Koaxialkabel

Koaxialkabel (från lat.  co  - jointly och axis  - axis, dvs koaxial ; vardagskoaxial från engelska coaxial ) - elektrisk kabel bestående av en central ledare och en skärm placerad koaxiellt och åtskilda av ett isolerande material eller luftgap. Används för att sända elektriska radiofrekvenssignaler . Den skiljer sig från skärmad tråd , som används för att överföra likström och lågfrekventa signaler, i ett mer enhetligt tvärsnitt i riktningen för den längsgående axeln (tvärsnittsformen, dimensionerna och värdena för de elektromagnetiska parametrarna för material är normaliserade) och användningen av bättre material för elektriska ledare och isolering. Uppfanns och patenterades 1880 av den brittiske fysikern Oliver Heaviside .  

Enhet

Koaxialkabel (se bild) består av:

• 4 (A) - skal (tjänar för isolering och skydd mot yttre påverkan) av ljusstabiliserad (det vill säga resistent mot ultraviolett strålning från solen) polyeten, polyvinylklorid, ett lager av fluoroplastisk tejp eller annat isolerande material;
• 3 (B) - en extern ledare (skärm) i form av en fläta, folie, en film belagd med ett lager av aluminium och deras kombinationer, såväl som ett korrugerat rör, en snodd av metallband, etc. gjorda av koppar , koppar eller aluminiumlegering;
• 2 (C) - isolering gjord i form av en fast ( polyeten , skummad polyeten, fast fluoroplast , fluoroplastisk tejp, etc.) eller semi-luft (kordel-rörformig läggning, brickor, etc.) dielektrisk fyllning, vilket säkerställer konstansen hos den relativa positionen (koaxialiteten) inre och yttre ledare;
• 1 (D) - en inre ledare i form av en enkel rak (som i figuren) eller lindad tråd, tvinnad tråd, rör, gjord av koppar , kopparlegering, aluminiumlegering, kopparpläterat stål , kopparpläterad aluminium, silverpläterad koppar m.m.

Till skillnad från överföringsledningar av öppen typ (till exempel en tvåtrådsledning), på grund av närvaron av en skärmledare, är båda komponenterna i det elektromagnetiska fältet hos en elektromagnetisk våg och RF-effektflödet som bärs av vågen helt koncentrerade i utrymme mellan ledarna (i isoleringsskiktet) och gå inte längre än kabeln [1 ] . Denna designfunktion hos koaxialkabeln eliminerar effektförlusten hos en elektromagnetisk våg på grund av utstrålningen av elektromagnetiska vågor in i det omgivande utrymmet och tvärtom, skyddar kabeln från penetration av elektromagnetiska pickuper från utsidan. I riktiga kablar finns det ett litet utsläpp av strålning till utsidan och känslighet för pickuper, kännetecknad av radiotäthet.

Skapande historia

• 1855 - William Thomson undersöker koaxialkabel och får en formel för linjär kapacitet. [2]
• 1880 - Oliver Heaviside får brittiskt patent nr 1407 för en koaxialkabel. [3]
• 1884 - Siemens & Halske patenterar en koaxialkabel i Tyskland (patent nr 28978, 27 mars 1884). [fyra]
• 1894 - Nikola Tesla patenterade en elektrisk ledare för växelströmmar (patent nr 514167).
• 1929 - Lloyd Espenschied och Herman Effel AT  &T Bell Telephone Laboratories patenterar den första moderna koaxialkabeln.
• 1936 - AT&T byggde en experimentell koaxial tv-överföringslinje mellan Philadelphia och New York .
• 1936 - Första telesändning över koaxialkabel från Olympiska spelen i Berlin i Leipzig .
• 1936 - En kabel för 40 telefonkanaler lades mellan London och Birmingham av postverket (nuvarande BT-företaget).
• 1941 - Första kommersiella användningen av L1-systemet i USA av AT&T. Mellan Minneapolis ( Minnesota ) och Stevens Point ( Wisconsin ) lanserades en TV-kanal och 480 telefonkanaler.
• 1956 - den första transatlantiska koaxiallinjen, TAT-1 , lades .

