Miten koaksiaali toimii: rakenne, signaali ja valmistus

Miten Coax toimii: lyhyt vastaus

Koaksiaalikaapeli lähettää sähköisiä signaaleja käyttämällä kahta samankeskistä johtimia – kiinteää sisäjohdinta, jota ympäröi putkimainen ulkojohdin (suoja) – jotka on erotettu eristeellä ja kääritty suojaavaan ulkovaippaan. Geometria pitää signaalin rajoitettuna kaapelin sisällä, mikä vähentää merkittävästi sähkömagneettisia häiriöitä (EMI) ja signaalihäviöitä verrattuna tavalliseen kierrettyyn pari- tai rinnakkaisjohtoon. Tästä syystä koaksiaali on edelleen paras valinta RF-lähetyksissä, laajakaistainternetissä, kaapelitelevisiossa ja tarkkuusinstrumenteissa, vaikka kuitu- ja langattomat vaihtoehdot laajenevatkin.

Jokaisella koaksiaalikaapelin kerroksella on tietty fyysinen ja sähköinen tarkoitus. Johtimessa on virtaa; dielektrisyys ohjaa impedanssia ja etenemisnopeutta; suoja estää melun; takki suojaa mekaanisilta ja ympäristövaurioilta. Poista yksi kerros ja kaapeli lakkaa toimimasta oikein. Kunkin kerroksen ymmärtäminen – ja niiden vuorovaikutus – selittää, miksi koaksiaalitekniikka on vaativampaa kuin miltä näyttää.

Koaksiaalikaapelin fyysinen rakenne, kerros kerrokselta

Sisäinen johdin

Keskijohdin on tyypillisesti kiinteää tai säikeistä kuparia, vaikka kuparipäällystettyä terästä (CCS) ja hopeoitua kuparia käytetään korkeataajuisissa tai suurlujuisissa sovelluksissa. Halkaisija vaihtelee pienikokoisten RF-kaapeleiden alle 0,5 mm:stä yli 10 mm:iin suurissa CATV-runkokaapeleissa. Korkeilla taajuuksilla virta kulkee lähellä johtimen pintaa - ilmiö, jota kutsutaan ihoefektiksi - joten johtimen pinnan laatu ja johtavuus vaikuttavat suoraan häviölukuihin. Hopeapinnoitus nostaa pinnan johtavuutta, minkä vuoksi mikroaaltokäyttöiset kaapelit käyttävät sitä usein.

Dielektrinen eriste

Sisä- ja ulkojohtimien välissä oleva eriste ohjaa kahta kriittistä parametria: impedanssia ja etenemisnopeutta (VoP). Yleisiä dielektrisiä materiaaleja ovat kiinteä polyeteeni (PE), vaahtopolyeteeni, polytetrafluorieteeni (PTFE) ja ilmavälit. Vaahto PE alentaa dielektrisyysvakiota noin 2,25:stä (kiinteä PE) noin 1,4–1,6:een , joka nostaa VoP:n noin 66 prosentista 78–85 prosenttiin valon nopeudesta ja samalla vähentää dielektristä häviötä – molemmat ovat toivottavia laajakaista- tai pitkäaikaisissa sovelluksissa. PTFE valitaan, kun lämpötilan stabiiliudella on merkitystä; se säilyttää sähköiset ominaisuutensa -65 °C - 200 °C.

Dielektrisen kerroksen paksuus ja tasaisuus määrittävät suoraan kaapelin ominaisimpedanssin. Jopa pieni epäkeskisyys – sisäjohtimen keskikohdan ulkopuolinen sijoitus – muuttaa impedanssia ja luo heijastuksia. Tästä syystä lankojen ja kaapelien suulakepuristimen tarkkuus on niin tärkeää valmistuksessa: ristipään on keskitettävä johdin mikrometreinä mitatun toleranssin sisällä.

