Коаксиал

Коаксиальный кабель в разрезе

Телевизионный коаксиальный кабель.
A-внешняя пластиковая оболочка
B-медная оплётка
C-внутренний пластиковый изолятор
D-центральный проводник

Коаксиа́льный ка́бель (от лат. co — совместно и axis — ось, то есть «соосный») — вид электрического кабеля. Состоит из двух цилиндрических проводников, соосно вставленных один в другой. Чаще всего используется центральный медный проводник, покрытый пластиковым изолирующим материалом, поверх которого идёт второй проводник — медная оплётка или алюминиевая фольга с оплёткой из медных лужёных проволок. Современный телевизионный коаксиальный кабель имеет внутренний проводник из омеднённой стали, внутренний диэлектрик из вспененного полиэтилена и экранирование фольгой и стальной оплёткой. Некоторые кабели имеют два слоя фольги, между которыми находится стальная оплётка. Благодаря совпадению центров обоих проводников потери на излучение практически отсутствуют; одновременно обеспечивается хорошая защита от внешних электромагнитных помех. Поэтому такой кабель обеспечивает передачу данных на большие расстояния и использовался при построении компьютерных сетей (пока не был вытеснен витой парой). Используется в сетях кабельного телевидения и во многих других областях. Основной характеристикой кабеля является волновое сопротивление. В зависимости от этой величины и толщины коаксиальный кабель делится на несколько категорий. Компьютерные сети на основе этого кабеля обычно требуют наличия терминаторов (согласованных нагрузок) на оконечных точках.

История

• 1929 — Ллойд Эспеншид (Lloyd Espenschied) и Герман Эффель из AT&T Bell Telephone Laboratories запатентовали первый современный коаксиальный кабель.
• 1935 — Щелкунов высказал предположение, что по коаксиальному кабелю можно передавать телевидение или 200 телефонных разговоров одновременно.
• 1936 — AT&T построила экспериментальную телевизионную линию передачи на коаксиальном кабеле, между Филадельфией и Нью-Йорком.
• 1936 — Первая телепередача по коаксиальному кабелю, с Берлинских Олимпийских Игр в Лейпциге.
• 1936 — Между Лондоном и Бирмингемом, почтовой службой (теперь BT) проложен кабель на 40 телефонных номеров. [Источник: архивы http://www.bt.com]
• 1941 — Первое коммерческое использование системы L1 в США, компанией AT&T. Между Миннеаполисом, (Миннесота) и Стивенс Пойнт (Висконсин) запущен ТВ-канал и 480 телефонных номеров.
• 1956 — Проложена первая трансатлантическая коаксиальная линия, TAT-1.

Применение

• Основное назначение коаксиального кабеля — передача сигнала в различных областях техники
  • Системы связи
  • Вещательные сети
  • Компьютерные сети
  • Антенно-фидерные системы
  • АСУ и другие производственные и научно-исследовательские технические системы
  • Системы дистанционного управления, измерения и контроля
  • Системы сигнализации и автоматики
  • Системы объективного контроля и видеонаблюдения
  • Каналы связи различных радиоэлектронных устройств мобильных объектов (судов, летательных аппаратов и др.)
  • Внутриблочные и межблочные связи в составе радиоэлектронной аппаратуры
  • Каналы связи в бытовой и любительской технике
  • Военная техника и другие области специального применения
• Кроме канализации сигнала отрезки кабеля могут использоваться и для других целей
  • Кабельные линии задержки
  • Четвертьволновые трансформаторы
  • Симметрирующие и согласующие устройства
  • Фильтры и формирователи импульса

Классификация

• По назначению — для систем кабельного телевидения, для систем связи, авиационной, космической техники, компьютерных сетей, бытовой техники и т. д.
• По волновому сопротивлению — в принципе, волновое сопротивление кабеля может быть любое, однако стандартными являются 5 значений по российским стандартам и 3 по международным
  • 50 Ом — наиболее распространённый тип, применяется в разных областях радиоэлектроники
  • 75 Ом — распространённый тип, применяется преимущественно в телевизионной и видеотехнике
  • 100 Ом — применяется редко, в импульсной технике и для специальных целей
  • 150 Ом — применяется редко, в импульсной технике и для специальных целей, международными стандартами не предусмотрен
  • 200 Ом — применяется крайне редко, международными стандартами не предусмотрен
• По диаметру изоляции
  • Субминиатюрные — до 1 мм
  • Миниатюрные — 1,5 – 2,95 мм
  • Среднегабаритные — 3,7 – 11,5 мм
  • Крупногабаритные — более 11,5 мм
• По гибкости (стойкость к многократным перегибам и механический момент изгиба кабеля)
  • Жёсткие
  • Полужёсткие
  • Гибкие
  • Особогибкие

