Для чего нужен коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель – что это, устройство, где используется, плюсы и минусы, сравнение с оптическим кабелем

Технологические системы имеют свои особенности, для них используются определенные материалы и оснащение. Коаксиальный кабель – один из видов такого оборудования. Основное его предназначение – передача сигналов высокой частоты, которые применяются для систем связи и в других сферах техники.

Коаксиальный кабель – что это?

Благодаря высокой скорости передачи сигнала и уровня помехозащищенности этот вид оборудования имеет широкое распространение. Коаксиальный кабель – это электрический кабель, состоящий из центрального проводящего элемента, экрана, оплетки, выполненной из металла. Эти части конструкции между собой разделены внутренней изоляцией. Все элементы ее расположены в единой внешней оболочке.

Коаксиальный кабель – устройство

Он состоит из нескольких частей. Что такое коаксиальный кабель и какие элементы в него входят:

Где используется коаксиальный кабель?

Применяется это оборудование в ряде сфер:

Плюсы и минусы коаксиального кабеля

Этот вид оснащения характеризуется своими преимуществами и недостатками. К плюсам оборудования относится:

Коаксиальный кабель телевизионный и применяемый для других сфер, обладает некоторыми недостатками:

Что лучше коаксиальный или оптический кабель?

Какой вариант использовать, зависит от ряда критериев. Оптический кабель состоит из оптоволокон, способных передавать сигналы на длинные расстояния. Чтобы понять, какой из них оптимален в использовании, нужно сравнить их по некоторым параметрам:

Виды коаксиальных кабелей

Их классифицируют на:

Маркировка коаксиальных кабелей

Существует стандарт, согласно которому обозначаются характеристики оборудования. Кабель коаксиальный уличный может иметь такую маркировку:

Как выбрать коаксиальный кабель?

Делать это нужно с учетом таких параметров:

Использование коаксиального кабеля

Оно требует выполнения ряда правил:

Инструмент для зачистки коаксиального кабеля

Для работы с кабелем используются такой инструменты:

Как соединить коаксиальный кабель?

Есть несколько способов, как это сделать:

Прокладка коаксиального кабеля

Существуют такие способы:

Как проверить коаксиальный кабель?

Перед прокладкой это делается обязательно.

Источник

Преимущества коаксиального кабеля

Что называют коаксиальным кабелем?

В нормативном документе – ГОСТ 15845-80 «Изделия кабельные…» приведены термины, связанные с кабелями и даны их определения.

Электрический кабель – одна или более токопроводящих жил, изолированных друг от друга и от внешней металлической защитной оболочки.

Коаксиальная пара – два проводника, разделенные слоем изоляции и расположенные на общей оси и разделенные слоем изоляции:

Из этих определений получим: коаксиальный кабель – это электрический кабель, токопроводящие пары которого выполнены коаксиальными, т. е. расположенными на одной оси.

Это может быть не только одна коаксиальная пара, а более сложное устройство из нескольких таких пар. Например, триаксиальный кабель состоит из трех токопроводящих проводников, которые расположены на одной общей оси и промежутки, между которыми заполнены изоляцией.

«Разделанный» торец триаксиального кабеля.

Структура триаксиального кабеля справа налево:

Но такие кабели применяются не часто. Большинство же используемых коаксиальных кабелей традиционно двухпроводные – центральная жила и экранирующий металлический, металлизированный или псевдо-металлический слой, выполняющий функцию экрана. Например, он может быть выполнен в виде сетки из тонких неизолированных проволочек.

Чтобы через ячейки такой сетки не проникало излучение электромагнитного поля, они должны быть размерами меньше 1/2 или 1/4 длины волны сигнала, передаваемого по кабелю. В таком случае через «дырочки» оплетки не будет проникать электромагнитная энергия, например, полного телевизионного сигнала. А это излучение, занимающее полосу частот от герц до десятков мегагерц. Т. е. не будет утечек наружу в окружающую среду и попадания в виде помех в другие кабели или электронную аппаратуру. И не будет наведения сигналов на электромагнитное поле, распространяющееся между центральной жилой и экраном. Наводки возникают в работе слаботочной электронной аппаратуры при прохождении больших токов в силовых кабелях электропитания, проложенных рядом с ней, от искрящего электрооборудования и т. п.