Applikation

Huvudsyftet med en koaxialkabel är överföringen av en högfrekvent signal inom olika teknikområden:

• kommunikationssystem;
• sändningsnät;
• datornätverk ;
• antennmatarsystem ; _
• ACS och andra produktions- och forskningstekniska system;
• fjärrkontroll, mätning och kontrollsystem;
• signalering och automationssystem ;
• system för objektiv kontroll och videoövervakning;
• kommunikationskanaler för olika radio-elektroniska enheter för mobila objekt (fartyg, flygplan, etc.);
• kommunikation inom och mellan enheter som en del av radioelektronisk utrustning;
• kommunikationskanaler inom hushålls- och amatörteknik;
• militär utrustning och andra områden av särskild tillämpning.

Förutom signalöverföring kan kabelsegment användas för andra ändamål:

• kabelfördröjningslinjer ; _
• kvartsvågstransformatorer ;
• balanserings- och matchningsanordningar;
• filter och pulsformare.

Det finns koaxialkablar för att överföra lågfrekventa signaler (i detta fall fungerar flätan som en skärm) och för högspänningslikström. För sådana kablar är vågimpedansen inte standardiserad.

Klassificering

Efter överenskommelse  - för kabel-tv-system, för kommunikationssystem, flyg, rymdteknik, datornätverk, hushållsapparater m.m.

När det gäller vågimpedans (även om kabelns vågimpedans kan vara vad som helst) är fem värden standard enligt ryska standarder och tre enligt internationella:

• 50 Ohm  - den vanligaste typen, som används inom olika områden av radioelektronik. Anledningen till att man valde denna klassificering var först och främst möjligheten att sända radiosignaler med minimala förluster i en kabel med en solid polyetendielektrikum [5] , samt avläsningar av elektrisk styrka och sänd effekt som ligger nära det maximalt uppnåbara ; [6]
• 75 ohm är en vanlig typ:
  • i Sovjetunionen och Ryssland används den huvudsakligen med en solid dielektrikum i tv- och videoutrustning . Dess massanvändning berodde på ett acceptabelt förhållande mellan kostnad och mekanisk hållfasthet under dragning, eftersom materialet i denna kabel är betydande. I detta fall är förluster inte av avgörande betydelse, eftersom högeffektssignaler vanligtvis inte överfördes genom sådana kablar.
  • I USA används det för kabel-tv-nätverk - med en skummad dielektrikum. Dessa kablar har en kopparbeklädd stålkärna [7] , så deras kostnad beror något på kärnans diameter. Därför, enligt författarna till [7] , var anledningen till att välja denna klassificering i USA en kompromiss mellan kabelförluster och kabelflexibilitet.

Tidigare var det också viktigt att matcha en sådan kabel med den karakteristiska impedansen för de vanligaste typ av antenner - halvvågsdipol (73 ohm). Men eftersom koaxialkabeln är obalanserad, och halvvågsdipolen är symmetrisk per definition, krävs en balanseringsanordning för matchning, annars börjar kabelflätan (mataren) fungera som en antenn.

• 93 Ohm - används i datornätverk enligt ArcNet-standarden.
• 100 Ohm - används sällan, inom impulsteknik och för speciella ändamål;
• 150 Ohm - används sällan, inom impulsteknik och för speciella ändamål, inte enligt internationella standarder;
• 200 Ohm - används extremt sällan, inte enligt internationella standarder;
• Det finns andra valörer; dessutom finns koaxialkablar med icke-standardiserade vågimpedans: de används mest inom analog ljudteknik .

Isoleringsdiameter :

• subminiatyr - upp till 1 mm;
• miniatyr - 1,5-2,95 mm;
• medelstor - 3,7-11,5 mm;
• stor - mer än 11,5 mm.

