Koaksiālais kabelis — definīcija, darbības princips un pielietojums
Koaksiālais kabelis ir īpašs elektriskais kabelis, ko izmanto signālu pārraidei īpaši augstās frekvencēs. To raksturo koncentriska konstrukcija — centrālais vadītājs, apkārtējā dielektriskā izolācija, ārējais vadītājs (parasti dzīslains tinums un/vai folija) un ārējais (izolācijas) apvalks. Šī uzbūve nodrošina labu elektromagnētiskā lauka noturēšanu starp iekšējo un ārējo vadītāju, tādējādi samazinot traucējumus no ārējiem lauka avotiem un izvairoties no signāla noplūdes ārpus kabeļa. Mūsdienās koaksiālos kabeļus plaši izmanto, piemēram, kabeļtelevīzijā, CCTV sistēmās un dažos datoru tīklos, tomēr 21. gadsimtā to izmantošana datortīklos kļūst retāka, jo parasti ērtāki ir vītā pāra kabeļi un optiskās šķiedras.
Konstrukcija un darbības princips
Standarta koaksiālajam kabelim parasti ir šādas kārtas (no iekšpuses uz āru):
- Centrālais vadītājs — var būt ciets (cu) vai dzīslots. Tas pārraida signālu.
- Dielektriskais izolators — materiāls kā polietilēns (solid vai foam), kas nosaka kabeļa kapacitāti un ietekmē zudumus.
- Ārējais vadītājs / ekrāna slānis — kaites folija un/vai metāla pinums, kas veic arī zemējuma funkciju un aizsargā pret EMI.
- Mājas apvalks — UV noturīgs un mehāniski izturīgs polimērs, kas pasargā kabeli no ārējām ietekmēm.
Darbības princips: signāls pārvietojas kā pārmaiņu elektromagnētiskais lauks starp iekšējo un ārējo vadītāju. Tā kā lauks ir ierobežots starp šiem slāņiem, koaksiālais kabelis nodrošina labu traucējumu noturību un zemu starpniecisku radiāciju.
Galvenie tehniskie parametri
- Impēdance (raksturīgā pretestība): populārākie standarti ir 50 Ω (radiofrekvenču, antenu pielietojumi) un 75 Ω (video un kabeļtelevīzija). Nepareiza impēdances saderība izraisa atstarošanas un signāla zudumu.
- Frekvenču joma un zudumi: zudumi pieaug ar frekvenci — jo augstāka frekvence, jo lielāki signāla pavadi. Tāpēc izvēle (RG-6, RG-59, RG-11 vai speciāli RF kabeļi) atkarīga no attāluma un frekvenču joslas.
- Šķērsgriezums un būvējums: dzīslots vadītājs mazina locīšanas izraisītas lūšanas risku; biezāks dielektrisks samazina zudumus; divkāršs ekrāns uzlabo izslēgšanu (shielding).
- Mehāniskā izturība: lieces rādiuss, izturība pret Ūdeni un UV iedarbību ir svarīgi ārējiem vadījumiem.
Populāri kabeļu veidi un standarti
- RG-6 — 75 Ω; bieži lietots kabeļtelevīzijā un satelīttelevīzijas instalācijās.
- RG-59 — 75 Ω; piemērots īsām analoga video līnijām, bet pie augstākām frekvencēm tam ir lielāki zudumi nekā RG-6.
- RG-11 — biezāks 75 Ω kabelis, mazāki zudumi, piemērots garākiem posmiem.
- RG-58 un citi 50 Ω tipi — bieži izmanto amatieru radio, laboratorijas un RF iekārtās.
- Profesionālie RF kabeļi (N, SMA, TNC savienotāji) paredzēti mikrobangām un telekomunikācijām.
Savienotāji un terminēšana
- F-type — populārs kabeļtelevīzijā un satelītā.
- BNC — plaši izmantots CCTV, testēšanas aprīkojumā un dažos tīklu risinājumos.
- RCA — vecāka tipa savienojums audiovizuālām iekārtām.
- N, SMA, TNC — profesionāli RF savienotāji, kas nodrošina labāku augsto frekvenču veiktspēju.
Pareiza savienotāja izvēle un kvalitatīva terminēšana ir svarīga, lai saglabātu impēdances saderību un mazinātu atstarošanu (VSWR).
Pielietojums
- Kabeļtelevīzija un satelīts — piegāde TV signāla līdz mājsaimniecībām.
- CCTV un video uzraudzība — analogā un daļēji digitālā video pārraide.
- Radio un antenas sistēmas — 50 Ω tipi lietojami antenu savienojumiem un radioiekārtām.
- Telekomunikācijas un datu pārraide — piekļuve interneta pakalpojumiem caur kabeļoperatoriem (modemi, CMTS).
- Nozaru un rūpniecības lietojumi — daļēji speciālie koaksiālie signālu savienojumi laboratorijās, medicīnā un militārajā aparatūrā.
Priekšrocības un trūkumi
- Priekšrocības: laba EMI izturība, vienkārša instalācija vidējos attālumos, plaši standarti un savienotāji, piemērots augstfrekvenču signāliem.
