Kabel koncentryczny

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania

Kabel koncentryczny (ang. coaxial cable, zwany także kablem współosiowym) – przewód telekomunikacyjny, wykorzystywany do transmisji sygnałów zmiennych małej mocy, którego wewnętrzna żyła otoczona jest izolatorem termicznym o okrągłym przekroju; otoczony osłoną przewodzącą.

Określnie koncentryczny pochodzi od wewnętrznego przewodnika, a zewnętrzna osłona dzieli geometryczną oś. Kabel koncentryczny został wynaleziony przez angielskiego inżyniera i matematyka Olivera Heaviside'a, który opatentował projekt w 1880 roku.[1]

Kabel koncentryczny różni się od innych kabli osłonowych, ponieważ wymiary kabli są kontrolowane, aby zapewnić precyzyjny, stały odstęp między przewodnikami, który jest niezbędny do skutecznego działania jako linii transmisyjnej.

Budowa[edytuj | edytuj kod]

Kabel koncentryczny (RG213):
1. przewód
2. izolacja wewnętrzna
3. oplot (ekran)
4. izolacja zewnętrzna.

Kabel koncentryczny zbudowany jest z:

  • przewodu elektrycznego – zwykle z miedzi; linka skręcana miedziana, miedziowany drut stalowy lub drut aluminiowy, spotyka się również linki stalowe,
  • izolacji wewnętrznej (dielektryk) – zwykle od jednej do czterech warstw plecionego warkocza metalicznego i taśmy metalowej, oddzielającej przewodnik od ekranu. Od jej wymiarów oraz stałej dielektrycznej zależy impedancja falowa kabla.
  • ekranu – stanowi drugi niezbędny ośrodek przewodzący. Jednocześnie chroni sygnał przed zakłóceniami elektromagnetycznymi pochodzącymi ze środowiska. Najczęściej w postaci foli aluminiowej, oplotu miedzianego lub aluminiowego, czasami również w postaci tulei (przewody półsztywne),
  • izolacji zewnętrznej (choć nie zawsze) – pełni funkcje zabezpieczania przewodu przed uszkodzeniami mechanicznymi, wilgocią, dla tanich kabli z niepełnym oplotem stanowi ważny element konstrukcyjny

Zazwyczaj ekran jest utrzymywany w potencjale uziemienia, a napięcie przenoszące sygnał jest przyłożone do środkowego przewodu. Zaletą współosiowej konstrukcji jest to, że pola elektryczne i magnetyczne są ograniczone do dielektryka z małym wyciekiem poza osłonę. Natomiast, na zewnątrz kabla, pole magnetyczne i elektryczne  są w dużym stopniu chronione przed zakłóceniami sygnałów wewnątrz kabla. Kable o większej średnicy oraz kable z wieloma osłonami mają mniejszy wyciek (straty). Dzięki tej właściwości kabel koncentryczny jest dobrym wyborem do przenoszenia słabych sygnałów, które nie mogą tolerować zakłóceń ze strony otoczenia lub silniejszych sygnałów elektrycznych, gdy nie wolno dopuścić do wypromieniowania, ani sprzężenia z sąsiednimi strukturami, czy obwodami.[2]

Impedancja[edytuj | edytuj kod]

Najlepsza impedancja kabla koncentrycznego w aplikacjach o dużej mocy, wysokim napięciu oraz niskiej tłumienności zostały zdeterminowane eksperymentalnie w 1929 roku w Bell Laboratories; odpowiednio 30 Ω, 60 Ω i 77 Ω. Biorąc pod uwagę kabel koncentryczny z dielektrykiem powietrznym oraz osłoną o danej wewnętrznej średnicy, tłumienie jest minimalizowane przez wybór średnicy przewodu wewnętrznego, aby uzyskać charakterystyczny opór 76.7 Ω [3]. Biorąc pod uwagę bardziej powszechne dielektryki, opór z najlepszą stratą spada do wartości pomiędzy 52-64 Ω. Maksymalną moc wyjściową osiąga się przy 30 Ω.

Ubytek sygnału jest to przejście pól elektromagnetycznych przez ekran kabla i pojawia się w obu kierunkach. Ingresja (wejście) jest przejściem sygnału zewnętrznego do kabla i w rezultacie może spowodować szum i zakłócenie pożądanego sygnału. Egress (wyjście) jest przejściem zamierzonego sygnału, który ma pozostać w kablu i może spowodować słabszy sygnał na końcu kabla oraz zakłócenie częstotliwości radiowych pobliskich urządzeń. Poważny ubytek sygnału może być spowodowany nieprawidłowym zainstalowaniem złączy lub wadami osłony kabla. Powstające ubytki i luki pozwalają polu elektromagnetycznemu przenikać na drugą stronę. Na przykład plecione osłony mają wiele małych szczelin. Szczeliny są mniejsze, jeśli używamy osłonę z folii (litego materiału), ale wciąż jest spoina (szew), który przebiega na długości kabla. W przypadku, gdy folia zwiększa swoją sztywność to grubość folii również się zwiększa - dlatego  cienka warstwa folii jest otoczona warstwą metalowego oplotu, który daje większą elastyczność dla danego przekroju poprzecznego. Ubytek sygnału może być znaczący, jeśli kontakt z powierzchnią styku złączy na każdym końcu kabla jest słaby albo w przypadku występowania przerwy w osłonie.