Т. е. снаружи в промежуток между коаксиальными электродами – центральной жилой и экраном не будет попадать излучение внешней помехи.

Если рассматривать название «коаксиальный кабель» терминологически, т. е. по структуре слова-термина, то получим следующее: латинское слово «coaxis» можно разделить на «co» – совместный или совмещенный и «axis» – осевой или соосный. Или «совмещенный на одной оси».

Практически тот же результат получим при анализе английского слова «coaxial».

Видно, что если последний термин транслитерировать кириллицей, то и получим название «коаксиал» или коаксиальный кабель.

Какие материалы используются при изготовлении коаксиальных кабелей?

Основной и наиболее емкий и точный нормативный документ – российский ГОСТ Р 53880-2010 «Кабели коаксиальные для сетей кабельного телевидения. Общие технические условия».

Определения материалов, которые применяют для изготовления коаксиальных кабелей, приведены в разд. 3 этого ГОСТа:

Коаксиальные кабели для передачи информации: сферы их применения

Коаксиальные кабели радиочастотного диапазона используют для различных радиотехнических устройств и радиочастотных промышленных установок. Например, коаксиальные кабели группы РК служат:

Конструкция коаксиального кабеля

По конструкции коаксиальные кабели бывают разные. Наибольшее распространение получили кабели, имеющие конструкцию, приведенную на рисунке.

Коаксиальный кабель, с «разделанным», т. е. зачищенным одним торцом для демонстрации его структуры.

В такой конструкции имеются:

Позиция 1 – центральная жила или внутренний проводник. Обычно она однопроводная. Но в некоторых случаях, например, в кабелях, от которых требуется многократный изгиб, центральная жилу выполняют многопроводной, свитой из нескольких неизолированных проводников.

Позиция 2 – сплошная внутренняя изоляция, обычно это литой полиэтилен или фторопласт, он же тефлон и пр. Названий у фторопласта несколько. Для повышения гибкости изоляция может быть выполнена «мягкой» – из пенополиэтилена или из экспандированного фторопласта – трубки, выполненной из хаотично перемешанных тончайших волокон фторопласта. Такой материал иногда называют «фторопластовый фетр» или «пористый фторопласт».

Позиция 3 – экран или внешний проводник. Им может быть металлическая трубка, сетчатая оплетка из оголенных проводников-проволочек, спиральная металлическая лента, намотанная с перекрытием витков, слой металлической фольги или пленки, металлизированной алюминием, например, из фторопласта или из лавсана, полиэтилена и др.

Позиция 4 – защитная оболочка. Она выполняется в виде сплошного шланга из пластика, например, из ПВХ – модифицированного поливинилхлорида высокой прочности, устойчивого к воздействию факторов внешней среды, прежде всего потоков солнечного УФ-излучения.

В коаксиальных кабелях с уменьшенными потерями центральную проводящую жилу обвивают сплошным тонким стержнем из пластика с низкими диэлектрическими потерями. Это может быть уже упомянутые полиэтилен, фторопласт или другой материал. Остальное пространство занимает воздух.

Шаг навивки такой «изоляции» небольшой, но при изгибах кабеля экран не касается центральной жилы.

Еще один вариант конструкции – дистанционные кольца или диски, надетые на центральный проводник. Но такие устройства имеют малое применение из-за их небольшой длины. Например, в радиолокационных станциях большой мощности для систем дальнего обнаружения. Называть их кабелем было бы, наверное, не совсем корректно, т. к. это коаксиальное устройство для передачи сигналов очень большой мощности.

Системы обозначений коаксиальных кабелей

Систем обозначений коаксиальных кабелей не меньше, чем их производителей.

Маркировка и системы обозначений вводятся для того, чтобы несколькими цифрами и буквами идентифицировать конкретные технические параметры или характеристики кабеля.