Обозначения

Обозначения отечественных кабелей

По ГОСТ 11326.0-78 марки кабелей должны состоять из букв, означающих тип кабеля, и трех чисел (разделённых дефисами). Первое число означает значение номинального волнового сопротивления. Второе число означает — для коаксиальных кабелей — значение номинального диаметра по изоляции, округлённое до ближайшего меньшего целого числа для диаметров более 2 мм (за исключением диаметра 2,95 мм, который должен быть округлен до 3, и диаметра 3,7 мм, который округлять не следует); - для кабелей со спиральными внутренними проводниками — значение номинального диамет­ра сердечника; - для двухпроводных кабелей с проводниками в отдельных экранах — значение диаметра по изоляции, округлённое так же, как и для коаксиальных кабелей; - для двухпроводных кабелей с проводниками в общей изоляции или скрученных из отдельно изолированных проводников — значение наибольшего размера по заполнению или диаметра по скрутке. 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: 1 — обычной теплостойкости со сплошной изоляцией; 2 — повышенной теплостойкости со сплошной изоляцией; 3 — обычной теплостойкости с полувоздушной изоляцией; 4 — повышенной теплостойкости с полувоздушной изоляцией; 5 — обычной теплостойкости с воздушной изоляцией; 6 — повышенной теплостойкости с воздушной изоляцией; 7 — высокой теплостойкости. К марке кабелей повышенной однородности или повышенной стабильности параметров в конце через тире добавляют букву С.

• 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 отечественных кабелей

В 50-х – 60-х годах XX века в СССР применялась тривиальная маркировка кабелей, в обозначении отсутствовали значимые компоненты, оно состояло из букв «РК» и, через дефис, условного номера разработки, таким образом, например, обозначение «РК-50» означает не 50-омный кабель, а просто кабель с порядковым номером разработки «50», из справочных данных можно увидеть, что его волновое сопротивление равно 157 Ом.

Обозначения импортных кабелей

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

• СИСТЕМА ОБОЗНАЧЕНИЯ АБОНЕНТСКИХ И РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ КОАКСИАЛЬНЫХ КАБЕЛЕЙ ФИРМЫ «FinMark»

Волновое сопротивление

Номограмма для определения волнового сопротивления кабеля

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЛНОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ КОАКСИАЛЬНОГО КАБЕЛЯ ПО ИЗВЕСТНЫМ ГЕОМЕТРИЧЕСКИМ РАЗМЕРАМ.

Сначала необходимо измерить внутренний диаметр D экрана, сняв защитную оболочку с конца кабеля и завернув оплетку (внешний диаметр внутренней изоляции). Затем следует измерить диаметр d центральной жилы, сняв предварительно изоляцию. Подставив в формулу значение диэлектрической проницаемости материала внутренней изоляции из приложения и результат предыдущих измерений, находим волновое сопротивление кабеля.

Номограмма для определения волнового сопротивления кабеля

Для этого необходимо СОЕДИНИТЬ прямой линией ТОЧКИ НА ШКАЛЕ «D/d» (отношения внутреннего диаметра экрана и диаметра внутренней жилы) И НА ШКАЛЕ «Е» (величины диэлектрической проницаемости внутренней изоляции кабеля]. ТОЧКА ПЕРЕСЕЧЕНИЯ проведенной прямой СО ШКАЛОЙ «R» номограммы соответствует искомой величине волнового сопротивления определяемого кабеля.

Категории

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

• RG-8 и RG-11 — «Толстый Ethernet» (Thicknet), 50 Ом. Стандарт 10BASE2.
  • RG-58/U — сплошной центральный проводник
  • RG-58A/U — многожильный центральный проводник
  • RG-58C/U — военный кабель
• RG-59 — телевизионный кабель (Broadband/Cable Television), 75 Ом. Российский аналог РК-75-х-х («радиочастотный кабель»);
• RG-6 — телевизионный кабель (Broadband/Cable Television), 75 Ом. Кабель категории RG-6 имеет несколько разновидностей, которые характеризируют его тип и материал исполнения.(Например, рассмотрим виды кабеля RG-6 известного бренда Sprint). Российский аналог РК-75-х-х;
• RG-11- магистральный кабель, практически незаменим, если требуется решить вопрос с большими расстояниями. Этот вид кабеля можно использовать даже на расстояниях около 600 метров. Укреплённая внешняя изоляция позволяет без проблем использовать этот кабель в сложных условиях (улица, колодцы). Существует вариант S1160 с тросом, который используется для надёжной проброски кабеля по воздуху, например, между домами.
• RG-62 — ARCNet, 93 Ом

Тонкий Ethernet

Был наиболее распространённым кабелем для построения локальных сетей. Диаметр примерно 6 миллиметров и значительная гибкость позволяли ему быть проложенным практически в любых местах. Кабели соединялись друг с другом и с сетевой платой в компьютере при помощи Т-коннектора BNC (British Naval Connector). 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 метров.