Genom flexibilitet (motstånd mot flera veck och mekaniskt böjmoment hos kabeln): styv, halvstyv, flexibel, extra flexibel.

Screeningsgrad:

• fullskärm
  • med metallrörsskärm
  • med förtennad flätskärm
• med normal skärm
  • med enkelskiktsfläta
  • med dubbel- och flerskiktsfläta och med ytterligare skärmskikt
• utstrålande kablar med avsiktligt låg (och kontrollerbar) grad av skärmning

Notation

Beteckningar på sovjetiska kablar

Enligt GOST 11326.0-78 måste kabelmärken bestå av bokstäver som anger typen av kabel och tre siffror (separerade med bindestreck).

Den första siffran betyder värdet på den nominella vågimpedansen.

Den andra siffran betyder:

• för koaxialkablar, värdet på den nominella isolationsdiametern, avrundat till närmaste lägre heltal för diametrar större än 2 mm (förutom 2,95 mm, som måste avrundas till 3 mm, och 3,7 mm, som inte bör avrundas) ;
• för kablar med inre spiralledare - värdet på kärnans nominella diameter;
• för tvåtrådskablar med ledare i separata skärmar - värdet på isoleringens diameter, avrundad på samma sätt som för koaxialkablar;
• för tvåtrådskablar med ledare i gemensam isolering eller tvinnade från individuellt isolerade ledare, värdet av största dimension i fyllning eller diameter i tvinning.

Det tredje - två- eller tresiffriga numret - betyder: den första siffran är isoleringsgruppen och kabelns värmebeständighetskategori, och de efterföljande siffrorna indikerar serienumret för utvecklingen. Kablar med lämplig värmebeständighet tilldelas följande numeriska beteckning:

• 1 - normal värmebeständighet med solid isolering;
• 2 - ökad värmebeständighet med solid isolering;
• 3 - vanlig värmebeständighet med semi-luftisolering;
• 4 - ökad värmebeständighet med semi-luftisolering;
• 5 - vanlig värmebeständighet med luftisolering;
• 6 - ökad värmebeständighet med luftisolering;
• 7 - hög värmebeständighet.

Bokstaven C läggs till märket av kablar med ökad enhetlighet eller ökad stabilitet av parametrar i slutet genom ett streck.

Närvaron av bokstaven A ("abonnent") i slutet av namnet indikerar en reducerad kvalitet på kabeln - frånvaron av en del av ledarna som bildar skärmen.

Ett exempel på en symbol för en radiofrekvent koaxialkabel med en nominell vågimpedans på 50 Ohm, med kontinuerlig isolering av vanlig värmebeständighet, en nominell isolationsdiameter på 4,6 mm och utvecklingsnummer 1 "Cable RK 50-4-II GOST ( TU) *".

Gamla beteckningar på sovjetiska kablar

På 1950- och 1960-talen använde Sovjetunionen sådan kabelmärkning, i vars beteckning det inte fanns några betydande komponenter. Märkningen bestod av bokstäverna "RK" och utvecklingens villkorliga nummer. Till exempel betyder beteckningen "RK-50" inte en 50-ohms kabel, utan helt enkelt en kabel med utvecklingsserienumret "50", och dess impedans är 157 ohm. [åtta]

Internationella beteckningar

Beteckningssystem i olika länder är etablerade av internationella, nationella standarder, såväl som av tillverkarnas egna standarder (de vanligaste serierna av märken är RG, DG, SAT). [9]

Kategorier

Kablar är uppdelade enligt Radio Guide-skalan. De vanligaste kabelkategorierna:

• RG-11 och RG-8 - "tjockt Ethernet" (Thicknet), 75 ohm respektive 50 ohm. 10BASE-5 standard ;
• RG-58 - "tunn Ethernet" (Thinnet), 50 Ohm. 10BASE-2 standard :

