Коаксиальный кабель

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Коаксиальный кабель

Содержание

Введение

1. Строение коаксиального кабеля

2. Типы и классификация коаксиальных кабелей

3. Основные параметры коаксиальных кабелей

4. Применение коаксиального кабеля

5. Коэффициент экранирования

Заключение

Список использованной литературы

Введение

коаксиальный кабель экранирование

Коаксиальный кабель - это кабель, в котором оба проводника тока, образующие электрическую цепь, представляют собой два соосных цилиндра. Применяется для передачи электрических сигналов в линиях дальней связи, в антенно-фидерных устройствах радиоэлектронной и телевизионной аппаратуры, между блоками радиотехнической аппаратуры и т.д. Электромагнитное поле коаксиального кабеля сосредоточено в пространстве между проводниками тока, то есть внешнего поля нет, и поэтому потери на излучение в окружающее коаксиального кабеля пространство практически отсутствуют. Так как внешний проводник одновременно служит электромагнитным экраном, защищающим электрическую цепь тока от влияний извне, коаксиальный кабель обладает высокой помехозащищенностью. Коаксиальный кабель имеет относительно малые потери энергии передаваемых сигналов. Коаксиальные кабели связи характеризуются диаметрами внутренних и внешних проводников, которые, как правило, отражены в их марке, например, КПК-5/18 (коаксиальный подводный кабель с диаметрами внутреннего проводника 5 мм и внутренним диаметром внешнего 18 мм). В отличие от них, в марках радиочастотных кабелей коаксиального типа отражён только внутренний диаметр внешнего проводника тока.

1. Строение коаксиального кабеля

Строение коаксиального кабеля Основной показатель, формирующий параметры коаксиального кабеля - его конструкция. Ответственные производители уделяют немало внимания электрическим параметрам используемых проводников и изоляционных материалов. Коаксиальный кабель состоит из центрального проводника, внутреннего диэлектрика, экрана и внешней оболочки (рис. 1).

Рисунок 1. Структура коаксиального кабеля

Проводник: Центральный проводник кабеля предназначен для передачи сигнала из одной точки в другую. Его делают из материалов, хорошо проводящих электрический ток. Обычно используется медь, которая подходит для этих целей по своим электрическим, механическим и стоимостным параметрам. Другие материалы также могут применяться в каких-то специальных целях. К ним можно отнести алюминий, серебро и золото. Центральный проводник может быть, как одножильным (рис. 2), так и многожильным (рис. 3).

коаксиальный кабель экранирование

Рисунок 2. Коаксиальный кабель с центральным одножильным проводником и двойным экраном

Рисунок 3. Коаксиальный кабель с центральным многожильным проводником и экраном-оплеткой

Одножильный - это центральный проводник, выполненный в виде одного прямого провода (рис. 2). Одножильный проводник хорошо формуется, но не отличается хорошей гибкостью. Поэтому кабели с одножильным проводником обычно используются в стационарных инсталляциях.

Витой многожильный - представляет собой проводник, состоящий из множества тонких проводов, свитых вместе (рис. 3). Эти кабели гибкие, они легче и применяются в основном в мобильных инсталляциях. Однако по своим характеристикам такой кабель несколько уступает кабелю с одножильным проводником такого же типоразмера.

На российском рынке широко используются кабели американских производителей, которые производятся в соответствии с американским стандартом проводов AWG (American Wire Gauge). Поэтому было бы полезно привести данные этого стандарта по нормированию центрального проводника коаксиальных кабелей (табл. 1).

Таблица 1. Перевод американских обозначений AWG диаметра жил кабеля в метрические единицы

Внутренний диэлектрик: Внутренний диэлектрик, называемый также внутренней изоляцией кабеля, выполняет в коаксиальных кабелях важную роль. Прежде всего, это материал, который изолирует центральный проводник от экрана. Но, кроме того, он определяет импеданс и емкость кабеля.

Обычно в кабелях общего назначения используется полиэтилен, а для производства негорючих кабелей - фторсодержащие полимеры. Вообще, материал диэлектрика играет огромную роль, влияя на электрические и эксплуатационные свойства кабеля. Дешевые кабели имеют диэлектрик из твердого полиэтилена. Более серьезный производитель использует вспененный полиэтилен, который обеспечивает более низкое погонное затухание сигнала в кабеле на высоких частотах.

