Koaksialkabel

Koaksialkabel avskåret modell:
1. Kjerne eller indre leder
2. Isolasjon eller dielektrikum mellom indre leder og kabelskjerm
3. Ytre leder og skjold
4. Beskyttelseskappe

Koaksialkabler , eller kort sagt koaksialkabler , er to-polede kabler med en konsentrisk struktur. De består av en indre leder (også kalt en kjerne ), som er omgitt med konstant avstand av en hul sylindrisk ytre leder . Den ytre lederen beskytter den indre lederen mot forstyrrende stråling .

Gapet er en isolator eller dielektrikum . Dielektrikumet kan bestå helt eller delvis av luft (se luftledning ). Den ytre lederen er vanligvis beskyttet fra utsiden av en isolerende, korrosjonsbestandig og vanntett kappe. Den mekaniske strukturen og spesielt kabelens dielektrikum bestemmer kabelimpedansen og den frekvensavhengige dempningen av kabelen.

"Flygende" koaksialkabler uten fast installasjon brukes ofte som antennekabler for radio- eller fjernsynsmottak eller som cinch- tilkoblinger, spesielt i lydsektoren.

Vanlige koaksialkabler har en ytre diameter på 2 til 15 mm, spesielle former fra 1 til 100 mm. Det er også en koaksial design av luftledninger, felle linjen .

konstruksjon

Koaksialkabel, strippet

Fleksible koaksialkabler har vanligvis indre ledere laget av tynne, flettede eller strandede kobbertråder og kabelskjæringer laget av like flette kobbertråder, hvorved skjoldet kan suppleres med en folie. Fletten kan da ha lavere grad av dekning. Stive koaksialkabler for høy ytelse eller høye skjermingsfaktorer er konstruert med en stiv ytre leder i form av et rør.

Spesielle former for koaksialkabler har to indre ledere eller flere koaksialt anordnede ytre ledere. Disse kablene med to ytre ledere er tilgjengelige under navn som triaksiale kabler og brukes i videoteknologi, for eksempel når skjermfunksjonen skal skilles fra den ytre lederen. En annen spesiell form er en koaksialkabel med ferritmantel . Ferritbelegget fungerer som en vanlig modus choke , som støtter et push-pull signal i en transformator og har en induktiv dempende effekt på et common mode signal . Den overføringsimpedansen som en karakteristikk av den avskjermende virkning påvirkes ikke av ferritten, men skjerming dempingen .

En variant av koaksialkabelen er den slissede kabelen , som brukes som en langstrakt antenne. Den delte kabelen er en koaksialkabel med ufullstendig skjerming. Den ytre lederen har spalter eller åpninger der HF-kraft kan sendes ut og absorberes på en kontrollert måte over hele kabellengden.

Bruker

Ferrit-kappe og felles koaksialkabel RG-58 i tverrsnitt.

Koaksial high-end lydkabel med BNC-plugger, tilpasset cinch.

Koaksialkabler er egnet for overføring av høyfrekvente bredbåndssignaler i frekvensområdet fra noen få kHz til noen få GHz. Dette kan være høyfrekvente radiosignaler, radarsignaler eller bare målesignaler i et testlaboratorium. Koaksialkabler ble også brukt til Ethernet- nettverk frem til 1990-tallet. For noen applikasjoner, for eksempel for mikrofoner, overføres også noen ganger en DC-spenning for å forsyne en forbruker med elektrisk energi ( ekstern strømforsyning , lydkabelforsyning , fantomstrømforsyning).

Koaksialkabler brukes til å overføre høyfrekvente, ubalanserte signaler; den ytre lederen bærer vanligvis referansepotensialet, nemlig bakken, den indre lederen bærer signalspenningen eller, i tilfelle fjernmating, også forsyningsspenningen. Båndkabelen brukes til å overføre høyfrekvente symmetriske signaler .

Koaksialkabler finner en spesiell applikasjon i genereringen av kraftige pulser innen radarteknologi. Ingen signaler overføres, men her fungerer kabelen som en høyspenningskilde med en nøyaktig definert intern motstand , som har frigjort hele den lagrede ladningen etter en definert tid.

