Cablu coaxial

Cablu coaxial (din lat.  co  - în comun și ax  - ax, adică coaxial ; coaxial colocvial din engleză coaxial ) - cablu electric format dintr-un conductor central și un ecran situat coaxial și separat printr-un material izolator sau un spațiu de aer. Folosit pentru a transmite semnale electrice cu frecvență radio . Se deosebește de firul ecranat , folosit pentru a transmite curent electric direct și semnale de joasă frecvență, într-o secțiune transversală mai uniformă în direcția axei longitudinale (forma secțiunii transversale, dimensiunile și valorile parametrilor electromagnetici ai materialelor). sunt normalizate) și utilizarea unor materiale mai bune pentru conductorii electrici și izolații. Inventat și patentat în 1880 de către fizicianul britanic Oliver Heaviside .  

Dispozitiv

Cablul coaxial (vezi figura) este format din:

• 4 (A) - carcase (servește pentru izolare și protecție împotriva influențelor externe) din polietilenă stabilizată la lumină (adică rezistente la radiațiile ultraviolete de la soare), clorură de polivinil, un strat de bandă fluoroplastică sau alt material izolator;
• 3 (B) - un conductor extern (ecran) sub formă de împletitură, folie, film acoperit cu un strat de aluminiu și combinațiile acestora, precum și un tub ondulat, o răsucire de benzi metalice etc. din cupru , aliaj de cupru sau aluminiu;
• 2 (C) - izolație realizată sub formă de umplutură dielectrică solidă ( polietilenă , polietilenă spumă, fluoroplastic solid , bandă fluoroplastică etc.) sau semiaerică (lay cordel-tubular, șaibe etc.) , asigurând constanța poziţia relativă (coaxialitatea) conductoarelor interioare şi exterioare;
• 1 (D) - un conductor interior sub forma unui singur fir drept (ca în figură) sau spiralat, sârmă torsionată, tub, din cupru, aliaj de cupru , aliaj de aluminiu, oțel placat cu cupru, aluminiu placat cu cupru, cupru placat cu argint etc.

Spre deosebire de liniile de transmisie de tip deschis (de exemplu, o linie cu două fire), datorită prezenței unui conductor de scut, ambele componente ale câmpului electromagnetic al unei unde electromagnetice și fluxul de putere RF transportat de undă sunt complet concentrate în spatiu intre conductori (in stratul de izolatie) si sa nu depaseasca cablul [1 ] . Această caracteristică de proiectare a cablului coaxial elimină pierderea de putere a unei unde electromagnetice din cauza radiației undelor electromagnetice în spațiul înconjurător și, dimpotrivă, protejează cablul de pătrunderea pickup-urilor electromagnetice din exterior. În cablurile reale, există o ușoară evadare a radiațiilor spre exterior și sensibilitate la pickup, caracterizată prin etanșeitate la radio.

Istoricul creației

• 1855 - William Thomson examinează cablul coaxial și obține o formulă pentru capacitatea liniară. [2]
• 1880 - Oliver Heaviside primește brevetul britanic nr. 1407 pentru un cablu coaxial. [3]
• 1884 - Siemens & Halske brevetează un cablu coaxial în Germania (brevet nr. 28978, 27 martie 1884). [patru]
• 1894 - Nikola Tesla a brevetat un conductor electric pentru curenți alternativi (brevet nr. 514167).
• 1929 - Lloyd Espenschied și Herman Effel AT  & T Bell Telephone Laboratories brevetează primul cablu coaxial modern.
• 1936 - AT&T a construit o linie experimentală de transmisie de televiziune coaxială între Philadelphia și New York .
• 1936 - Prima transmisie prin cablu coaxial de la Jocurile Olimpice de la Berlin de la Leipzig .
• 1936 - Serviciul poștal (acum compania BT) a pus un cablu pentru 40 de canale telefonice între Londra și Birmingham.
• 1941 - Prima utilizare comercială a sistemului L1 în SUA de către AT&T. Între Minneapolis ( Minnesota ) și Stevens Point ( Wisconsin ) a lansat un canal TV și 480 de canale telefonice.
• 1956 - a fost pusă prima linie coaxială transatlantică, TAT-1 .

