передачи. Его концентрическая сборка из внутреннего проводника, диэлектрика, внешнего проводника и оболочки направляет высокочастотную электромагнитную волну по заданному пути, предотвращает возникновение помех и придает линии предсказуемый характеристический импеданс. Как только взаимосвязь между этими слоями становится ясной, каждое число в таблице данных — импеданс, затухание, класс экранирования, радиус изгиба — начинает иметь практический смысл.

Четыре слоя, давшие название коаксиальному кабелю

Слово «коаксиальный» относится к двум проводникам, имеющим одну и ту же геометрическую ось. Уберите весь коаксиальный кабель, и появятся те же четыре слоя в том же порядке:

1. Центральный проводник: сплошная медь, сталь, плакированная медью, или алюминий, плакированный медью. По нему проходит прямой ток сигнала, и его диаметр является одним из основных факторов, определяющих импеданс и затухание кабеля.
2. Диэлектрик: слой пенопласта или твердого полиэтилена, который удерживает внутренние и внешние проводники на точном расстоянии. Поскольку электромагнитная волна проходит в основном через этот материал, ее плотность и однородность напрямую влияют на скорость и потери сигнала.
3. Внешний проводник: оплетка, ламинат фольги или гофрированная металлическая трубка. Он обеспечивает обратный путь для сигнала и действует как экран, который предотвращает проникновение помех и вход сигнала.
4. Оболочка: оболочка из полиэтилена или ПВХ, защищающая узел от влаги, ультрафиолетового излучения, истирания и механических воздействий.

Ничто другое в кабеле не выполняет электрическую работу. Отдельные серии различаются материалом проводника, составом диэлектрика, плотностью оплетки и конструкцией экрана, но принцип действия остается тем же.

Почему концентрическая структура лучше двух параллельных проводов

Обычная пара проводов может передавать сигнал, но не очень хорошо на высокой частоте. Электрические и магнитные поля распространяются вокруг проводов, излучают энергию, улавливают шум и смещаются при движении близлежащих объектов. Коаксиальный кабель решает эту проблему, оборачивая путь сигнала вторым проводником.

Прямой сигнал проходит по центральному проводнику, а обратный ток течет по внутренней поверхности внешнего проводника. Электромагнитное поле между двумя проводниками остается внутри диэлектрика. Поскольку внешний проводник непрерывен вдоль кабеля, внешние поля не могут легко проникнуть в него, а собственное поле кабеля не может излучаться наружу. Именно это сдерживание обеспечивает низкие потери коаксиального кабеля, высокую помехозащищенность и стабильный импеданс на больших расстояниях.

Именно поэтому конструкция щита имеет большее значение, чем думают многие покупатели. Плотная оплетка или сплошной экран равномерно пропускают обратный ток и сохраняют баланс линии вокруг своей оси. Незакрепленный тонкий экран — обычное явление для очень дешевых кабелей — повышает сопротивление обратного пути и пропускает помехи, когда кабель изогнут или проложен рядом с линиями электропередачи.

Характеристический импеданс: число, определяющее совместимость

Каждый коаксиальный кабель имеет характеристическое сопротивление, обычно 50 или 75 Ом, которое описывает соотношение напряжения и тока в бегущей волне. Это значение устанавливается на заводе соотношением внутреннего диаметра проводника к внутреннему диаметру внешнего проводника и диэлектрической проницаемостью изоляции. Это не сопротивление, которое можно измерить омметром; это свойство геометрии линии, определяющее способ распространения сигнала.

Когда источник, кабель, разъемы и нагрузка имеют одинаковый импеданс, сигнал поглощается чисто. Когда один элемент не согласован, часть сигнала отражается обратно, уменьшая уровень, достигающий приемника, и создавая двоение изображения на видео или высокий КСВ и нагрев в радиочастотных передатчиках. Сохранение единого импеданса на всем пути от порта оборудования до антенны или камеры является основным правилом установки коаксиального кабеля.

Затухание, частота и скин-эффект

На высоких частотах ток течет по проводнику неравномерно; он концентрируется у поверхности. Инженеры называют это скин-эффектом. Вот почему более толстый центральный проводник снижает потери, почему медь превосходит сталь и алюминий в конструкциях с низким затуханием и почему качество поверхности внешнего проводника имеет такое же значение, как и его толщина. Часть энергии сигнала также поглощается диэлектриком, поэтому изоляция из влагостойкого пенопласта низкой плотности сводит эти потери к минимуму.

В каждой спецификации кабеля указано затухание в децибелах на 100 метров на определенных частотах. Показатель потерь может быть низким на частоте 50 МГц и в несколько раз выше на частоте в несколько гигагерц. Практическим следствием является то, что для каждого размера кабеля существует максимальная полезная длина, прежде чем потребуется приемник, усилитель или повторитель. Поэтому для длинных прокладок на открытом воздухе предпочтительны кабели с проводником большего диаметра и прочным трубчатым экраном, а для коротких соединений внутри помещений можно использовать гибкие плетеные конструкции.