Koaksialkabler for elektrisk overføring av digital stereo - eller flerkanals - lydsignalene som brukes mellom forskjellige enheter. Det vanlige S / PDIF- grensesnittet finnes på CD- spillere, DAT- opptakere, MiniDiscs , mellom DVD-spillere og hjemmekinomottakere, lydsystemer i kjøretøy og digitale lydkort på PC-er.

Fysiske egenskaper

I koaksialkabler overføres den nyttige signaleffekten i dielektrikumet mellom den indre lederen og den ytre lederen. Matematisk er dette beskrevet av Poynting-vektoren , som ideelt sett bare tar en annen verdi enn null i dielektrikumet. I dette tilfellet er det ingen elektrisk feltkomponent i den ideelle lederen i retning av bølgeforplantning. I dielektrikumet er den elektriske feltkomponenten for en elektromagnetisk bølge orientert vertikalt mellom den indre og ytre leder, magnetfeltkomponenten er orientert sylindrisk rundt den indre lederen og Poynting-vektoren er orientert i linjens lengderetning. Ved høye frekvenser kan koaksialkabelen sees på som en bølgeleder , overflatene til den metalliske indre og ytre lederen fungerer som en grense for å lede en elektromagnetisk bølge. Siden dette vanligvis er uønsket, må omkretsen til den ytre lederen være mindre enn bølgelengden λ. Dette begrenser anvendbarheten av koaksialkabler ved svært høye frekvenser, fordi uønskede bølgeleder- modi kan da forekomme.

Hovedforskjellen mellom en koaksialkabel og en bølgeleder er den indre lederen som er tilstede i koaksialkabelen, og dermed begrensningen til TEM-modus for bølgeforplantning i kabelen.

Koaksialkabler har en definert bølgeimpedans . For radio- og fjernsynsmottaksteknologi er det vanligvis 75 Ω, for andre applikasjoner er det 50 Ω. Den dempning av en koaksialkabel er bestemt av tapsfaktoren av isolasjonsmaterialet og den motstandssjiktet . Tapene i dielektrikumet, nemlig den isolerende materiale, er bestemt av dens permittivitet , de er avgjørende for den utladnings lag på den linjen . Når det gjelder en koaksialkabel, er avstanden mellom den indre lederen og den ytre lederen og materialet i dette rommet ( dielektrisk ) avgjørende for bølgemotstanden.

• Det er forskjellige grunner til at den karakteristiske impedansen til vanlige koaksialkabler er mellom 30 Ω og 75 Ω:
  • Linjetap (demping), avhengig av isolator og linjens ohmiske motstand
  • overførbar kraft
• Linjetapet per lengdeenhet avhenger av materialet som skiller de indre og ytre lederne.
  • Hvis luft brukes som isolator, er tapene minimale ved Z = 75 Ω
  • For polyetylen er den optimale verdien 50 Ω.

Effekten som kan overføres gjennom en koaksialkabel avhenger av den karakteristiske impedansen. Maksimal effekt som kan overføres er ved en bølgemotstand på 30 ohm.

Bølgemotstanden velges derfor avhengig av applikasjonen.

• TV- og radioteknologi: 75 Ω for å holde tapene lave. Siden disse systemene ikke overføres, velges poenget med minst tap.
• Kommunikasjonsteknologi: 50 Ω for å ha gode overføringsegenskaper for både mottak og overføring. (Gjennomsnittsverdi mellom 30 Ω og 75 Ω)

Ved høyere utganger og for å minimere signaltap, kan dielektrikumet erstattes av tynne avstandsstykker eller skum mellom de indre og ytre lederne, det gjenværende rommet mellom lederne er fylt med luft. Som dielektrikum muliggjør luft en nesten tapfri overføring. For luftfylte linjer forekommer tap nesten utelukkende i linjens metall. Slike koaksialkabler produseres ofte med ytre ledere laget av lukket metallplate og faste indre ledere. Imidlertid er de da mekanisk lite fleksible og brukes bare i faste installasjoner. Eksempler er forbindelseslinjene mellom senderen og antennen med overføringskraft fra rundt 100 kW og kabelnett.