Ulkojohdin (suoja)

Suojavaippa palvelee kahta toimintoa samanaikaisesti: se on signaalin paluuvirtatie ja se on sähkömagneettinen este, joka estää ulkoisen melun kytkeytymisen kaapeliin. Yleisiä suojarakenteita ovat:

• Kiinteä alumiini- tai kupariputki — käytetään kovalinjaisissa CATV-kaapeleissa; lähes 100 % peitto, erittäin pieni häviö, jäykkä
• Punottu kilpi — tyypillisesti 85–98 % optinen peitto; joustava, kestävä, käytetty RG-58, RG-6, RG-11
• Foliopunos yhdistelmä - folio tarjoaa 100 % peittävyyden; punos lisää mekaanista lujuutta ja DC-jatkuvuutta; yleinen satelliitti- ja laajakaistakaapeleissa
• Tri-shield ja quad-shield — useita kalvo- ja punoskerroksia suuria häiriöitä aiheuttaviin ympäristöihin; suojauksen tehokkuus voi ylittää 90 dB

Ulkotakki

Takki on uloin suojakerros, joka on yleensä valmistettu PVC:stä, polyeteenistä, LSZH:sta (low smoke zero halogen) tai fluoripolymeereistä. Takin materiaalivalinta riippuu asennusympäristöstä: PVC on taloudellinen ja palosuojattu sisäkäyttöön; PE ja LLDPE tarjoavat UV- ja kosteudenkestävyyden ulkokäyttöön; LSZH on pakollinen julkisissa tiloissa ja liikenneinfrastruktuurissa, koska myrkylliset kaasupäästöt ovat vähentyneet tulipaloissa. Vaippa levitetään lanka- ja kaapeliekstruuderilla erillisessä suulakepuristuskierrossa, kun suoja on valmis.

Ominainen impedanssi: Miksi 50 Ω ja 75 Ω hallitsevat?

Ominainen impedanssi ei ole tasavirtavastus - se on taajuudesta riippumaton ominaisuus, joka määräytyy kokonaan kaapelin geometrian ja eristimen dielektrisyysvakion mukaan. Kaava on:

Z₀ = (138 / √εr) × log₁₀(D/d)

Missä εr on eristeen suhteellinen permittiivisyys, D on ulkojohtimen sisähalkaisija ja d on sisemmän johtimen ulkohalkaisija. Kaksi impedanssiarvoa hallitsee koaksiaalimaailmaa vakiintuneista teknisistä syistä:

Polyeteenieristeellä varustetun koaksiaalin teoreettinen minimihäviöimpedanssi on noin 77 Ω – minkä vuoksi 75 Ω:sta tuli yleisradioalan standardi. 50 Ω:n arvo on kompromissi suurimman tehonkäsittelyn (optimi ~30 Ω) ja minimihäviön välillä, joten se sopii paremmin kaksisuuntaisiin RF-linkkeihin. Virheellinen impedanssi lähteen, kaapelin ja kuorman välillä aiheuttaa signaalin heijastuksia, seisovia aaltoja ja tehohäviöitä – ongelmia, jotka kvantifioidaan jännitteen seisovaaaltosuhteella (VSWR).

Signaalinsiirtomekaniikka kaapelin sisällä

Koaksiaalikaapeli ei lähetä signaaleja useimmat ihmiset intuitiivisesti kuvittelevat. Energia ei virtaa johtimen läpi samalla tavalla kuin vesi virtaa putken läpi. Sen sijaan se etenee sähkömagneettisena aallona sisä- ja ulkojohtimien välisessä tilassa - dielektrisellä alueella. Johtimet toimivat reunaehtoina, jotka ohjaavat ja rajoittavat aaltoa. Tätä etenemismuotoa kutsutaan TEM (transverse electromagnetic) -moodiksi, jossa sekä sähkö- että magneettikentän komponentit ovat täysin poikittain kulkusuuntaan nähden.