На территории Российской Федерации продолжает действовать советская система обозначений.

Ее основа – группа государственных стандартов ГОСТ 11326 «Кабели радиочастотные». Головной стандарт в группе – ГОСТ 11326.0-78 «Кабели радиочастотные. Общие техусловия».

В документе приведены следующие типы кабелей:

Система обозначений по шкале Radio Guide. Второе название – система RG.

Ее буквенно-цифровая маркировка состоит из латинских букв RG – аббревиатуры, образованной от словосочетания Radio Guid, которое переводится как «радиогид».

Наиболее распространены такие типы:

Коаксиальные кабели для подвески, например, между зданиями. В их наружную изоляцию заделан введен продольный силовой элемент – высокопрочный стальной трос. Он не дает растянуться жилам, оплеткам, внутренней и наружной изоляциям коаксиальных кабелей.

Есть и другие разновидности кабели этой категории.

Классификация коаксиальных кабелей

Классификацию коаксиальных кабелей можно вести по разным критериям. Одна из классификаций приведена в российском государственном стандарте – ГОСТ Р 53880-2010 Кабели коаксиальные для сетей кабельного телевидения.

По этому нормативному документу коаксиальные кабели делятся:

Пример обозначения коаксиального кабеля с видимой его конструкцией. Элементы конструкции слева направо – центральная медная однопроводная жила, ее сплошная изоляция, двойной экран – фольга металлизированная алюминием и оплетка из луженых оголенных проводников, наружная оболочка из пластификата или ПВХ, маркировка конкретной модели: производитель – компания Premier, марка – RG-6U и его разновидность – coaxial.

Модель RG-11 – магистральный вариант для передачи сигнала на большие расстояния – нескольких сотен метров.

Кабель RG-7 предназначен для передачи сигналов от спутникового или кабельного телевидения, а также кабельных модемов на высокой частоте с уменьшенными потерями энергии.

Преимущества и недостатки коаксиальных кабелей

К достоинствам этой разновидности электрических кабелей относят:

К недостаткам относятся:

Источник

Коаксиальный кабель

Коаксиа́льный ка́бель (от лат. co — совместно и axis — ось, то есть «соосный»), также известный как коаксиал (от англ. coaxial ), — электрический кабель, состоящий из расположенных соосно центрального проводника и экрана. Обычно служит для передачи высокочастотных сигналов. Изобретён и запатентован в 1880 году британским физиком Оливером Хевисайдом.

Содержание

Устройство

Коаксиальный кабель (см. рисунок) состоит из:

Благодаря совпадению осей обоих проводников у идеального коаксиального кабеля оба компонента электромагнитного поля полностью сосредоточены в пространстве между проводниками (в диэлектрической изоляции) и не выходят за пределы кабеля, что исключает потери электромагнитной энергии на излучение и защищает кабель от внешних электромагнитных наводок. В реальных кабелях ограниченные выход излучения наружу и чувствительность к наводкам обусловлены отклонениями геометрии от идеальности.

История создания

Применение

Основное назначение коаксиального кабеля — передача высокочастотного сигнала в различных областях техники:

Кроме канализации сигнала, отрезки кабеля могут использоваться и для других целей:

Существуют коаксиальные кабели для передачи низкочастотных сигналов (в этом случае оплётка служит в качестве экрана) и для постоянного тока высокого напряжения. Для таких кабелей волновое сопротивление не нормируется.

Классификация

По назначению — для систем кабельного телевидения, для систем связи, авиационной, космической техники, компьютерных сетей, бытовой техники и т. д.

По волновому сопротивлению (хотя волновое сопротивление кабеля может быть любым), стандартными являются пять значений по российским стандартам и три по международным:

По диаметру изоляции:

По гибкости (стойкость к многократным перегибам и механический момент изгиба кабеля): жёсткие, полужёсткие, гибкие, особогибкие.

По степени экранирования:

Обозначения

Обозначения советских кабелей

По ГОСТ 11326.0-78 марки кабелей должны состоять из букв, означающих тип кабеля, и трёх чисел (разделённых дефисами).