Стоит заметить, что некоторые производители вспенивают диэлектрик химическим способом. В результате получается низкоплотный полиэтиленовый компаунд, подверженный механическим повреждениям и нестабильный к воздействию окружающей среды в виде температуры и влажности. Наивысшее качество кабеля получается с физически вспененным диэлектриком (gas injected foam polyethylene). Он содержит до 60% воздушных пузырьков, за счет чего уменьшается затухание высоких частот сигнала. По прочности физически вспененный полиэтилен не отличается от обычного твердого невспененного полиэтилена, обеспечивая необходимую гибкость и устойчивость к механическим воздействиям. И, наконец, обладая высокой стойкостью к температурным колебаниям и влажности, физически вспененный диэлектрик обеспечит стабильность параметров и длительную эксплуатацию кабеля.

Экран: Экран выполняет две важные роли. Он работает как второй проводник, подключенный к общему «земляному» проводу оборудования. В то же время он экранирует сигнальный проводник от посторонних излучений. Существуют различные методы экранировки для кабелей, выполняющих различные задачи. Это экран из фольги, плетеный экран и комбинации из фольги и оплетки.

Оплетка - экран, который изготавливается из множества тонких проводников, сплетенных в виде сетки, охватывающей центральный проводник с внутренним диэлектриком (см. рис. 3). Оплетка обычно обладает меньшим сопротивлением, чем фольга, и отличается лучшей устойчивостью к постороннему электромагнитному полю и электромагнитным наводкам. Наводки имеют различный характер и происхождение. Это могут быть как низкочастотные наводки (например, от промышленной сети питания), так и высокочастотные (ВЧ-шум от работы электронных приборов и при искрении электрических машин). Оплетка может сочетаться с другими видами экранов, например, с алюминиевой или медной фольгой для обеспечения необходимого процента экранировки. Фольга позволяет обеспечить до 100% экранировки в сочетании с оплеткой (см. рис. 2). Учитывая, что оплетка может обеспечить эффективность экранировки до 90%, чтобы получить 100%, необходимы две оплетки, что существенно увеличивает стоимость кабеля, его вес и ухудшает гибкость. Гораздо легче добиться 100% эффективности экранировки можно сочетанием оплетки и фольги.

Оболочка: Необходимую защиту внутренних компонентов кабеля обеспечивает внешняя оболочка. Оболочка защищает кабель от климатического, химического воздействия и предохраняет от солнечного света. По типу оболочки кабели можно разделить на стандартные и специального исполнения. Стандартный кабель - имеет обычную, чаще всего поливинилхлоридную оболочку, которая защищает кабель (в том числе и многожильный) от механических воздействий и влаги, а также играет роль электрической изоляции. Заполненный (Plenum) - стандартная инсталляция предполагает прокладку кабеля через стены и потолки. Возможное возгорание внутри здания предъявляет особые требования к оболочке кабелей. Кабели типа Plenum имеют огнестойкую оболочку, в составе которой используются специальные компаунды. Это обеспечивает низкую горючесть и дымовыделение в случае, если кабель будет подвергнут воздействию огнем. Такой кабель может быть проложен без трубопровода, что снижает затраты на инсталляцию.

Галогенонесодержащий - низкое выделение дыма и паров, отсутствие галогенов в материале оболочки кабеля - такие требования предъявляют европейские правила техники безопасности (IEC33203 - тест на горючесть, IEC61034 - тест на дымовыделение, IEC754-1 - коррозионная стойкость).

Рисунок 4. Многожильный кабель 5BNC с двумя симметричными аудиопарами

Для передачи сигналов RGBHV, S-Video и компонентных несколько коаксиальных кабелей могут объединяться в многожильный (multicore) с общей оболочкой. Количество коаксиальных кабелей в многожильном кабеле может быть от двух до шести, кроме того, в многожильные кабели могут добавляться симметричные аудиопары и силовые проводники, что делает их еще более универсальными (рис. 4).

2. Типы и классификация коаксиальных кабелей

Существует два типа коаксиальных кабелей: тонкий коаксиальный кабель и толстый коаксиальный кабель. Выбор того или иного типа кабеля зависит от потребностей конкретной сети.