Sähkökenttä säteilee säteittäisesti sisemmän johtimen ( ) ja ulkojohtimen (–) välillä, kun taas magneettikenttä muodostaa samankeskisiä ympyröitä sisäjohtimen ympärille. Koska kenttä on kokonaan suojan sisällä, kaapeli ei säteile lähes lainkaan energiaa ulospäin ja on lähes immuuni ulkoisille kentille – niin kauan kuin suojan eheys säilyy. Katkos suojassa, huono liitin tai mutkainen kaapeli häiritsee kentän geometriaa ja aiheuttaa kohinaa ja häviötä.

Etenemisnopeus ja sähköinen pituus

Signaalit kulkevat koaksiaalin läpi nopeudella, joka on murto-osa valon nopeudesta tyhjiössä, jonka dielektrisyys määrittää. Kiinteä PE antaa noin 66 %:n VoP:n; vaahto PE nostaa sen 78–85 %:iin; PTFE-ilmavälit voivat olla 93–98 %. 10 metrin kaapelilla, jossa on kiinteä PE, yksisuuntaisen signaalin viive on noin 50 nanosekuntia. Tällä on merkitystä tarkkuusajoituksessa, tutkajärjestelmissä ja vaiheistetuissa ryhmäantenneissa, joissa kaapelien pituudet leikataan tiettyihin sähköpituuksiin – signaalin aallonpituuden murto-osiksi tai kerrannaisiksi – ohjattujen vaihesuhteiden saavuttamiseksi.

Vaimennusmekanismit

Koaksiaalisen signaalin menetys tulee kolmesta päälähteestä:

• Johtimen menetys — resistiivinen kuumennus sisäjohtimessa ja suojassa, hallitseva alemmilla taajuuksilla ja verrannollinen √f:ään ihovaikutuksen vuoksi
• Dielektrinen häviö — eristimen absorboima energia, kun vaihtuva kenttä rasittaa sen molekyylirakennetta; kasvaa lineaarisesti taajuuden kanssa ja siksi pienihäviöisiä dielektrisiä aineita, kuten PTFE:tä ja PE:n vaahtoa, käytetään mikroaaltotaajuuksilla
• Säteilyhäviö — vuoto suojuksen epätäydellisyydestä; yleensä merkityksetön hyvin rakennetuissa kaapeleissa, mutta merkittävä, jos suoja on vaurioitunut tai jos korkeamman asteen etenemismuotoja viritetään kaapelin rajataajuuden yläpuolelle

Vaimennus määritellään dB:nä pituusyksikköä kohti tietyillä taajuuksilla. Normaalissa RG-6 nelisuojauskaapelissa on suunnilleen 2,0 dB/100 jalkaa 100 MHz:llä ja 6,5 dB/100 jalkaa 900 MHz:llä , joka kuvaa kuinka häviö kasvaa merkittävästi taajuuden myötä. Huippuluokan pienihäviöiset kaapelit, kuten LMR-400, leikkaavat 900 MHz:n vaimennuksen noin 2,7 dB/100 jalkaan suurempien johtimien ja vaahtoeristeen kautta.

Kuinka koaksiaalikaapeli valmistetaan: rooli Lanka- ja kaapeliekstruuderi

Koaksiaalikaapelin valmistus on monivaiheinen prosessi, jossa mittatarkkuus kussakin vaiheessa määrittää kaapelin sähköisen suorituskyvyn. Lanka- ja kaapeliekstruuderi on keskeinen kahdessa kriittisimmässä vaiheessa: dielektrinen eristys ja ulkovaipan sovellus.

Sisäinen johdin Drawing and Stranding

Prosessi alkaa kuparitankolla, joka vedetään suulakkeiden sarjan läpi tavoitejohtimen halkaisijan saavuttamiseksi. Toleranssit ovat tiukat: 50 Ω:n kaapelissa, jossa on 0,9 mm:n johdin, jopa ±0,01 mm:n poikkeama muuttaa impedanssia huomattavasti. Kierretyt johtimet menevät nippu- tai kertauskoneen läpi ennen pursotuslinjaa.