Aplicație

Scopul principal al unui cablu coaxial este transmiterea unui semnal de înaltă frecvență în diferite domenii ale tehnologiei:

• sisteme de comunicații;
• rețele de difuzare;
• rețele de calculatoare ;
• sisteme de alimentare cu antenă ;
• ACS și alte sisteme tehnice de producție și cercetare;
• sisteme de telecomandă, măsurare și control;
• sisteme de semnalizare si automatizare ;
• sisteme de control obiectiv și supraveghere video;
• canale de comunicație ale diferitelor dispozitive radio-electronice ale obiectelor mobile (nave, aeronave etc.);
• comunicații intra-unități și inter-unități ca parte a echipamentelor radio-electronice;
• canale de comunicare în tehnologia casnică și amator;
• echipament militar și alte domenii de aplicare specială.

Pe lângă transmisia semnalului, segmentele de cablu pot fi utilizate în alte scopuri:

• linii de întârziere prin cablu ;
• transformatoare cu sfert de undă ;
• dispozitive de echilibrare și potrivire;
• filtre și modele de impulsuri.

Există cabluri coaxiale pentru transmiterea semnalelor de joasă frecvență (în acest caz, împletitura servește ca ecran) și pentru curent continuu de înaltă tensiune. Pentru astfel de cabluri, impedanța undei nu este standardizată.

Clasificare

Cu programare  - pentru sisteme de televiziune prin cablu, pentru sisteme de comunicații, aviație, tehnologie spațială, rețele de calculatoare, electrocasnice etc.

În ceea ce privește impedanța undei (deși impedanța undei a cablului poate fi orice), cinci valori sunt standard conform standardelor rusești și trei conform celor internaționale:

• 50 Ohm  - cel mai comun tip, utilizat în diverse domenii ale electronicii radio. Motivul alegerii acestui rating a fost, în primul rând, posibilitatea de a transmite semnale radio cu pierderi minime într-un cablu cu un dielectric solid de polietilenă [5] , precum și citiri ale rezistenței electrice și ale puterii transmise care sunt apropiate de maximul realizabil. ; [6]
• 75 ohmi este un tip comun:
  • în URSS și Rusia este utilizat în principal cu un dielectric solid în echipamentele de televiziune și video . Utilizarea sa în masă sa datorat unui raport acceptabil între cost și rezistență mecanică în timpul tragerii, deoarece filmarea acestui cablu este semnificativă. În acest caz, pierderile nu au o importanță decisivă, deoarece semnalele de mare putere nu erau de obicei transmise prin astfel de cabluri.
  • În SUA este folosit pentru rețelele de televiziune prin cablu - cu un dielectric spumos. Aceste cabluri au un miez de oțel placat cu cupru [7] , astfel încât costul lor depinde puțin de diametrul miezului. Prin urmare, potrivit autorilor [7] , motivul pentru care am ales acest rating în SUA a fost un compromis între pierderile de cablu și flexibilitatea cablului.

De asemenea, era important să se potrivească un astfel de cablu cu impedanța caracteristică a celor mai comune tip de antene - dipol semi-unda (73 ohmi). Dar, deoarece cablul coaxial este dezechilibrat, iar dipolul cu jumătate de undă este simetric prin definiție, este necesar un dispozitiv de echilibrare pentru potrivire, în caz contrar, împletitura cablului (alimentator) începe să funcționeze ca antenă.

• 93 Ohm - utilizat în rețelele de calculatoare ale standardului ArcNet.
• 100 Ohm - rar folosit, în tehnologia impulsurilor și în scopuri speciale;
• 150 Ohm - folosit rar, în tehnologia impulsurilor și în scopuri speciale, neprevăzute de standardele internaționale;
• 200 Ohm - folosit extrem de rar, neprevazut de standardele internationale;
• Există și alte confesiuni; in plus, exista cabluri coaxiale cu nestandardizate impedanța undelor: acestea sunt cele mai utilizate pe scară largă în ingineria sunetului analogic .