- Trūkumi: lielāks signāla zudums pie augstām frekvencēm un garos attālumos salīdzinājumā ar optisko šķiedru; smagāks un biežāk dārgāks nekā vītā pāra kabeļi; ierobežota joslas platība salīdzinājumā ar optiku.
Praktiski ieteikumi uzstādīšanai
- Izvairieties no asām liecēm — ievērojiet ražotāja norādīto minimālo lieces rādiusu (parasti vairākas reizes kabeļa diametrs).
- Nelauziet vai nesaspiediet kabeli — mehāniskie bojājumi palielina zudumus un var bojāt ekrānu.
- Izmantojiet atbilstošus savienotājus un kvalitatīvu terminēšanu; slikti savienojumi rada atstarošanas un trokšņa problēmas.
- Āra instalācijās nodrošiniet pareizu hermetizāciju un UV izturību; pie nepieciešamības izvēlieties ūdensizturīgus kabeļus.
- Ja nepieciešama liela attāluma vai ļoti augstas joslas platums, izvērtējiet optiskās šķiedras izmantošanu kā ilgtermiņa risinājumu.
Pastāv dažādi koaksiālo kabeļu veidi, kas atbilst dažādiem standartiem un pielietojumiem — izvēle ir atkarīga no frekvences, distances, vides un nepieciešamās savietojamības ar esošo iekārtu infrastruktūru.
Koaksiālā kabeļa shēmas zīmējums
Laika grafiks
- 1880. gads - Anglijā Olivers Heavisīds patentē koaksiālo kabeli (patents Nr. 1 407).
- 1884. gads - Siemens & Halske Vācijā patentē koaksiālo kabeli (patents Nr. 28 978, 1884. gada 27. marts).
- 1894. gads - Olivers Lodžs Karaliskajā institūtā demonstrē viļņvada pārraidi.
- 1929. gads - Lloids Espenšīds un Hermans Afels no AT&T Bell Telephone Laboratories patentē pirmo moderno koaksiālo kabeli.
- 1936. gads - pirmā slēgtās ķēdes TV attēlu pārraide pa koaksiālo kabeli no 1936. gada vasaras olimpiskajām spēlēm Berlīnē uz Leipcigu.
- 1936. gads - pasaulē pirmais zemūdens koaksiālais kabelis starp Apollo līci Melburnas tuvumā Austrālijā un Stenliju Tasmānijā. 300 km garais kabelis var pārraidīt vienu 8,5 kHz apraides kanālu un septiņus telefona kanālus.
- 1936. gads - AT&T ierīko eksperimentālu koaksiālo telefona un televīzijas kabeli starp Ņujorku un Filadelfiju ar automātiskām pastiprinātāju stacijām ik pēc desmit jūdzēm. Tas tiek pabeigts decembrī, un pa to vienlaicīgi var pārraidīt 240 telefona zvanus.
- 1936. gads - General Post Office (tagad BT) starp Londonu un Birmingemu ierīko koaksiālo kabeli, kas nodrošina 40 telefona kanālus.
- 1941. gads - AT&T pirmo reizi komerciāli izmanto ASV starp Mineapoli, Minesotā, un Stīvens Pointu, Viskonsīnā. L1 sistēma ar viena TV kanāla vai 480 telefona ķēdes jaudu.
- 1956. gads - uzlikts pirmais transatlantiskais koaksiālais kabelis TAT-1.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir koaksiālais kabelis?
A: Koaksiālais kabelis ir īpašs elektriskais kabelis, ko izmanto signālu pārraidei.
J: Kādam nolūkam koaksiālajam kabelim ir izolācija?
A: Koaksiālā kabeļa izolāciju izmanto, lai padarītu to stingru un lai novērstu elektromagnētiskā lauka, kas pārnēsā signālu, traucējumus vai ārējo elektromagnētisko lauku traucējumus.
J: Kādi ir daži koaksiālo kabeļu izmantošanas veidi?
A: Koaksiālos kabeļus parasti izmanto kabeļtelevīzijā, un tos var izmantot arī datoru tīklos, lai gan 21. gadsimtā tas ir kļuvis retāk.
J: Kā tiek konstruēti koaksiālie kabeļi?
A: Koaksiālie kabeļi parasti ir izgatavoti no vadoša vada ar izolāciju, vēl viena vadoša materiāla slāņa un apvalka.
J: Kāda ir koaksiālā kabeļa vadošā vada un vadošā materiāla funkcija?
A: Vadošais vads un materiāls tiek izmantots, lai pārraidītu augstfrekvences vai platjoslas signālu.
J: Kā elektromagnētiskais lauks, kas pārnēsā signālu, ir saistīts ar koaksiālā kabeļa iekšējo un ārējo vadītāju?
A: Elektromagnētiskais lauks, kas nes signālu, ideālā gadījumā pastāv tikai telpā starp iekšējo un ārējo vadītāju.
J: Vai ir dažādi koaksiālo kabeļu veidi?
A: Jā, ir dažādi koaksiālo kabeļu veidi, kas atbilst dažādiem standartiem.