Dielektrinen ekstruusio

Tässä lanka- ja kaapeliekstruuderi suorittaa kriittisin tehtävänsä. Johdin syötetään ristipään läpi, ja sen ympärille levitetään sulatettua PE-, vaahto-PE- tai PTFE-yhdistettä kontrolloidussa paineessa ja lämpötilassa. Eristeen samankeskisyys – kuinka tarkasti johdin on keskitetty eristeen sisällä – on säilytettävä ±1–2 %:n sisällä eristeen seinämän paksuudesta, jotta impedanssi pysyy spesifikaation sisällä.

Vaahto PE-kaapeleissa kaasua (tyypillisesti typpeä) ruiskutetaan sulaan polymeerivirtaan kontrolloidun solurakenteen luomiseksi. Vaahdon tiheys asettaa suoraan dielektrisyysvakion , joten kaasun paineen, sulamislämpötilan ja linjan nopeuden on oltava tiukasti koordinoitavissa. Nykyaikaiset kaapeliekstruuderilinjat käyttävät reaaliaikaista kapasitanssimittausta muotin jälkeen – kapasitanssin mittauspituusyksikköä kohti antaa välittömän indikaation eristeen halkaisijasta ja dielektrisyysvakiosta, mikä mahdollistaa automaattisen palautteen suulakepuristimen ohjausjärjestelmään.

Suulakepuristuksen jälkeen eristetty johdin kulkee vesijäähdytyskaukalon läpi kiinteyttääkseen eristeen ennen kuin se saavuttaa telaketjun poistoyksikön. Pienhalkaisijaisen koaksiaalisen dielektrisen suulakepuristuksen linjanopeudet vaihtelevat tyypillisesti välillä 100 - yli 500 metriä minuutissa, riippuen johtimen koosta ja eristeen paksuudesta.

Suojaus

Kun eriste on jäähtynyt ja kelattu, kaapeli menee suojalinjaan. Folisuojat kiinnitetään käärimällä alumiini-polyesterilaminaattiteippi pituussuunnassa tai kierteisesti eristeen päälle. Punotut kilvet levitetään punontakoneeseen, jossa on kymmeniä tai satoja puoloja, joissa on hienoa kuparilankaa tai tinattua kuparilankaa. Kaapeleissa, jotka vaativat folio- ja punosrakennetta, molemmat toiminnot voidaan yhdistää yhdelle koneelle.

Takin suulakepuristus

Viimeisessä suulakepuristusvaiheessa ulompi vaippa levitetään käyttämällä toista lanka- ja kaapeliekstruuderia - tyypillisesti yksiruuvi- tai kaksiruuvikonetta yhdisteestä riippuen. PVC-vaippalinjat toimivat yleensä nopeudella 50–150 m/min; PE- ja LSZH-yhdisteet vaativat huolellisen lämpötilaprofiloinnin ekstruuderin tynnyriä pitkin hajoamisen estämiseksi. Vaipan seinämän paksuuden tasaisuus tarkistetaan kipinätestauksella (korkeajännitteen jatkuvuustesti 2–6 kV jännitteellä) ja laserhalkaisijamittareilla. Valmiisiin kaapeleihin on painettu tyyppimerkintä, impedanssi, jänniteluokitus ja valmistuspäivämäärä kenttätunnistetta varten.

Yleisimmät koaksiaalikaapelityypit ja niiden tekniset tiedot

"RG"-nimitys (Radio Guide) oli alun perin Yhdysvaltain armeijan määrittelyjärjestelmä. Vaikka monet RG-merkinnät on korvattu nykyaikaisten kaapeleiden valmistajakohtaisilla osanumeroilla, vanhat merkinnät ovat edelleen laajalti tunnettuja alalla. Erojen ymmärtäminen auttaa valitsemaan oikean kaapelin tiettyyn sovellukseen.