På grunn av deres konsentriske struktur og dirigering av referansepotensialet i den ytre lederen, gir koaksialkabler en elektromagnetisk skjermingseffekt. Den overføringsimpedansen er et mål for denne skjermvirkning og beskriver kvaliteten av en koaksialkabel skjold.

parameter

De viktige parametrene til en koaksialkabel inkluderer:

• den karakteristiske impedansen (kabelimpedans) Z _L - den er uavhengig av linjelengden og (for høyfrekvente signaler omtrent) av signalfrekvensen er enheten ohm . Koaksialkabler med en karakteristisk impedans på 50 ohm (generell HF-teknologi) eller 75 ohm (TV-teknologi) er vanlige, sjelden 60 ohm (gamle systemer) eller 93 ohm. Verdien kan bestemmes eksperimentelt ved hjelp av tidsdomene reflektometri . Bølgemotstanden beregnes ut fra forholdet mellom den indre diameteren  D på den ytre lederen og diameteren  på den indre lederen på kabelen og de dielektriske egenskapene ( relativ permittivitet ) til isolasjonsmaterialet ( dielektrisk ):${\ displaystyle \ varepsilon _ {\ rm {r}}}$

${\ displaystyle Z_ {L} = {\ frac {Z_ {o}} {2 \ pi {\ sqrt {\ varepsilon _ {\ rm {r}}}}}} \, \ ln \ left ({\ frac { D} {d}} \ høyre) \ approx {\ frac {60 ~ \ Omega} {\ sqrt {\ varepsilon _ {\ rm {r}}}}} \, \ ln \ left ({\ frac {D} {d}} \ right) = {\ sqrt {\ frac {L '} {C'}}}}$

med vakuumets bølgemotstand ${\ displaystyle Z_ {0}}$

Et beregningsprogram kan bli funnet i Ref. Ovenstående formel og programmet forsømmer spredningsbelegget G 'og motstandsbelegget R' av linjen. Denne forenklingen er tillatt i høyfrekvent drift.

Siden forholdet D / d er begrenset av mekaniske årsaker og er logaritmisk sterkt undervurdert, kan heller ikke bølgemotstanden til koaksialkabler produseres vilkårlig. Koaksialkabler kan derfor kun implementeres i praksis i området 30 til 100 ohm karakteristisk impedans.

• den dempningen pr lengde, gitt i desibel per meter eller pr km - det avhenger av frekvensen. Koaksialkabler med lavt tap har størst mulig diameter, lederne er forsølvet ( hudeffekt ), dielektrikumet er laget av teflon eller skummet materiale (høy andel luft). Lavtapskabler har en spiral av isolerende materiale for å støtte den indre lederen, dielektriket består da hovedsakelig av luft eller en beskyttende gass (SF6, svovelheksafluorid ).
• den kapasitans per enhet lengde for en 50 ohm koaksialkabel er ca.

100  pF / m

• den induktans per enhet lengde er ca. for en 50 ohm koaksialkabel

250  nH / m

• Formeringshastighet og forkortingsfaktor . Maksimal mulig forplantningshastighet er gitt av lysets hastighet i vakuum og er 299 792,458 km / s. Dette tilsvarer rundt 30 cm per nanosekund (30 cm / ns; se også: lett fot ). I jordens atmosfære reduserer luftens permittivitet hastigheten til ca 299 700 km / s. Formasjonshastigheten i kabler reduseres ytterligere på grunn av permittiviteten til det anvendte dielektrikum. For beregningen ved hjelp av den såkalte reduksjonsfaktor, som er den resiproke verdi av den kvadratroten av permittiviteten av kabelens dielektrikum, f.eks . For polyetylen (PE), som ofte brukes som kabeldielektrikum , er det en forkortingsfaktor på i underkant av 0,67. Dette betyr at forplantningshastigheten er rundt 200.000 km / s og forsinkelsestiden beregnes til å være rundt 5 ns per meter kabel (til sammenligning: bare rundt 3,33 ns / m i vakuum). Teflon med a er også mye brukt som isolasjonsmateriale , noe som fører til en forsinkelsestid på rundt 4,7 ns per meter.${\ displaystyle {\ varepsilon _ {\ rm {r}}}}$${\ displaystyle {\ frac {1} {\ sqrt {\ varepsilon _ {\ rm {r}}}}}$${\ displaystyle \ varepsilon _ {\ rm {r}} = 2 {,} 25}$${\ displaystyle \ varepsilon _ {\ rm {r}} \ ca 2}$
• Skjerming dempningen i desibel eller overføringsimpedansen i mOhm / m. Skjermdemping brukes ikke til kabler. Overføringsimpedansen er den vanlige målte variabelen. Målemetodene for overføringsimpedans er standardiserte.