Толстый Ethernet

Более толстый, по сравнению с предыдущим, кабель — около 12 миллиметров в диаметре, имел более толстый центральный проводник. Плохо гнулся и имел значительную стоимость. Кроме того, при присоединении к компьютеру были некоторые сложности — использовались трансиверы 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 метров 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

• Коаксиальные разъёмы — для подключения кабелей к устройствам или их сочленения между собой, иногда кабели выпускаются из производства с установленными разъёмами
• Коаксиальные переходы — для сочленения между собой кабелей с непарными друг другу разъёмами
• Коаксиальные тройники, направленные ответвители и циркуляторы — для разветвлений и ответвлений в кабельных сетях
• Коаксиальные трансформаторы — для согласования по волновому сопротивлению при соединении кабеля с устройством или кабелей между собой
• Оконечные и проходные коаксиальные нагрузки, как правило, согласованные — для установления нужных режимов волны в кабеле
• Коаксиальные аттенюаторы — для ослабления уровня сигнала в кабеле до необходимого значения
• Ферритовые вентили — для поглощения обратной волны в кабеле
• Грозоразрядники на базе металлических изоляторов или газоразрядных устройств — для защиты кабеля и аппаратуры от атмосферных разрядов
• Коаксиальные переключатели, реле и электронные коммутирующие коаксиальные устройства — для коммутации коаксиальных линий
• Коаксиально-волноводные и коаксиально-полосковые переходы, симметрирующие устройства — для состыковки коаксиальных линий с волноводными, полосковыми и симметричными двухпроводными
• Проходные и оконечные детекторные головки — для контроля высокочастотного сигнала в кабеле по его огибающей

Основные нормируемые характеристики

• Волновое сопротивление
• Погонное ослабление на разных частотах
• Погонная ёмкость
• Погонная индуктивность
• Коэффициент укорочения
• Диаметр центральной жилы
• Внутренний диаметр экрана
• Внешний диаметр оболочки

Литература и документация

Литература

• Белоусов Н. И., Гроднев И. И. Радиочастотные кабели — Госэнергоиздат, 1959
• Д. Я. Гальперович, др. Радиочастотные кабели — 1990
• Б. Г. Степанов, ред. Любительская радиосвязь на КВ — М.: Радио и связь, 1991
• Н. И. Чистяков, ред. Справочная книга радиолюбителя-конструктора — М.: Радио и связь, 1990
• Джо Карр, Дэвис Джон, Карр Дж. Карманный справочник радиоинженера — Додэка XXI Издательский дом, 2002

Нормативно-техническая документация

• ГОСТ 11326.0-78 Кабели радиочастотные. Общие технические условия
• IEC 60078(1967) Кабели радиочастотные коаксиальные. Волновое сопротивление и размеры
• IEC 60096-1(1986) Кабели радиочастотные. Часть 1: Общие требования и методы измерений
• IEC 60096-2(1961) Кабели радиочастотные. Часть 2: Частные технические условия на кабели
• IEC 60096-3(1982) Кабели радиочастотные. Часть 3: Общие требования и испытания одножильных коаксиальных кабелей для использования в кабельных распределительных системах
• MIL-C-17 Coaxial Cable (военный стандарт США)
• МЭК 78-67, МЭК 96-0-70, МЭК 96-1-86, МЭК 96-3-82
• ТУ 16.К99-006-2001, ТУ16-505.858-81, ТУ16-705.125-79, ТУ16-505.166-77

Ссылки

• Типы, классификация и условные обозначения отечественных радиочастотных кабелей
• Высокочастотные кабели старых типов
• ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОАКСИАЛЬНОГО КАБЕЛЯ
• Общие сведения о коаксиальных кабелях разных типов
• ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАДИОЧАСТОТНЫХ КОАКСИАЛЬНЫХ КАБЕЛЕЙ
• Американские коаксиальные кабели
• Критерии выбора видеокабеля

См. также

• Радиочастотный кабель
• Витая пара
• Полосковая линия
• Радиоволновод
• Коаксиальные радиочастотные разъёмы
• Коаксиальные трансформаторы
• BNC-коннектор
• Стриппер