Diametru izolatie :

• subminiatura - până la 1 mm;
• miniatura - 1,5-2,95 mm;
• de dimensiuni medii - 3,7-11,5 mm;
• de dimensiuni mari - mai mult de 11,5 mm.

Prin flexibilitate (rezistența la îndoire multiple și momentul încovoietor mecanic al cablului): rigid, semirigid, flexibil, extra flexibil.

Gradul de screening:

• ecran complet
  • cu ecran tub metalic
  • cu ecran împletit cositorit
• cu ecran normal
  • cu împletitură într-un singur strat
  • cu impletitura dubla si multistrat si cu straturi suplimentare de ecranare
• cabluri radiante cu un grad de ecranare deliberat scăzut (și controlabil).

Notație

Denumirile cablurilor sovietice

Conform GOST 11326.0-78, mărcile de cablu trebuie să fie formate din litere care indică tipul de cablu și trei numere (separate prin cratime).

Primul număr înseamnă valoarea impedanței nominale a undei.

Al doilea număr înseamnă:

• pentru cablurile coaxiale, valoarea diametrului nominal de izolație, rotunjită la cel mai apropiat număr întreg inferior pentru diametre mai mari de 2 mm (cu excepția 2,95 mm, care trebuie rotunjite la 3 mm, și 3,7 mm, care nu trebuie rotunjite);
• pentru cablurile cu conductoare interioare spiralate - valoarea diametrului nominal al miezului;
• pentru cablurile cu două fire cu conductori în ecrane separate - valoarea diametrului izolației, rotunjită în același mod ca și pentru cablurile coaxiale;
• pentru cablurile cu două fire cu conductori în izolație comună sau torți din conductori izolați individual, valoarea celei mai mari dimensiuni în umplere sau diametru în răsucire.

Al treilea - număr din două sau trei cifre - înseamnă: prima cifră este grupul de izolație și categoria de rezistență la căldură a cablului, iar cifrele ulterioare indică numărul de serie al dezvoltării. Cablurilor cu rezistență termică adecvată li se atribuie următoarea denumire numerică:

• 1 - rezistență la căldură normală cu izolație solidă;
• 2 - rezistență crescută la căldură cu izolație solidă;
• 3 - rezistență la căldură obișnuită cu izolație semiaerică;
• 4 - rezistență crescută la căldură cu izolație semiaerică;
• 5 - rezistență la căldură obișnuită cu izolație cu aer;
• 6 - rezistență crescută la căldură cu izolarea aerului;
• 7 - rezistență ridicată la căldură.

Litera C este adăugată la marca de cabluri de uniformitate crescută sau stabilitate crescută a parametrilor la capăt printr-o liniuță.

Prezența literei A ("abonat") la sfârșitul numelui indică o calitate redusă a cablului - absența unei părți a conductorilor care alcătuiesc ecranul.

Un exemplu de simbol pentru un cablu coaxial de radiofrecvență cu o impedanță nominală a undei de 50 Ohm, cu izolație continuă de rezistență la căldură obișnuită, un diametru nominal de izolație de 4,6 mm și numărul de dezvoltare 1 "Cablu RK 50-4-II GOST ( TU) *".

Vechile denumiri ale cablurilor sovietice

În anii 1950 și 1960, URSS a folosit un astfel de marcaj de cabluri, în desemnarea căruia nu existau componente semnificative. Marcajul a constat din literele „RK” și numărul condiționat al dezvoltării. De exemplu, denumirea „RK-50” nu înseamnă un cablu de 50 ohmi, ci pur și simplu un cablu cu numărul de serie de dezvoltare „50”, iar impedanța sa este de 157 ohmi. [opt]

Denumiri internaționale

Sistemele de desemnare din diferite țări sunt stabilite de standarde internaționale, naționale, precum și de standardele proprii ale producătorilor (cele mai comune serii de mărci sunt RG, DG, SAT). [9]

Categorii

Cablurile sunt împărțite în funcție de scara Radio Guide. Cele mai comune categorii de cabluri:

• RG-11 și RG-8 - „Ethernet gros” (Thicknet), 75 ohmi și, respectiv, 50 ohmi. 10BASE-5 standard ;
• RG-58 - „Ethernet subțire” (Thinnet), 50 Ohm. Standard 10BASE-2 :