• RG-58/U - solid mittledare,
• RG-58A/U - tvinnad mittledare,
• RG-58C/U - militär kabel;

• RG-59 - tv-kabel (bredband / kabel-tv), 75 ohm. Rysk analog av RK-75-x-x ("radiofrekvenskabel");
• RG-6 - tv-kabel (bredband / kabel-tv), 75 ohm. Kategorin RG-6 kabel har flera varianter som kännetecknar dess typ och material. Rysk analog av RK-75-x-x;
• RG-11 är en stamkabel, nästan oumbärlig om du ska lösa problemet med långa avstånd. Denna typ av kabel kan användas även på avstånd av ca 600 m. Den förstärkta yttre isoleringen gör det möjligt att använda denna kabel utan problem under svåra förhållanden (gata, brunnar). Det finns en variant av S1160 med en kabel, som används för tillförlitlig överföring av kabel genom luften, till exempel mellan hus;
• RG-62 - ARCNet , 93 Ohm.

Tunt Ethernet

Det var den vanligaste kabeln för att bygga lokala nätverk . Med en diameter på cirka 6 mm och stor flexibilitet kunde den läggas på nästan vilken plats som helst. Kablarna kopplades till varandra och till nätverkskortet i datorn med en BNC T-kontakt . Mellan sig kan kablarna anslutas med en I-kontakt BNC (direktanslutning). Terminatorer måste installeras i båda ändarna av segmentet. Stöder dataöverföring upp till 10 Mbps över avstånd upp till 185 m.

Tjockt Ethernet

Tjockare än den tidigare kabeln - cirka 12 mm i diameter, hade en tjockare mittledare. Dåligt böjd och hade en betydande kostnad. Dessutom fanns det vissa svårigheter vid anslutning till en dator - AUI (Attachment Unit Interface) transceivrar användes, anslutna till nätverkskortet med hjälp av en gren som penetrerar kabeln, den så kallade. "vampyrer". På grund av den tjockare ledaren kunde dataöverföring utföras över ett avstånd på upp till 500 m med en hastighet av 10 Mbps. Komplexiteten och den höga installationskostnaden förhindrade dock att denna kabel användes lika mycket som RG-58 . Historiskt sett hade den egenutvecklade RG-8- kabeln en gul färg, och därför kan man ibland se namnet "Yellow Ethernet" ( engelsk  Yellow Ethernet ).

Hjälpelement för den koaxiala banan

• Koaxialkontakter  - för att ansluta kablar till enheter eller deras artikulation med varandra, ibland släpps kablar från produktion med kontakter installerade.
• Koaxialövergångar  - för att ansluta kablar med oparade kontakter till varandra.
• Koaxial-T-stycken , riktningskopplare och cirkulatorer  - för förgrening och förgrening i kabelnät.
• Koaxialtransformatorer  - för impedansmatchning vid anslutning av en kabel till en enhet eller kablar till varandra.
• Terminal och genom koaxiallaster matchas som regel - för att etablera önskade våglägen i kabeln.
• Koaxialdämpare - för att dämpa signalnivån i kabeln till önskat värde.
• Ferritventiler  - för att absorbera den omvända vågen i kabeln.
• Blixtavledare baserade på metallisolatorer eller gasurladdningsanordningar - för att skydda kablar och utrustning från atmosfäriska urladdningar.
• Koaxialomkopplare, reläer och elektroniska omkopplingskoaxialenheter - för omkoppling av koaxialledningar.
• Koaxial-vågledare och koaxial-strip övergångar, baluner - för sammanfogning av koaxiallinjer med vågledare, band och symmetriska tvåtrådar.
• Genomgångs- och terminaldetektorhuvuden -  för övervakning av en högfrekvent signal i en kabel längs dess envelopp.