Плетеный или гофрированный: выбор правильного внешнего проводника

Выбор между плетеным и гофрированным внешним проводником – это решение, которое чаще всего отделяет плавную установку от обращения в сервисный центр. Плетеные внешние проводники, используемые в сериях RG-6, RG-213, RG-214 и 50-омных PTL, легко сгибаются, быстро заделываются и подходят для прокладки внутри помещений на короткие и средние расстояния. Гофрированные медные или алюминиевые трубчатые проводники обеспечивают непрерывный экран, меньшее затухание и гораздо более надежную защиту от помех за счет снижения гибкости и более тяжелого оборудования.

Для видеонаблюдения и распространения видео Коаксиальный кабель в оплетке RG6, сопротивление 75 Ом часто является наиболее практичным выбором. Он быстро заканчивается компрессионными разъемами, поддерживает полосу пропускания HD-камер и аккуратно устанавливается через потолки и воздуховоды. Если вы сравниваете различные типы для проекта, просмотрите основные категории радиочастотных коаксиальных кабелей помогает сопоставить соглашения об именах и семейства производительности, используемые поставщиками.

RG6 Простая установка Внешний проводник 75 Ом Производители плетеных кабелей, Cus Hangzhou Putianle Cable Co., Ltd. - это китайские производители плетеных кабелей с простым монтажным наружным проводником RG6 75 Ом, компания, международный... Посмотреть продукт →

В системе с сопротивлением 50 Ом эквивалентным выбором для коротких гибких межсоединений является Гибкий плетеный кабель PTL400 сопротивлением 50 Ом . Он расположен между тонким патч-кордом и жестким гофрированным фидером, обеспечивая стойкам для оборудования и перемычкам необходимую гибкость, не жертвуя при этом защитой, которая поддерживает чистоту передатчика.

LMR400 Производители коаксиальных кабелей с оплеткой внешнего проводника, Компания Putianle Cable - это китайские производители плетеных коаксиальных кабелей LMR400, компания по производству плетеных кабелей с внешним проводником PTL400, оптовая продажа PTL400, L ... Посмотреть продукт →

Когда трасса пересекает крышу или поднимается на башню, бюджет потерь обычно диктует противоположную конструкцию. А 7/8-дюймовый коаксиальный кабель с гофрированной алюминиевой трубкой с низкими потерями поддерживает уровень сигнала на большом вертикальном расстоянии и блокирует помехи намного лучше, чем любая оплетка аналогичного диаметра. Компромисс заключается в том, что кабель образует постоянную конструкцию: его необходимо прокладывать с большим радиусом изгиба и правильно поддерживать по всей длине.

Гофрированная алюминиевая трубка 7/8 дюйма с низкими потерями, производители коаксиальных кабелей 50 Ом, Custo Hangzhou Putianle Cable Co., Ltd. - это китайские производители 7/8-дюймовых гофрированных алюминиевых трубок с низкими потерями и сопротивлением 50 Ом, производители коаксиальных кабелей, компания, ... Посмотреть продукт →

Разъемы, перемычки и полный путь передачи

A коаксиальный кабель хорош настолько, насколько хороши его окончания. Плохой разъем добавляет дискретную неоднородность импеданса, отражает часть сигнала и может пропускать влагу в кабель, который в противном случае прослужил бы годами на открытом воздухе. Соответствие семейству разъемов — N, DIN или 4310 для систем с сопротивлением 50 Ом; F или BNC для 75-омных систем — для кабеля и оборудования это так же важно, как и выбор самого кабеля.

Перемычки с предварительной заделкой — это стандартный способ подключения фидера к антенне или радиоприемнику без необходимости носить с собой на объект обжимные инструменты. Перемычка, изготовленная из сверхгибкого кабеля диаметром 1/2 дюйма, сохраняет свободу изгиба, которую не может обеспечить жесткий фидер. Делайте перемычки короткими, соблюдайте минимальный радиус изгиба и помните, что каждый адаптер добавляет небольшое отражение на путь.

Коаксиальный кабель работает, потому что это линия передачи, а не просто два провода внутри трубки. Геометрия двух концентрических проводников задает импеданс; экран определяет, насколько чисто сигнал остается внутри; а выбор материалов и конструкции определяет потери, ограничивающие длину пробега. Чтение таблицы данных на этом фоне преобразует цифры в решения по установке: какой импеданс соответствует системе, какой экран блокирует шум на объекте и какая конструкция соответствует маршруту, по которому должен следовать кабель.