Linjematching og refleksjoner

Koaksialkabler for høyfrekvente applikasjoner drives vanligvis i linjematching . Den belastningsmotstand på kabelen skal tilsvare så tett som mulig til den bølgemotstand , slik at ingen refleksjoner oppstå ved slutten av linjen som kan forårsake stående bølger og økte tap. Graden av uoverensstemmelse bestemmes med stående bølgemåleanordninger eller tidsdomene reflektometri . For signaler med lav båndbredde kan verdien av lastmotstanden endres ved hjelp av en resonanstransformator .

Refleksjoner og frekvensavhengige egenskaper til dielektrikumet endrer også kanten av digitale signaler (se spredning og pulsplan ).

Refleksjoner forekommer på alle punkter der bølgeimpedansen endres, selv med uegnede tilkoblingspunkter (plugger) ved høyere frekvenser.

Signalforstyrrelser

Inngangsmåling uten hakkfilter 5–18 MHz

Inngangsmåling med hakkfilter 5–18 MHz, indikert ved fravær av signal i venstre område av diagrammet

Under Ingress ( engl. , Infiltration '), også kalt eksponering, refererer det til elektromagnetiske forstyrrelser i koaksialkabler ved å overføre utstyr , husholdningsapparater, kraftledninger, bytte strømforsyning , etc. vil. Forstyrrelsene oppstår hovedsakelig når kabelen eller skjermingen er skadet, pluggforbindelsene defekte (eller dårlig skjermede) eller skjermdimensjonen (minst 85 dB) på selve kabelen er for lav. Selv om forsterkerne er overdrevet eller en defekt i overføringspunktet eller på den innkommende kabelen er det en ytre kappe. Hvis en gren eller fordeler i bakken blir skadet, kan det også forekomme inntrenging. Ingress kan også oppstå fra dårlig skjermede antenneuttak , kontakter og distributører. Derfor bør kun klasse A- komponenter brukes. Interferensstrålingen bør ikke overstige 40 dB.

Utgang betyr det motsatte fenomenet der signalet kommer ut. I et svakere signal kan dette føre til RF-interferens og utstrålt interferens fra nærliggende enheter. Derfor bør bare klasse A- komponenter også brukes her.

Kontakter

Utformingen og ytterdiameteren samt ønsket driftsfrekvensområde bestemmer koaksiale tilkoblingsdeler som kan brukes, HF-kontaktene. Det skilles mellom plugger ("hannkontakt" eller "plugg") og kontakter ("kvinnelig kontakt" eller "jack"). Det er også "kjønnsfrie" kontakter, for eksempel APC-tilkoblinger . De kontaktene er forskjellige i den indre diameter D av den ytre leder, størrelsen og homogeniteten av deres linjebølgemotstand og isolasjonsmaterialene som brukes. Dette, så vel som homogeniteten til bølgeimpedansen, bestemmer den maksimale driftsfrekvensen (avskjæringsfrekvens). Vanlige er BNC-kontaktene som brukes på laboratorie- og radioutstyr og tidligere på nettverkskabler . De er tilgjengelige med linjeimpedanser på 50 ohm og 75 ohm.

• UHF-kontakter ( amatørradio )
• Belling-Lee-kontakt (kabel-TV, jordbaserte antennekontakter)
• F-kontakt (satellitt-TV); i disse brukes den indre lederen også som en kontaktstift.