Grundläggande normaliserade egenskaper

• Vågimpedans
• Specifik dämpning vid olika frekvenser
• linjär kapacitet
• Linjär induktans
• Förkortningsfaktor
• Kärnkärnas diameter
• Skärmens inre diameter
• Skidans ytterdiameter
• stående vågförhållande
• Maximal överförd effekt
• Högsta tillåtna spänning
• Minsta kabelböjningsradie

Beräkning av egenskaper

Bestämningen av den linjära kapacitansen, linjära induktansen och vågmotståndet för en koaxialkabel enligt kända geometriska dimensioner utförs enligt följande.

Först måste du mäta skärmens innerdiameter D genom att ta bort skyddshöljet från änden av kabeln och linda in flätan (ytterdiametern på den inre isoleringen). Mät sedan diametern d på den centrala kärnan, efter att ha tagit bort isoleringen tidigare. Den tredje kabelparametern som måste vara känd för att bestämma vågimpedansen är den dielektriska konstanten e för det interna isoleringsmaterialet.

Linjär kapacitans C h (i International System of Units (SI) , resultatet uttrycks i farad per meter) beräknas [10] med formeln för kapacitansen för en cylindrisk kondensator :

där ε 0  är den elektriska konstanten .

Den linjära induktansen L h (i SI-systemet uttrycks resultatet i henry per meter) beräknas [10] med formeln

där μ 0  är den magnetiska konstanten , μ  är den relativa magnetiska permeabiliteten för isoleringsmaterialet, vilket är nära 1 i alla praktiskt viktiga fall.

Den karakteristiska impedansen för en koaxialkabel i SI-systemet [11] :

(den ungefärliga likheten är giltig under antagandet att μ = 1).

Den karakteristiska impedansen för en koaxialkabel kan också bestämmas från nomogrammet som visas i figuren. För att göra detta är det nödvändigt att ansluta punkterna på D / d- skalan med en rak linje (förhållandet mellan skärmens innerdiameter och diametern på den inre kärnan) och på ε- skalan (dielektriska konstanten för kabelns inre isolering). Skärningspunkten för den ritade räta linjen med skalan R i nomogrammet motsvarar den önskade vågimpedansen.

Hastigheten för signalutbredning i kabeln beräknas med formeln

där c  är ljusets hastighet . Vid mätning av fördröjningar i banor, design av kabelfördröjningslinjer etc. kan det vara användbart att uttrycka kabelns längd i nanosekunder, för vilken den omvända signalhastigheten används, uttryckt i nanosekunder per meter: 1/ v = √ ε 3.33 ns/m .

Den maximala elektriska spänningen som överförs av en koaxialkabel bestäms av isolatorns dielektriska styrka S (i volt per meter), diametern på den inre ledaren (eftersom den maximala elektriska fältstyrkan i en cylindrisk kondensator nås nära innerbeklädnaden) och, i mindre utsträckning, diametern på den yttre ledaren:

Se även

• Twinax kabel
• triaxialkabel
• tvinnat par
• strippa linje
• radiovågledare
• Strippare