Первое число означает значение номинального волнового сопротивления.

Второе число означает:

Третье — двух- или трёхзначное число — означает: первая цифра — группу изоляции и катего­рию теплостойкости кабеля, а последующие цифры означают порядковый номер разработки. Кабелям соответствующей теплостойкости присвоено следующее цифровое обозначение:

К марке кабелей повышенной однородности или повышенной стабильности параметров в конце через тире добавляют букву С.

Наличие буквы А («абонентский») в конце названия обозначает пониженное качество кабеля — отсутствие части проводников, составляющих экран.

Пример условного обозначения радиочастотного коаксиального кабеля с номи­нальным волновым сопротивлением 50 Ом, со сплошной изоляцией обычной теплостойкости, номинальным диаметром по изоляции 4,6 мм и номером разработки 1 «Кабель РК 50-4-II ГОСТ (ТУ)*».

Старые обозначения советских кабелей

В 1950—1960-х годах в СССР применялась такая маркировка кабелей, в обозначении которой отсутствовали значимые компоненты. Маркировка состояла из букв «РК» и условного номера разработки. Например, обозначение «РК-50» означает не 50-омный кабель, а просто кабель с порядковым номером разработки «50», а его волновое сопротивление равно 157 Ом. [5]

Международные обозначения

Системы обозначений в разных странах устанавливаются международными, национальными стандартами, а также собственными стандартами предприятий-изготовителей (наиболее распространённые серии марок RG, DG, SAT). [6]

Категории

Кабели делятся по шкале Radio Guide. Наиболее распространённые категории кабеля:

«Тонкий» Ethernet

Был наиболее распространённым кабелем для построения локальных сетей. Диаметр примерно 6 мм и значительная гибкость позволяли ему быть проложенным практически в любых местах. Кабели соединялись друг с другом и с сетевой платой в компьютере при помощи T-коннектора BNC. Между собой кабели могли соединяться с помощью I-коннектора BNC (прямое соединение). На обоих концах сегмента должны быть установлены терминаторы. Поддерживает передачу данных до 10 Мбит/с на расстояние до 185 м.

«Толстый» Ethernet

Более толстый, по сравнению с предыдущим, кабель — около 12 мм в диаметре, имел более толстый центральный проводник. Плохо гнулся и имел значительную стоимость. Кроме того, при присоединении к компьютеру были некоторые сложности — использовались трансиверы AUI (Attachment Unit Interface), присоединённые к сетевой карте с помощью ответвления, пронизывающего кабель, т. н. «вампирчики». За счёт более толстого проводника передачу данных можно было осуществлять на расстояние до 500 м со скоростью 10 Мбит/с. Однако сложность и дороговизна установки не дали этому кабелю такого широкого распространения, как RG-58. Исторически фирменный кабель RG-8 имел жёлтую окраску, и поэтому иногда можно встретить название «Жёлтый Ethernet» (англ. Yellow Ethernet ).

Вспомогательные элементы коаксиального тракта

Основные нормируемые характеристики

Расчёт характеристик

Определение погонной ёмкости, погонной индуктивности и волнового сопротивления коаксиального кабеля по известным геометрическим размерам проводится следующим образом.

Сначала необходимо измерить внутренний диаметр D экрана, сняв защитную оболочку с конца кабеля и завернув оплетку (внешний диаметр внутренней изоляции). Затем измеряют диаметр d центральной жилы, сняв предварительно изоляцию. Третий параметр кабеля, который необходимо знать для определения волнового сопротивления, — относительная диэлектрическая проницаемость ε материала внутренней изоляции.

Погонная ёмкость C_h (в системе СИ, результат выражен в фарадах на метр) вычисляется [7] по формуле ёмкости цилиндрического конденсатора:

Погонная индуктивность L_h (в системе СИ, результат выражен в генри на метр) вычисляется [7] по формуле

где μ₀ — магнитная постоянная, μ — относительная магнитная проницаемость изоляционного материала, которая во всех практически важных случаях близка к 1.