Liittimet ja päätteet: mistä useimmat ongelmat alkavat

Kaapeli itsessään on vain osa koaksiaalilinkkiä. Liitin siirtää signaalin kaapelista laitteeseen, ja jos se on huonosti valmistettu tai asennettu, siitä tulee hallitseva signaalihäviön, heijastuksen ja vikojen lähde. Liittimen on säilytettävä sama ominaisimpedanssi kuin kaapelilla sen sisäisen geometrian poikki – mikä tahansa epäjatkuvuus aiheuttaa heijastuksen.

Yleiset koaksiaaliliitintyypit

• BNC (Bayonet Neill-Concelman) — 50 Ω, mitoitettu ~4 GHz:iin, neljänneskierros bajonettilukko; vakiona testilaitteissa, videoissa ja instrumenteissa
• SMA (SubMiniature-versio A) — 50 Ω, mitoitettu 18 GHz:iin, kierteitetty; käytetään laajalti RF-moduuleissa, antenneissa ja mikroaaltouunikokoonpanoissa
• N-tyyppinen — 50 Ω tai 75 Ω, mitoitettu taajuudelle 11–18 GHz, säänkestävä; käytetään ulkoantenneissa ja tukiasemalaitteissa
• F-tyyppinen — 75 Ω, ~3 GHz asti; kaikkialla kodin CATV- ja satelliittilaitteistoissa; itse kaapelin keskijohdin toimii liitäntänastana
• PL-259 (UHF) — nimellisesti 50 Ω, mutta ei todella vakioimpedanssia; käytännössä mitoitettu ~300 MHz; yleinen radioamatöörissä

Oikea päättäminen edellyttää kaapelin kuorimista tarkkoihin mittoihin, punoksen puristamatta jättämistä, eristeen samankeskisyyden säilyttämistä liitinrajapinnassa ja oikean vääntömomentin käyttämistä yhdistämisen yhteydessä. Yksittäinen väärin asennettu F-liitin kaapelitelevision jakelujärjestelmään voi aiheuttaa signaalin sisääntulon (ulkopuoliset signaalit vuotavat sisään) ja signaalin ulostulon (kaapelisignaalit vuotavat ulos), mikä heikentää koko solmun suorituskykyä.

Koaksiaali vs. muut lähetysvälineet: Milloin se kannattaa valita

Koaksiaalikaapeli ei ole oikea valinta kaikkiin sovelluksiin, mutta se säilyttää selkeät edut tietyissä skenaarioissa. Vertaamalla sitä yleisiin vaihtoehtoihin selviää, mihin se sopii parhaiten.

Coax vs. kierretty pari (Cat5e/Cat6/Cat8)

Kierretty pari käyttää differentiaalista signalointia ja tiukkoja kierretaajuuksia EMI:n kumoamiseksi – tämä on olennaisesti erilainen lähestymistapa kuin koaksiaalisen suojatussa TEM-tilassa. Kierretty pari hallitsee strukturoitua Ethernet-kaapelointia, koska se on halvempaa, kevyempää ja helpompi päätellä. Se ei kuitenkaan voi sovittaa koaksiaalia yli muutaman sadan MHz:n RF-taajuuksilla tai korkeissa häiriöympäristöissä. Cat8 tukee 40 Gbps, mutta vain yli 30 metrin käyntiä 2 GHz:llä ; oikein asennettu RG-6-koaksiaali käsittelee 3 GHz:n laajakaistasignaaleja paljon pidemmillä etäisyyksillä paljon yksinkertaisemmalla vahvistuksella.