Anteckningar

1. ↑ Förutsatt att skärmledaren inte har några hål, det vill säga den är solid, och materialet som den är gjord av har oändlig elektrisk ledningsförmåga, det vill säga den är en idealisk ledare
2. ↑ Thomson, W., [Lord Kelvin]. Om den elektrostatiska kapaciteten hos en Leyden-flaska och hos en telegraftråd isolerad i axeln av en cylindrisk ledande mantel Arkiverad 22 september 2014 på Wayback Machine // Phil. Mag. — IX. - 1885. - S. 531-535.
3. ↑ Paul J. Nahin. Oliver Heaviside: The Life, Work, and Times of an Electrical Genius of the Victorian Age Arkiverad 27 juli 2020 på Wayback Machine . JHU Press, 2002. - P. xvi.
4. ↑ Wilfried Feldenkirchen. Werner von Siemens - Uppfinnare och internationell entreprenör. - 1994. - ISBN 0-8142-0658-1 .
5. ↑ http://www.microwaves101.com/encyclopedia/why50ohms.cfm Arkiverad 14 juli 2014 på Wayback Machine , nedersta bilden
6. ↑ Izyumova, Sviridov, 1975, s. 51-52
7. ↑ 1 2 http://www.microwaves101.com/encyclopedia/why50ohms.cfm Arkiverad 14 juli 2014 på Wayback Machine
8. ↑ Rysk Hamradio - Gamla typer av högfrekventa kablar . Tillträdesdatum: 19 januari 2009. Arkiverad från originalet 2 januari 2009. (obestämd)
9. ↑ HUBER&SUHNER beteckningssystem för koaxialkabel . Hämtad 22 oktober 2009. Arkiverad från originalet 20 oktober 2009. (obestämd)
10. ↑ 1 2 Pozar, David M. Mikrovågsteknik. Addison-Wesley Publishing Company, 1993. ISBN 0-201-50418-9 .
11. ↑ Elmore, William C.; Heald, Mark A. Vågornas fysik  (ospecificerad) . - 1969. - ISBN 0-486-64926-1 .

Litteratur

• N. I. Belorussov, I. I. Grodnev. RF-kablar. 2:a uppl., reviderad. — M.-L.: Gosenergoizdat, 1959.
• T.I. Izyumova, V.T. Sviridov. Vågledare, koaxial- och bandlinjer. — M.: Eneriya, 1975.
• D. Ya. Galperovich, A. A. Pavlov, N. N. Khrenkov. RF-kablar. — M.: Energoatomizdat, 1990.
• Elektriska kablar, ledningar och sladdar: Handbok / N. I. Belorussov, A. E. Saakyan, A. I. Yakovleva: Ed. N. I. Belorussova. - 5:e uppl., reviderad. och ytterligare — M.: Energoatomizdat, 1987. — 536 s.; sjuk.
• Amatörradiokommunikation på HF. Ed. B. G. Stepanova. - M .: Radio och kommunikation, 1991.
• Uppslagsbok för en radioamatördesigner. Ed. N. I. Chistyakova. - M .: Radio och kommunikation, 1990.
• J. Davis, J. J. Carr. Radioingenjörens fickguide. Per. från engelska. — M.: Dodeka-XXI, 2002.
• Kashkarov A.P. En populär handbok för en radioamatör. - M .: IP "RadioSoft", 2008. - 416 s.: ill. Se sid. 250.

• GOST 11326.0-78. RF-kablar. Allmänna specifikationer.
• IEC 60078(1967). RF koaxialkablar. Vågimpedans och dimensioner.
• IEC 60096-1 (1986). RF-kablar. Del 1: Allmänna krav och mätmetoder.
• IEC 60096-2 (1961). RF-kablar. Del 2: Särskilda specifikationer för kablar.
• IEC 60096-3 (1982). RF-kablar. Del 3: Allmänna krav och tester för enledade koaxialkablar för användning i kabeldistributionssystem.
• MIL-C-17 koaxialkabel (amerikansk militär 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.

Länkar

• Högfrekventa kablar av gammal typ Arkiverad 2 januari 2009 på Wayback Machine . Engelska Hamradio
• Egenskapstabell för RF-koaxialkablar Arkiverad 2 oktober 2019 på Wayback Machine . Proelectro2.ru
• American Coax Cables Arkiverad 28 maj 2008 på Wayback Machine . QRZ.RU
• Att välja en kabel för videoövervakning: installationstyper, avstånd och finesser Arkiverad kopia av 27 augusti 2016 på Wayback Machine . ABC Säkerhet
• Elektriska egenskaper hos koaxialkablar Arkiverad 28 maj 2010 på Wayback Machine . CQHAM.RU

Ordböcker och uppslagsverk	Stor dansk Stor katalanska stor kines Stor norsk Stor ryss Britannica (online) Britannica (online)
I bibliografiska kataloger	GND : 4164339-2