Волновое сопротивление коаксиального кабеля в системе СИ [8] :

(приближённое равенство справедливо в предположении, что μ = 1).

Волновое сопротивление коаксиального кабеля можно также определить по номограмме, приведённой на рисунке. Для этого необходимо соединить прямой линией точки на шкале D/d (отношения внутреннего диаметра экрана и диаметра внутренней жилы) и на шкале ε (диэлектрической проницаемости внутренней изоляции кабеля). Точка пересечения проведённой прямой со шкалой R номограммы соответствует искомому волновому сопротивлению.

Скорость распространения сигнала в кабеле вычисляется по формуле

Предельное электрическое напряжение, передаваемое коаксиальным кабелем, определяется электрической прочностью S изолятора (в вольтах на метр), диаметром внутреннего проводника (поскольку максимальная напряжённость электрического поля в цилиндрическом конденсаторе достигается возле внутренней обкладки) и в меньшей степени диаметром внешнего проводника:

Интересные факты

Кабели с разрывами в экранирующей оболочке используются в качестве распределённых антенн. [источник не указан 123 дня]

Источник

Коаксиальный кабель

Это английское изобретение известно еще с 19-го века. Основной конструктивной особенностью считаются два проводника, расположенные на одной оси и разделенные во внешней оболочке диэлектрическим материалом. В самом начале коаксиальный кабель применялся в общественных телевизионных антеннах для передачи сигнала к телевизорам. В дальнейшем он стал широко использоваться в компьютерных сетях, кабельном телевидении, системах видеонаблюдения и других инженерных радиотехнических комплексах.

Устройство и принцип работы

Простейшая конструкция коаксиального кабеля включает в себя медную жилу, заключенную в изоляцию, металлическую экранирующую оплетку и внешнюю оболочку. В некоторых модификациях дополнительно присутствует слой фольги, что означает двойную экранизацию. Наиболее сильные помехи преодолеваются кабелями, содержащими четыре экранизации, включающей два слоя фольги и два слоя металлической оплетки. Это наиболее простой ответ на вопрос, как выглядит данная конструкция и что содержит внутри.

Некоторые кабели могут быть снаружи покрыты металлической сеткой, выполняющей функцию дополнительного экрана. Он обеспечивает надежную защиту данных, передаваемых по кабелю, одновременно поглощая помехи или шумы в виде внешних электромагнитных сигналов. Наличие такого экрана не позволяет помехам искажать передаваемые данные.

Кодировка данных осуществляется с помощью электрических сигналов, передаваемых по жиле. Она может быть сплошной и состоять из одного медного провода или из нескольких проводков. Жилу окружает слой изоляции, отделяющей ее от металлической оплетки. Сама оплетка выполняет функцию заземления, устраняя электрические шумы и перекрестные помехи. Эти помехи являются электрическими наводками, появляющимися под влиянием проводов, расположенных рядом.

Не допускается соприкосновение металлической оплетки и проводящей жилы, поскольку это может привести к короткому замыканию. Помехи проникнут в жилу и разрушат передаваемые данные. Дополнительная защита от помех обеспечивается за счет наружной непроводящей оболочки, которая может быть резиновой, пластиковой или тефлоновой.

Где используется

До недавних пор коаксиальный кабель широко применялся в различных областях. Его технические характеристики обеспечивали надежную защиту от помех, высокую допустимую скорость передачи данных на значительные расстояния. Некоторые качества кабеля значительно выше, чем у витой пары. Поэтому вопроса, для чего нужен такой кабель, ни у кого не возникало. Однако со временем витая пара стала применяться все чаще, поскольку ее монтаж значительно проще и быстрее, по сравнению с коаксиальным кабелем, стоимость которого также более высокая.

Тем не менее, данные кабели широко применяются для соединения локальных компьютерных сетей, особенно там, где используются конфигурация в виде шины. В этих случаях концы каждой линии оборудуются специальными терминаторами, не допускающими внутренних отражений сигналов. Один из таких терминаторов подлежит обязательному заземлению, в противном случае металлическая оплетка не сможет защитить сеть от воздействия внешних помех и снизить излучение во внешнюю среду при передаче информации. Дополнительно обеспечивается и требуемая скорость коаксиального кабеля.