Тонкий коаксиальный кабель - гибкий кабель диаметром около 0,5 см (около 0.25 дюймов). Он прост в применении и годится практически для любого типа сети. Подключается непосредственно к платам сетевого адаптера компьютеров. Тонкий (thin) коаксиальный кабель способен передавать сигнал на расстояние до 185 м (около 607 футов) без его заметного искажения, вызванного затуханием.

Производители оборудования выработали специальную маркировку для различных типов кабелей. Тонкий коаксиальный кабель относится к группе, которая называется семейством RG-58, его волновое сопротивление равно 500 м. Волновое сопротивление (impedance) - это сопротивление переменному току, выраженное в омах. Основная отличительная особенность этого семейства - медная жила. Она может быть сплошной или состоять из нескольких переплетенных проводов.

Толстый (thick) коаксиальный кабель - относительно жесткий кабель с диаметром около 1 см (около 0,5 дюймов). Иногда его называют «стандартный Ethernet», поскольку он был первым типом кабеля, применяемым в Ethernet - популярной сетевой архитектуре. Медная жила толстого коаксиального кабеля больше в сечении, чем тонкого. Чем толще жила у кабеля, тем большее расстояние способен преодолеть сигнал. Следовательно, толстый коаксиальный кабель передает сигналы дальше, чем тонкий, - до 500 м (около 1 640 футов). Поэтому толстый коаксиальный кабель иногда используют в качестве основного кабеля [магистрали (backbone)], который соединяет несколько небольших сетей, построенных на тонком коаксиальном кабеле. Для подключения к толстому коаксиальному кабелю применяют специальное устройство - трансивер (transceiver).

Трансивер снабжен специальным коннектором, который назван весьма впечатляюще - «зуб вампира» (vampire tap) или «пронзающий ответвитель» (piercing tap). Этот «зуб» проникает через изоляционный слой и вступает в непосредственный физический контакт с проводящей жилой. Чтобы подключить трансивер к сетевому адаптеру, надо кабель трансивера подключить к коннектору AUI-порта сетевой платы. Этот коннектор известен также как DIX-коннектор (Digital Intel Xerox), в соответствии с названиями фирм-разработчиков, или коннектор DB-15.

Сравнение двух типов коаксиальных кабелей: Как правило, чем толще кабель, тем сложнее с ним работать. Тонкий коаксиальный кабель гибок, прост в установке и относительно недорог. Толстый кабель трудно гнуть, и, следовательно, его сложнее устанавливать. Это очень существенный недостаток, особенно если необходимо проложить кабель по трубам или желобам. Толстый коаксиальный кабель дороже тонкого, но при этом он передает сигналы на большие расстояния.

3. Основные параметры коаксиальных кабелей

Выбор типа кабеля для конкретного проекта сети основывается на оценке преимуществ от его использования с точки зрения всех его качественных характеристик. Перечислим те критерии, которыми должен руководствоваться разработчик кабельной сети при выборе кабеля:

* механические характеристики;

* электрические характеристики;

* стабильность параметров;

* стоимость.

Механические характеристики кабеля связаны с его структурой, конструктивными особенностями и определяют такие важнейшие его качества как гибкость, прочность и долговечность. Электрические характеристики также зависят от механической структуры кабеля и материалов, использованных при его изготовлении, и определяют качество передачи сигнала в системе. К электрическим характеристикам относится множество параметров, среди которых сопротивление проводников кабеля, затухание сигнала в кабеле, степень экранирования и другие. Механические и электрические характеристики составляют технические характеристики кабеля. Немаловажное значение для выбора кабеля имеет и его стоимость. Стоимость строительства сети из качественного кабеля будет выше, но обычно увеличение стоимости строительства оправдано и даже необходимо для того, чтобы затраты на последующую в процессе эксплуатации замену поврежденных участков проводки не оказались слишком высоки и обременительны. Повреждение кабеля может быть как чисто механическим, возникшим вследствие неправильного обращения с ним (разрыв, изгиб, деформация), так и появившимся вследствие естественного старения и ухудшения характеристик (под действием климатических условий).

В том и другом случае потребуется замена кабеля, поэтому затраты на строительство следует соизмерять с возможными будущими затратами на ремонт и техническое обслуживание сети. Более дорогие кабели обычно имеют более высокую прочность и длительную стабильность параметров, хотя это не является гарантированным правилом.