• RG-58/U - conductor central solid,
• RG-58A/U - conductor central spiralat,
• RG-58C/U - cablu militar;

• RG-59 - cablu de televiziune (Broadband / Cable Television), 75 ohmi. Analog rusesc RK-75-x-x („cablu de radiofrecvență”);
• RG-6 - cablu de televiziune (Broadband / Cable Television), 75 ohmi. Cablul din categoria RG-6 are mai multe varietăți care îi caracterizează tipul și materialul. Analog rusesc al RK-75-x-x;
• RG-11 este un cablu trunchi, aproape indispensabil dacă trebuie să rezolvați problema pe distanțe mari. Acest tip de cablu poate fi folosit chiar și la distanțe de aproximativ 600 m. Izolația exterioară ranforsată face posibilă utilizarea fără probleme a acestui cablu în condiții dificile (stradă, puțuri). Există o variantă a S1160 cu un cablu, care este folosită pentru transmiterea fiabilă a cablului prin aer, de exemplu, între case;
• RG-62 - ARCNet , 93 Ohm.

Ethernet subțire

A fost cel mai comun cablu pentru construirea de rețele locale . Cu un diametru de aproximativ 6 mm și o flexibilitate considerabilă, poate fi așezat aproape în orice loc. Cablurile au fost conectate între ele și la placa de rețea din computer folosind un conector BNC T. Între ele, cablurile ar putea fi conectate folosind un conector I BNC (conexiune directă). Terminatoarele trebuie instalate la ambele capete ale segmentului. Suportă transfer de date de până la 10 Mbps pe distanțe de până la 185 m.

Ethernet gros

Mai gros decât cablul anterior - aproximativ 12 mm în diametru, avea un conductor central mai gros. Prost îndoit și a avut un cost semnificativ. În plus, au existat unele dificultăți la conectarea la un computer - au fost utilizate transceiver AUI (Attachment Unit Interface), conectate la placa de rețea folosind o ramură care pătrunde prin cablu, așa-numita. „vampiri”. Datorită conductorului mai gros, transmisia de date ar putea fi efectuată pe o distanță de până la 500 m la o viteză de 10 Mbps. Cu toate acestea, complexitatea și costul ridicat de instalare au împiedicat acest cablu să fie la fel de utilizat ca și RG-58 . Din punct de vedere istoric, cablul proprietar RG-8 avea o culoare galbenă și, prin urmare, uneori puteți vedea numele „Yellow Ethernet” ( în engleză  Yellow Ethernet ).

Elemente auxiliare ale căii coaxiale

• Conectori coaxiali  - pentru conectarea cablurilor la dispozitive sau articularea acestora între ele, uneori cablurile sunt eliberate din producție cu conectorii instalați.
• Tranziții coaxiale  - pentru conectarea cablurilor cu conectori nepereche între ele.
• Teuri coaxiale , cuplaje direcționale și circulatoare  - pentru ramificare și ramificare în rețele de cablu.
• Transformatoare coaxiale  - pentru potrivirea impedanței atunci când conectați un cablu la un dispozitiv sau cabluri între ele.
• Încărcările terminale și prin coaxiale, de regulă, sunt potrivite - pentru a stabili modurile de undă dorite în cablu.
• Atenuatoare coaxiale - pentru a atenua nivelul semnalului din cablu la valoarea cerută.
• Supape de ferită  - pentru a absorbi unda inversă în cablu.
• Descărcătoare de trăsnet pe bază de izolatoare metalice sau dispozitive de descărcare în gaz - pentru a proteja cablurile și echipamentele de descărcările atmosferice.
• Întrerupătoare coaxiale, relee și dispozitive coaxiale de comutare electronică - pentru comutarea liniilor coaxiale.
• Tranziții coaxiale-ghid de undă și coaxial-bandă, balun-uri - pentru unirea liniilor coaxiale cu ghid de undă, bandă și două fire simetrice.
• Capetele detectoare de trecere și terminale  - pentru monitorizarea unui semnal de înaltă frecvență într-un cablu de-a lungul anvelopei acestuia.