Кроме шин, данная продукция может использоваться в сетевых конфигурациях «звезда» и «пассивная звезда». Такие подключения выполнять значительно проще, поскольку внешние терминаторы на концы не устанавливаются.

Кабели этого типа успешно используются для передачи сигналов высокой частоты в различных электронных и электротехнических системах.

Виды коаксиальных кабелей

Все коаксиальные кабели, в соответствии с техническими характеристиками, имеют две основные разновидности.

К первому варианту относится тонкий коаксиальный кабель, диаметром не более 5 мм, отличающийся повышенной гибкостью. С его помощью осуществляется передача на небольшие расстояния, поскольку затухание сигнала в нем происходит значительно быстрее, по сравнению с более толстой конструкцией. Тонкие кабели считаются наиболее оптимальным вариантом для прокладки локальных сетей и подключения к отдельным компьютерам. Использование специальных разъемов существенно упрощает монтаж, а сама конструкция не требует дополнительного оборудования.

Второй основной разновидностью является классический толстый коаксиальный кабель, диаметр которого составляет примерно 10 мм. Он отличается повышенной жесткостью, для монтажа требуются специальные дорогостоящие приспособления. Стоимость толстого кабеля в среднем в два раза дороже тонкого, поэтому он используется значительно реже, в тех случаях, когда без него совершенно не обойтись. Задержка распространения сигнала в толстом кабеле составляет примерно 4,5 нс/м, а в тонком – 5 нс/м.

Некоторые типы коаксиальных кабелей выпускаются с двумя экранами, один из которых помещается внутри другого. Для их разделения используется дополнительный изоляционный слой. За счет этого они гораздо лучше защищены от помех и от прослушивания, в связи с чем пользуются повышенным спросом, несмотря на более высокую стоимость.

Существует еще один вид данных изделий – кабель силовой коаксиальный, применяющийся в электротехнике. С его помощью осуществляется передача и распределение электроэнергии в силовых и осветительных сетях. Конструкция состоит из внутреннего одножильного провода и наружного многожильного проводника. Между ними проложена изоляция, а весь кабель целиком защищен внешней пластмассовой диэлектрической оболочкой, дополненной стальными жилами в форме токопроводящей бронирующей арматуры.

Существенным недостатком этой конструкции считается большой вес одного погонного метра кабеля, что делает невозможным его использование в воздушных линиях. Возникает реальная опасность провисания и обрыва.

Характеристики коаксиального кабеля

Независимо от разновидности, все кабели этого типа, обладают общими техническими характеристиками. Одной из основных считается волновое сопротивление коаксиального кабеля, определяющее качество проводника и передаваемого конечного сигнала. На данный параметр полностью влияет материал проводника и его свойства – диэлектрическая проницаемость, емкость, индуктивность и удельное сопротивление. От материала проводника зависит и погонное ослабление на различных частотах. Уровень сигнала понижается в зависимости от увеличения или уменьшения расстояния передачи.

Существуют такие понятия, как погонная емкость и индуктивность. В первом случае кабель характеризуется способностью к накоплению заряда, а во втором – способностью к созданию магнитного поля. Другие характеристики – диаметр центральной жилы, внутренний диаметр экрана, внешний диаметр оболочки и другие – используются в расчетах перед монтажом, для того чтобы правильно определить место установки, гарантирующее корректную работу всего кабеля.

Маркировка коаксиального кабеля

Каждый кабель имеет собственную маркировку, содержащую краткие характеристики того или иного изделия. Это значительно облегчает выбор наиболее подходящего варианта.

Например, марка КМБ-4 соответствует магистральному коаксиальному кабелю в свинцовой оболочке с броней типа Б. В нем содержится 4 коаксиальные пары и 5 четверок медных жил в бумажной изоляции, расположенных симметрично. В зависимости от маркировки, изменяется и предназначение того или иного кабеля.

Онлайн калькулятор: расчёт затухания в коаксиальном кабеле

Источник