Техническое обслуживание является серьезнейшей статьей расхода для оператора сети. Согласно статистическим данным на абонентских отводах производится около 70% ремонтных работ в кабельных сетях. В целом выбор кабеля делается на основе компромисса между его стоимостью и техническими характеристиками. Найти оптимальное соотношение того и другого при соблюдении требований технического задания является целью разработчика. Технические характеристики кабелей должны соответствовать общепринятым стандартам. Существует несколько стандартов качества кабельной продукции. Стандарт ISO 9001 устанавливает нормы на все технические характеристики кабеля. Кроме этого, кабели должны быть протестированы на соответствие экологическим стандартам, таким как европейские стандарты пожаробезопасное IEC 332-1, IEC 332-3 и IEC 754-1, определяющим огнестойкость кабеля, нормы выделения дыма и токсичных газов при возгорании. Фирма-производитель в процессе производства должна тщательно тестировать кабель на соответствие всем этим стандартам. Среди наиболее известных фирм, специализирующихся на изготовлении кабельной продукции можно назвать Cavel, Commscope, Belden, TFC, Finmark. Разнообразие марок кабеля очень велико и каждый производитель имеет собственную систему обозначений выпускаемых серий кабеля (CATV 11, RG-6, SAT 703, 27/115 FC, PK75-9-12, TX 840 и многие другие).

Совокупность механических и электрических характеристик относит данный кабель к какому-либо типу. Тип кабеля не устанавливает строго фиксированные значения его механических и электрических характеристик, но предполагает, что они находятся в допустимых, соответствующих данному типу границах. Кабель одного и того же типа от разных производителей может иметь несколько различающиеся характеристики. Тип кабеля, как правило, однозначно определяет только его размер, который зависит от диаметра внешнего проводника. Размер кабель кабеля измеряется по наружному диаметру внешнего проводника без защитных кожухов и армирующих элементов. Тип кабеля характеризует в целом его назначение или рекомендуемую область применения, т.е. показывает, для какого иерархического уровня системы он предназначен - транспортного, магистрального, домового или абонентского. В соответствии с этим коаксиальные кабели можно классифицировать по следующим типам:

* магистральные (транковые);

* распределительные (домовые);

* абонентские.

Среди электрических характеристик наиболее существенными являются низкие потери передачи на высоких частотах, высокая степень экранирования и хорошая электропроводимость по току питания. Если требуется повысить коэффициент экранирования, применяется трехкратное (tri-shield) или четырехкратное (quad-shield) экранирование в виде дополнительных металлических оплеток. Также для магистральных линий, которые предназначены для подземной прокладки, применяют специальный силиконовый компаунд, предотвращающий коррозию при повреждении внешней изоляции. Кабель для прокладки подвесных линий может иметь вспененный диэлектрик или, реже, воздушный, а в случае прокладки в грунт, где кабель более подвержен проникновению влаги, применяется вспененный диэлектрик. Кабели с твердым диэлектриком не применяются на магистралях из-за высоких потерь передачи. В настоящее время кабели ячеистой структуры «бамбук» с воздухом в качестве диэлектрика практически полностью конструктивных элементов - различных экранов, защитных покрытий и несущих тросов для прокладки подвесных магистралей. При этом гибкость кабеля ухудшается, но как раз этот параметр не слишком важен для магистральных кабелей, так как магистральная линия обычно строится по прямой или, во всяком случае, без сильных изгибов. Для магистрального кабеля гораздо более существенны надежность и стабильность электрических характеристик, гарантирующая высокое качество передачи.

4. Применение коаксиального кабеля

Коаксиальные кабели, предназначенные для работы в СВЧ диапазоне, называются еще радиочастотными кабелями. Это гибкие коаксиальные линии. Они применяются не только в метровом, дециметровом и сантиметровом диапазоне волн, но и на длинных, средних и коротких волнах радиовещательного диапазона, а также во многих низкочастотных устройствах систем автоматики и телемеханики.