Koaksiaali vs. kuituoptiikka

Kuitu tarjoaa periaatteessa nollaherkkyyttä sähkömagneettisille häiriöille, paljon pienemmän vaimennuksen pitkillä etäisyyksillä (~0,2 dB/km yksimoodilla vs. 40–100 dB/km koaksiaalisella mikroaaltotaajuuksilla) ja kaistanleveyskapasiteetin, joka kääpiöi kuparin. Kompromissit ovat lähetin-vastaanottimen elektroniikan hinta, hauraus ja kyvyttömyys kuljettaa tasavirtaa signaalin rinnalla. Koaksiaali on edelleen suositeltava lyhyissä RF-linkeissä, antennin syöttölinjoissa ja sovelluksissa, jotka vaativat virtasignaalin yhdellä kaapelilla (esim. phantom-käyttöiset mikrofonit, aktiiviset satelliitti-LNB:t, jotka syötetään koaksiaalin kautta).

Coax vs. Waveguide

Noin yli 18 GHz:n taajuuksilla koaksiaalihäviöistä tulee kohtuuttomia, ja aaltoputki – ontto metalliputki, joka kuljettaa EM-aaltoja – tarjoaa paljon pienemmän vaimennuksen. Aaltoputkessa ei ole sisäjohdinta eikä siksi johdinhäviötä keskellä; sen jäykkä rakenne ja taajuusselektiivinen luonne (aaltoputki läpäisee vain rajataajuutensa yläpuolella olevat signaalit) tekevät siitä sopimattoman laajakaista- tai joustavaan asennukseen. Koaksiaali hallitsee alle 18 GHz:n taajuutta kaikkialla, missä joustavuutta ja liitettävyyttä tarvitaan.

Koaksiaalikaapelituotannon laadunvalvonta

Koaksiaalikaapeleiden valmistuksen tarkkuusvaatimukset tekevät laadunvalvonnasta jatkuvan, inline-prosessin, eikä loppuvaiheen erätarkastusta. Koaksiaalituotantoon tarkoitettu lanka- ja kaapeliekstruuderilinja integroi tyypillisesti useita mittausjärjestelmiä samanaikaisesti:

• Laserhalkaisijamittarit — dielektrisen ulkopinnan kosketukseton mittaus, tyypillisesti ±0,001 mm:n tarkkuus; asetetaan heti jäähdytyskaukalon jälkeen
• Kapasitanssimonitorit — mittaa kapasitanssi pituusyksikköä kohti, mikä korreloi dielektrisen seinämän paksuuden ja dielektrisyysvakion kanssa; poikkeamat laukaisevat automaattisen linjan nopeuden tai suulakepuristimen RPM-korjauksen
• Epäkeskisyysskannerit — Röntgen- tai ultraääniskannerit tarkistavat reaaliajassa dielektrisen sisäjohtimen samankeskisyyden
• Kipinätestaajat — käytä 2–10 kV tasavirtaa tai vaihtovirtaa eristeen poikki havaitaksesi neulanreiät tai ohuet täplät, jotka aiheuttaisivat eristyshäiriön käytössä
• Kaapelin TDR-testaus valmis — aika-alueen reflektometria tunnistaa impedanssin epäjatkuvuudet valmiissa kaapelissa lähettämällä pulssin linjaa pitkin ja analysoimalla heijastuksia

Impedanssin tasaisuusvaatimukset yleislähetystason CATV-kaapelille ovat tyypillisesti ±2 Ω koko kaapelin pituudella , joiden rakenteellinen paluuhäviö (SRL) on 23–30 dB 5–1000 MHz:n kaistalla. Näiden lukujen saavuttaminen johdonmukaisesti yli 200 m/min tuotantonopeuksilla vaatii erittäin tarkkaa suutinsuunnittelua, materiaalin yhtenäisyyttä ja suljetun silmukan prosessin ohjausta – kaikki keskittyy lanka- ja kaapeliekstruuderin ja siihen liittyvien mittausjärjestelmien suorituskykyyn.