Caracteristici de bază normalizate

• Impedanța undelor
• Atenuare specifică la frecvențe diferite
• capacitate liniară
• Inductanță liniară
• Factorul de scurtare
• Diametrul miezului
• Diametrul interior al ecranului
• Diametrul exterior al tecii
• raportul undelor staţionare
• Puterea maximă transmisă
• Tensiunea maximă admisă
• Raza minimă de îndoire a cablului

Calculul caracteristicilor

Determinarea capacității liniare, a inductanței liniare și a rezistenței de undă a unui cablu coaxial conform dimensiunilor geometrice cunoscute se realizează după cum urmează.

Mai întâi trebuie să măsurați diametrul interior D al ecranului prin îndepărtarea învelișului de protecție de la capătul cablului și înfășurarea împletiturii (diametrul exterior al izolației interioare). Apoi măsurați diametrul d al miezului central, după ce în prealabil ați îndepărtat izolația. Al treilea parametru al cablului care trebuie cunoscut pentru a determina impedanța undei este constanta dielectrică ε a materialului izolator intern.

Capacitatea liniară C h (în Sistemul Internațional de Unități (SI) , rezultatul este exprimat în faradi pe metru) este calculată [10] prin formula pentru capacitatea unui condensator cilindric :

unde ε 0  este constanta electrică .

Inductanța liniară L h (în sistemul SI, rezultatul este exprimat în henry pe metru) se calculează [10] prin formula

unde μ 0  este constanta magnetică , μ  este permeabilitatea magnetică relativă a materialului izolator, care este aproape de 1 în toate cazurile practic importante.

Impedanța caracteristică a unui cablu coaxial în sistemul SI [11] :

(egalitatea aproximativă este valabilă în ipoteza că μ = 1).

Impedanța caracteristică a unui cablu coaxial poate fi determinată și din nomograma prezentată în figură. Pentru a face acest lucru, este necesar să conectați cu o linie dreaptă punctele de pe scara D / d (raportul dintre diametrul interior al ecranului și diametrul miezului interior) și pe scara ε (constanta dielectrică a ecranului). izolația internă a cablului). Punctul de intersecție a dreptei trasate cu scara R a nomogramei corespunde impedanței undei dorite.

Viteza de propagare a semnalului în cablu este calculată prin formula

unde c  este viteza luminii . La măsurarea întârzierilor în trasee, proiectarea liniilor de întârziere a cablurilor etc., poate fi utilă exprimarea lungimii cablului în nanosecunde, pentru care se utilizează viteza semnalului invers, exprimată în nanosecunde pe metru: 1/ v = √ ε 3,33 ns/m .

Tensiunea electrică maximă transmisă de un cablu coaxial este determinată de rezistența dielectrică S a izolatorului (în volți pe metru), diametrul conductorului interior (deoarece intensitatea maximă a câmpului electric într-un condensator cilindric este atinsă în apropierea căptușelii interioare) și, într-o măsură mai mică, diametrul conductorului exterior:

Vezi și

• Cablu Twinax
• cablu triaxial
• pereche răsucită
• linie de bandă
• ghid de unde radio
• Stripper