Kable koncentryczne dzielimy według ich impedancji falowej:

  • 50 Ω (np.: H1500, H1000, H1001, H500, 9913, RG214, RG213, H155, RG58, RG316, TRILAN2, TRILAN4, RG178, RG174)
  • 75 Ω (np.: RG59, TRISET113, TRI-SHIELD 113, RG6U, CB100F)
  • 100 Ω
  • inne impedancje stosowane raczej w aplikacjach specjalistycznych oraz do budowy symetryzatorów i transformatorów RF

Zastosowanie[edytuj | edytuj kod]

Kabel koncentryczny jest używany jako linia transmisyjna sygnałów o częstotliwościach radiowych. Jedną z zalet użycia kabla koncentrycznego w porównaniu do innych rodzajów linii transmisji radiowej jest to, że w przypadku idealnego kabla koncentrycznego pole elektromagnetyczne przenoszące sygnał istnieje tylko w przestrzeni między przewodem wewnętrznym i zewnętrznym. Dzięki tej właściwości kabel koncentryczny można stosować obok metalowych obiektów takich jak rynny bez strat mocy występujących w innych typach linii przesyłowych. Co więcej, kabel koncentryczny zapewnia ochronę sygnału przed zewnętrznymi zakłóceniami elektromagnetycznymi.

Dzięki swej budowie kable koncentryczne są odporniejsze na zakłócenia w stosunku do kabli symetrycznych. Stosuje się je do przesyłania sygnałów sinusoidalnych oraz cyfrowych w zakresie 20 Hz – 15 GHz.

Powszechne wykorzystanie

Parametry[edytuj | edytuj kod]

Przy wyborze kabla koncentrycznego brane są pod uwagę: wymiary, przenoszona częstotliwości, tłumienie, możliwość przenoszenia mocy, elastyczność, wytrzymałość oraz koszt. Przewód wewnętrzny może być lity lub żyłowy. Żyłowy jest bardziej elastyczny. Aby uzyskać lepszą wydajność wysokich częstotliwości, przewód wewnętrzny może być posrebrzany. Stalowy przewód pokryty miedzią jest często używany jako przewód wewnętrzny do kabli stosowanych w przemsłowej telewizji kablowej.

Wiele konwencjonalnych kabli koncentrycznych wykorzystuje pleciony drut miedziany tworzący ekran. Dzięki temu kabel może być elastyczny, ale oznacza to również, że w warstwie ochronnej są luki, a wewnętrzny wymiar osłony zmienia się nieznacznie, ponieważ splot nie może być płaski.[4]

W celu uzyskania lepszej wydajności ekranowania, w niektórych kablach występuje ekran dwuwarstwowy. Ekran może być dwoma warkoczami, natomiast obecnie bardziej powszechne jest użycie cienkiej folii okrytej oplotem z drutu. Niektóre kable mogą być oblekane w więcej niż dwie warstwy ekranu, takie jak "quad-shield", która charakteryzuje się wykorzystaniem przemiennie warstwy folii i plecionki, niektóre ekrany są solidną metalową rurą.[4]

Inne projekty ekranów, uzyskują lepszą wydajność kosztem elastyczności. Kable tego typu nie mogą być silnie zginane, ponieważ ekran będzie się załamywać, powodując straty w kablu. Jeśli używany jest ekran foliowy, to mały przewodnik druciany, stanowiący część folii sprawia, że lutowanie zakończenia ekranu jest łatwiejsze.

Złącza[edytuj | edytuj kod]

Końce kabli koncentrycznych zwykle zakończone są złączkami. Złącza koncentryczne są zaprojektowane w taki sposób, aby utrzymywać współosiowy kształt w całym połączeniu i mają taką samą impedancję jak dołączony kabel.Do łączenia kabli koncentrycznych stosuje się złącza typu BNC, TNC, N, F, SMA, RP-SMA oraz inne złącza koncentryczne.

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

  1. Nahin, Paul J., Oliver Heaviside : the life, work, and times of an electrical genius of the Victorian age, wyd. Johns Hopkins pbk. ed, Baltimore, Md.: Johns Hopkins University Press, 2002, ISBN 0-8018-6909-9, OCLC 47915995.
  2. American Radio Relay League., The ARRL handbook for radio communications 2010., wyd. 87th ed, Newington, CT: American Radio Relay League, 2009, ​ISBN 0-87259-144-1​, OCLC 437300175
  3. "Coax power handling". Microwaves 101. 2008-09-14. Retrieved 2012-01-25.
  4. a b American Radio Relay League., The ARRL UHF/Microwave experimenter's manual : antennas, components, and design., Newington, CT, USA: American Radio Relay League, 1990, ​ISBN 0-87259-312-6​, OCLC 22984184.

Linki zewnętrzne[edytuj | edytuj kod]