Reaalimaailman sovellukset, jotka osoittavat, kuinka Coax toimii käytännössä

Kaapelitelevision (CATV) jakelu

CATV-pääte vastaanottaa signaaleja ja jakaa ne hybridikuitu-koaksiaaliverkon (HFC) kautta. Kuitu kuljettaa signaalin pääpäästä naapurisolmuihin; RG-11 tai kovalinjainen koaksiaali kuljettaa sen solmusta hanaan (tyypillisesti 500 metrin sisällä); RG-6-pisarat yhdistetään hanasta yksittäisiin koteihin. Kukin segmentti käyttää vahvistimia voittaakseen kaapelin vaimennuksen, ja ne on jaettu kaapelin häviön perusteella korkeimmalla kantoaaltotaajuudella – tyypillisesti 1 GHz tai suurempi DOCSIS 3.1 -järjestelmissä.

Matkapuhelintukiasemat

BTS-radioyksikön ja tornin huipulla olevan antennin välinen syöttökaapeli on lähes aina koaksiaalinen – joko joustava aallotettu koaksiaali tai jäykkä kovalinjainen. 30 metrin LMR-400, joka ajetaan 900 MHz:llä, menettää noin 0,8 dB; 2,1 GHz:ssä (3G UMTS) sama ajo menettää noin 1,3 dB. Jokainen dB syöttöhäviö vähentää suoraan efektiivistä säteilytehoa, minkä vuoksi etäradiopään (RRH) asennukset, jotka kiinnittävät radioyksikön tornin huipulle – kytkettynä kantataajuusyksikköön kuidulla – ovat tulleet hallitseviksi: ne eliminoivat syöttöhäviön kokonaan.

Lääketieteellinen ja teollinen instrumentointi

Ultraäänimuuntimet, MRI-signaaliketjut ja teollisuustutkan tasomittarit ovat kaikki riippuvaisia koaksiaalisista liitännöistä samasta syystä kuin yleislähetysjärjestelmät: suojauksen eheys ja kontrolloitu impedanssi. Ultraäänessä koaksiaali kuljettaa MHz-alueen pulsseja pietsosähköisiin muuntimiin ja niistä pienimmällä säröllä. Eristeiden ja johdinmateriaalien on oltava biologisesti yhteensopivia joissakin tapauksissa, ja kaapelin on kestettävä sterilointijaksot – vaatimukset, jotka ohjaavat suunnittelua kohti erityisiä fluoripolymeerieristeitä, jotka on valmistettu erityisillä lanka- ja kaapeliekstruuderilinjoilla.

GPS- ja satelliittivastaanottimet

GPS toimii taajuuksilla 1575,42 MHz (L1) ja 1227,60 MHz (L2). Koaksiaalijohdin aktiivisesta GPS-antennista vastaanottimeen syöttää sekä RF-signaalin että DC-tehon antennin sisäänrakennetulle LNA:lle samaa kaapelia pitkin. Kaapelihäviö heikentää suoraan signaali-kohinasuhdetta. 10 metrin RG-6 1,5 GHz:n taajuudella aiheuttaa noin 1,0 dB häviötä — hallittavissa; 50 metrin juoksu kuluttaisi lähes 5 dB, mikä tyypillisesti ylittää tavallisen aktiivisen antennin LNA-vahvistuksen ja vaatisi tehostetun signaalinvahvistimen.

Usein kysyttyjä kysymyksiä Coaxin toiminnasta

Miksi koaksiaalikaapelilla on niin hyvä EMI-hylkäys?

Koska signaalia kuljettava sähkömagneettinen kenttä on kokonaan sisä- ja ulkojohtimien välissä. Ulkoiset kentät eivät voi tunkeutua jatkuvaan suojukseen - ne aiheuttavat virtoja suojan ulkopinnalle, mutta ne eivät vaikuta sisäiseen kenttään. Myös päinvastoin: kaapelin sisäinen signaalikenttä ei säteile ulospäin, mikä estää häiriöitä muiden järjestelmien kanssa. Tämä "koaksiaalinen symmetria" on perussyy, miksi koaksiaali on parempi kuin avoimen johdin tai kierretty pari RF-ympäristöissä.