Note

1. ↑ Cu condiția ca conductorul ecranului să nu aibă găuri, adică să fie solid, iar materialul din care este fabricat să aibă o conductivitate electrică infinită, adică să fie un conductor ideal
2. ↑ Thomson, W., [Lord Kelvin]. Despre capacitatea electrostatică a unei fiole Leyden și a unui fir telegrafic izolat în axa unei învelișuri conducătoare cilindrice Arhivat 22 septembrie 2014 la Wayback Machine // Phil. Mag. — IX. - 1885. - P. 531-535.
3. ↑ Paul J. Nahin. Oliver Heaviside: The Life, Work, and Times of an Electrical Genius of the Victorian Age Arhivat 27 iulie 2020 la Wayback Machine . JHU Press, 2002. - P. xvi.
4. ↑ Wilfried Feldenkirchen. Werner von Siemens - Inventor și antreprenor internațional. - 1994. - ISBN 0-8142-0658-1 .
5. ↑ http://www.microwaves101.com/encyclopedia/why50ohms.cfm Arhivat 14 iulie 2014 la Wayback Machine , imaginea de jos
6. ↑ Izyumova, Sviridov, 1975, p. 51-52
7. ↑ 1 2 http://www.microwaves101.com/encyclopedia/why50ohms.cfm Arhivat 14 iulie 2014 la Wayback Machine
8. ↑ Russian Hamradio - Tipuri vechi de cabluri de înaltă frecvență . Data accesului: 19 ianuarie 2009. Arhivat din original la 2 ianuarie 2009. (nedefinit)
9. ↑ Sistemul de desemnare a cablurilor coaxiale HUBER&SUHNER . Consultat la 22 octombrie 2009. Arhivat din original pe 20 octombrie 2009. (nedefinit)
10. ↑ 1 2 Pozar, David M. Microwave Engineering. Compania de editură Addison-Wesley, 1993. ISBN 0-201-50418-9 .
11. ↑ Elmore, William C.; Heald, Mark A. Fizica undelor  (nespecificat) . - 1969. - ISBN 0-486-64926-1 .

Literatură

• N. I. Belorussov, I. I. Grodnev. Cabluri RF. Ed. a II-a, revizuită. — M.-L.: Gosenergoizdat, 1959.
• T. I. Izyumova, V. T. Sviridov. Ghide de undă, linii coaxiale și în bandă. — M.: Eneriya, 1975.
• D. Ya. Galperovici, A. A. Pavlov, N. N. Hrenkov. Cabluri RF. — M.: Energoatomizdat, 1990.
• Cabluri, fire și cordoane electrice: Manual / N. I. Belorussov, A. E. Saakyan, A. I. Yakovleva: Ed. N. I. Belorussova. - Ed. a 5-a, revizuită. si suplimentare — M.: Energoatomizdat, 1987. — 536 p.; bolnav.
• Comunicare radio amator pe HF. Ed. B. G. Stepanova. - M .: Radio și comunicare, 1991.
• Carte de referință pentru un designer radioamator. Ed. N. I. Chistyakova. - M .: Radio și comunicare, 1990.
• J. Davis, J. J. Carr. Ghid de buzunar al inginerului radio. Pe. din engleza. — M.: Dodeka-XXI, 2002.
• Kashkarov A.P. Un manual popular pentru un radioamator.- M .: IP „RadioSoft”, 2008. - 416 p.: ill. Vezi p. 250.

• GOST 11326.0-78. Cabluri RF. Specificații generale.
• IEC 60078(1967). Cabluri coaxiale RF. Impedanța undei și dimensiuni.
• IEC 60096-1(1986). Cabluri RF. Partea 1: Cerințe generale și metode de măsurare.
• IEC 60096-2(1961). Cabluri RF. Partea 2: Specificații speciale pentru cabluri.
• IEC 60096-3(1982). Cabluri RF. Partea 3: Cerințe generale și teste pentru cablurile coaxiale cu un singur conductor pentru utilizarea în sistemele de distribuție prin cablu.
• Cablu coaxial MIL-C-17 (standard militar american).
• 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.

Link -uri

• Cabluri de tip vechi de înaltă frecvență Arhivate la 2 ianuarie 2009 la Wayback Machine . Engleză Hamradio
• Tabelul de caracteristici ale cablurilor coaxiale RF Arhivat 2 octombrie 2019 la Wayback Machine . Proelectro2.ru
• American Coax Cables Arhivat la 28 mai 2008 la Wayback Machine . QRZ.RU
• Alegerea unui cablu pentru supraveghere video: tipuri, distanțe și subtilități de instalare Copie arhivată din 27 august 2016 la Wayback Machine . Securitate ABC
• Caracteristicile electrice ale cablurilor coaxiale Arhivat 28 mai 2010 la Wayback Machine . CQHAM.RU

Dicționare și enciclopedii	mare danez Mare catalană mare chinezesc Mare norvegian Rusă mare Britannica (online) Britannica (online)
În cataloagele bibliografice	GND : 4164339-2