Følgende tabell viser eksempler på kontakter med høy kuttfrekvens:

Kabeltyper

Koaksialkabel for høy overføringskapasitet. Det meste av dielektrikumet er luft. Avstandsstykker mellom indre og ytre ledere brukes for å sikre de mekaniske dimensjonene

Stiv koaksialkabel med 1,5  tommers ytre lederdiameter

Kabelbetegnelse

I Joint Electronics Type Designation System (JETDS, MIL-STD-196), et system for navngivning av elektronisk utstyr utviklet av det amerikanske krigsdepartementet under andre verdenskrig, ble koaksialkabler utpekt med bokstavene RG for Radio Guide. Med revisjon D i januar 1985 ble betegnelsen slettet. På grunn av dette oppfyller ikke kabler som selges under RG-xx-merket i dag nødvendigvis militære spesifikasjoner.

For busstopologi i basebåndet

• 10Base5: 10 Mbit / s, basisbånd (basisbånd), 500 m
  • RG-8 - Tykt Ethernet eller YellowCable
    • Karakteristisk impedans 50 Ω
    • maks. lengde 500 m per segment
    • maks. 100 tilkoblinger per segment
    • min. avstand mellom tilkoblinger 2,5 m
    • min. bøyeradius 0,2 m
    • 5-4-3 regel :
      • maks. fem segmenter
      • maks. fire repeatere
      • maks. tre segmenter med datamaskintilkoblinger (befolket segmenter)
    • Diameter 1,27 cm
    • Tilkobling av datamaskiner med invasive plugger (også kalt vampyrklemmer, vampyrgrener eller vampyrkran)
• 10Base2: 10 Mbit / s, basen . Bånd (basisbånd), ca 185 m
  • RG-58 - Thin Ethernet eller CheaperNet
    • Karakteristisk impedans 50 Ω
    • maks. lengde 185 m per segment
    • maks. 30 tilkoblinger per segment
    • min. avstand mellom tilkoblinger 0,5 m
    • min. bøyeradius 0,05 m (= 5 cm)
    • 5-4-3 regel :
      • maks. fem segmenter
      • maks. fire repeatere
      • maks. tre segmenter med datamaskintilkoblinger (befolket segmenter)
    • Diameter 0,64 cm
    • Tilkobling av datamaskinen med T-stykke
      • RG-58 U - indre kobberleder
      • RG-58 A / U - Indre leder strandet kobber
      • RG-58 C / U - militær spesifikasjon Fra RG-58 A / U

For stjernetopologi i basebåndet

• ARCNET :
  • RG-62
    • Karakteristisk impedans 93 Ω
    • maks. lengde 300 m

Bredbånd

• for eksempel kabel-TV, satellitt-TV
  • RG-59
    • Karakteristisk impedans 75 Ω
    • Diameter 6,25 mm (0,25 tommer)
• S-videokabel.

Lav lyd

Denne kabelfamilien ble spesielt utviklet for applikasjoner der mekaniske krefter som f.eks B. vibrasjoner, bøying eller vridningsbevegelser virker på kabelen. Med konvensjonelle kabler kan betydelig interferens oppstå fra slike eksterne krefter. Støyfattige kabler har derimot et spesielt halvledende dielektrikum for å minimere denne forstyrrelsen.

Tekniske spesifikasjoner

De tekniske dataene for noen utvalgte kabeltyper:

weblenker

Wiktionary: koaksialkabel  - forklaringer av betydninger, ordopprinnelse, synonymer, oversettelser

Individuelle bevis

1. ↑ Grunnleggende og anvendelser av koaksialkabler (PDF; 545 kB)
2. ↑ Hvorfor 50 ohm?
3. ↑ microwaves101.com - program for beregning av bølgeimpedansen
4. ↑ MIL-STD-196D. I: everyspec.com. Hentet 17. juli 2020 . 
5. ↑ Eksamenspørsmål teknologi amatørradio klasse A med formular (PDF) Federal Network Agency 2007, s.136
6. ↑ Dataark over kablene som oftest brukes i amatørradio fra Friedrich Kusch