Mitä tapahtuu, jos käytät väärää impedanssikaapelia?

75 Ω kaapelin käyttäminen 50 Ω järjestelmässä luo impedanssien yhteensopimattomuuden. Osa signaalin tehosta heijastuu takaisin lähdettä kohti jokaisessa siirtymässä – tulossa ja lähdössä. Heijastuneet ja tulevat aallot muodostavat yhdessä seisovia aaltoja kaapeliin, mikä tarkoittaa, että signaalin amplitudi vaihtelee kaapelin pituuden mukaan vakion sijaan. VSWR 1,5:1 (vähäinen epäsuhta 50/75 Ω liitoksesta) edustaa noin 4 % heijastuneesta tehosta. Suuritehoisissa RF-lähettimissä liiallinen heijastunut teho voi vahingoittaa loppuvaiheen vahvistinta. Tarkkuusmittauksessa se aiheuttaa virheitä mitattuun signaaliin.

Voitko käyttää virtaa ja signaalia koaksiaalin kautta samanaikaisesti?

Kyllä. Tätä kutsutaan Power over Coax (PoC) tai satelliittiyhteydessä LNB-virtalähteeksi. Tasajännite (yleensä 13 V tai 18 V satelliitti-LNB:issä; vaihtelee CCTV:ssä) on asetettu sisäjohtimeen RF-signaalin rinnalle. Bias tee – yksinkertainen induktori-kondensaattoriverkko – erottaa DC- ja RF-polut molemmissa päissä, jolloin laite voi poistaa tai syöttää tasavirtaa vaikuttamatta RF-signaaliin. Virta-arvoja rajoittavat johtimen koko ja liittimen koskettimen nimellisarvot, yleensä muutama sata milliampeeria tavallisessa koaksiaalisessa tilassa.

Mikä rajoittaa maksimitaajuutta, jonka koaksiaalikaapeli pystyy käsittelemään?

Kaksi tekijää määrittää ylätaajuuden rajan. Ensinnäkin vaimennus kasvaa taajuuden mukana, mikä tekee kaapelista lopulta epäkäytännöllisen. Toinen – ja perustavanlaatuisempi – kun signaalin aallonpituus tulee verrattavissa kaapelin poikittaismittoihin, voidaan TEM-moodin lisäksi herättää korkeamman asteen etenemismoodit (TE- ja TM-tilat). Nämä tilat kulkevat eri nopeuksilla aiheuttaen signaalin vääristymiä ja säteilyvuotoa. Ensimmäisen korkeamman asteen tilan rajataajuus on noin f_c = 7,52 / (D d) GHz (mitat cm). Vakio RG-58 katkaisee noin 11 GHz; halkaisijaltaan pienemmät kaapelit, kuten UT-047, voivat ylittää 65 GHz.

Miten taivutus vaikuttaa koaksiaalikaapelin suorituskykyyn?

Koaksiaalikaapelin taivuttaminen sen pienimmän taivutussäteen alapuolelle vääristää eristettä, siirtää sisäjohdinta pois keskustasta ja voi pysyvästi muuttaa ulkojohtimen muotoa - kaikki tämä muuttaa paikallista impedanssia ja lisää signaalin heijastusta. Valmistajat määrittävät vähimmäistaivutussäteen, joka on tyypillisesti 10–20 kertaa kaapelin ulkohalkaisija kiinteässä asennuksessa ja 6–10 kertaa toistuvissa flex-sovelluksissa. Terävät taittumat vahingoittavat pysyvästi. Yli 10 GHz:n suurtaajuussovelluksissa jopa puolijäykän kaapelin kevyet mutkat on otettava huomioon kokoonpanon sähköisessä suorituskyvyssä.