5. Коэффициент экранирования

В настоящее время выпускаются кабели со стандартной (двойной), трехкратной и четырехкратной степенью экранирования. Стандартная экранирующая конструкция состоит из алюминиевой фольги, нанесенной на слой полипропилена и дополнительной алюминиевой оплетки. Фольга должна была герметичной для предотвращения попадания воды внутрь кабеля, поэтому она накладывается на полипропилен с допуском, гарантирующим сохранение герметичности при сгибах. Такая конструкция обеспечивает степень экранирования около 90 дБ. Кабели с трехкратным экранированием содержат конструкцию, включающую кроме стандартной комбинации фольги с оплеткой еще и наложенную поверх оплетки негерметичную фольгу, что увеличивает степень экранирования примерно до 105 дБ. Ввиду того, что трехкратная экранирующая конструкция становится более хрупкой и жесткой, она является эффективной при отсутствии сильных изгибов кабеля. То же самое относится и к четырехкратному экранированию. В структуре с четырехкратным экране добавлена еще одна внешняя оплетка. Такой экран обеспечивает максимальную степень экранирования, которая при отсутствии изгибов кабеля может достигать 120 дБ. Коэффициенты экранирования для разных степеней экранирования представлены в таблице 3.

Таблица 3. Экранирование кабеля

Та или иная степень экранирования выбирается в зависимости от уровня электромагнитных полей в месте прокладки сети. Кабель со стандартным экраном можно использовать при низком и среднем уровне электромагнитных помех, например, в сельской местности или в небольшом городе. Кабель с трехкратным экраном рекомендуется для условий, где уровень электромагнитного шума выше среднего, например, в больших городах. Кабель с четырехкратным экранированием предназначен для использования в местах с очень высоким уровнем электромагнитных излучений, например, в индустриальных районах вблизи мощных электрических установок, мощных радиопередатчиков, линий электропередачи и метрополитена. В будущем, по мере распространения цифровых сетей передачи стандартная степень экранирования (90 Дб) будет рассматриваться как минимально допустимая. При наличии обратного канала это требование ужесточается и необходимым минимумом становится трехкратное или даже четырехкратное экранирование.

Заключение

На сегодняшний день в компьютерных сетях используются практически все описанные типы физических сред передачи данных, но наиболее перспективными являются волоконно-оптические. На них сегодня строятся как магистрали крупных территориальных сетей, так и высокоскоростные линии связи локальных сетей.

Темпы рoста волoконной oптики и оптoэлектроники на мировом рынке oпережают все другие oтрасли техники и сoставляют 40% в год. В ряде стран (Англия, Япония, Франция, Италия и др.) уже сейчас при строительстве сооружений связи используются в основном оптические кабели. О масштабах развития волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) свидетельствуют объемы производства оптических волокон в США. За последнее время ими изготовлено около 10 млн. км волокна. Такое количество позволило бы сделать 250 витков вокруг всего земного шара.

Применяя волоконно-оптическую связь, резко увеличивается объем передаваемой информации по сравнению с такими широко распространенными средствами, как спутниковая связь и радиорелейные линии, это объясняется тем, что волоконно-оптические системы передачи имеют более широкую полосу пропускания.

Так же популярной средой является витая пара, которая характеризуется отличным соотношением качества к стоимости, а также простого монтажа. С помощью витой пары обычно подключают конечных абонентов сетей на расстояниях до 100 метров от концентратора. Радиосвязь, также как и спутниковые каналы используются чаще всего в тех случаях, когда кабельные связи применять нет ни какой возможности - к примеру, при прохождении канала через малонаселенную местность или же для связи с мобильным пользователем сети, таким как шофер грузовика, врач, совершающий обход, и т.п.

Список использованной литературы

1. Н.И. Белоруссов, И.И. Гроднев. Радиочастотные кабели. 2-е изд., перераб. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1959.

2. Т.И. Изюмова, В.Т. Свиридов. Волноводы, коаксиальные и полосковые линии. - М.: Энерия, 1975.

3. Д.Я. Гальперович, А.А. Павлов, Н.Н. Хренков. Радиочастотные кабели. - М.: Энергоатомиздат, 1990.

4. Электрические кабели, провода и шнуры: Справочник/Н.И. Белоруссов, А.Е. Саакян, А.И. Яковлева: Под ред. Н.И. Белоруссова. - 5 изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 536 с.; ил.

Размещено на Allbest.ru