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同軸電纜 規格原理

來源:行業動態 閱讀:3028 發布時間:2021-05-09

同軸電纜使用內部導體(通常是實心銅,絞合銅線或鍍銅鋼絲)傳導電信號,該內部導體被絕緣層包圍,并且全部被屏蔽層(通常為一到四層編織的金屬編織層和金屬帶)包圍。電纜由外部絕緣護套保護。通常,屏蔽層的外部保持接地電位,并且將信號傳輸電壓施加到中心導體。同軸設計的優勢在于,在差分模式下,內部導體上和外部導體內部具有相等的推挽電流,信號的電場和磁場被限制在電介質內,屏蔽層外部幾乎沒有泄漏。此外,如果在線路的接收端濾除了不相等的電流,則在很大程度上防止了電纜外部的電場和磁場干擾電纜內部的信號。這種特性使得同軸電纜既適合承載微弱的信號(不能容忍來自環境的干擾),又適合于較強的電信號(必須不允許輻射或耦合到相鄰的結構或電路中)。較大直徑的電纜和帶多個屏蔽的電纜泄漏較少。



同軸電纜的常見應用包括視頻和CATV分配,RF和微波傳輸以及計算機和儀器數據連接。


電纜的特性阻抗({\ displaystyle Z_ {0}} Z_ {0})由內部絕緣體的介電常數以及內部和外部導體的半徑確定。在射頻系統中,電纜長度與所傳輸信號的波長相當,因此均勻的電纜特性阻抗對于最大程度地降低損耗很重要。選擇源阻抗和負載阻抗以匹配電纜的阻抗,以確保最大的功率傳輸和最小的駐波比。同軸電纜的其他重要特性包括衰減與頻率,電壓處理能力和屏蔽質量的關系

。

同軸電纜的設計選擇會影響物理尺寸,頻率性能,衰減,功率處理能力,靈活性,強度和成本。內部導體可能是實心的或絞合的;擱淺更靈活。為了獲得更好的高頻性能,內部導體可能會鍍銀。鍍銅鋼絲通常用作有線電視行業電纜的內部導體。


圍繞內部導體的絕緣子可以是實心塑料,泡沫塑料或帶有支撐內部電線的墊片的空氣。介電絕緣體的特性決定了電纜的某些電氣特性。常見的選擇是用于低損耗電纜的固態聚乙烯(PE)絕緣子。固態聚四氟乙烯(PTFE)也用作絕緣體,并且僅用于增壓電纜中。[需要引證]一些同軸線使用空氣(或其他氣體)并具有隔離物,以防止內部導體接觸屏蔽層。


許多傳統的同軸電纜使用編織銅線形成屏蔽層。這樣可以使電纜具有柔性,但是這也意味著屏蔽層中存在間隙,并且屏蔽層的內部尺寸會稍有變化,因為編織層不能平坦。有時編織層是鍍銀的。為了獲得更好的屏蔽性能,某些電纜具有雙層屏蔽。[4]屏蔽層可能只是兩個編織層,但現在更常見的是用金屬絲編織層覆蓋薄箔屏蔽層。一些電纜可能會投資于兩個以上的屏蔽層,例如“ quad-shield”,它使用了四個交替的箔和編織層。其他屏蔽設計則犧牲了靈活性,以獲得更好的性能。一些屏蔽是堅固的金屬管。這些電纜不能急劇彎曲,因為屏蔽層會扭結,從而導致電纜損耗。當使用箔屏蔽層時,箔中包含一根細小的導線,使焊接屏蔽端子更加容易。


對于高達1 GHz的大功率射頻傳輸,可提供尺寸為0.25英寸以上的帶實心銅外導體的同軸電纜。外導體像波紋管一樣是波紋狀的,以具有柔韌性,而內導體則通過塑料螺旋線保持在適當的位置,以近似于空氣絕緣。[4]這種電纜的一個品牌名稱是Heliax。


同軸電纜需要絕緣(電介質)材料的內部結構,以保持中心導體和屏蔽層之間的間距。介電損耗按以下順序增加:理想介電(無損耗),真空,空氣,聚四氟乙烯(PTFE),聚乙烯泡沫和固態聚乙烯。不均勻的電介質需要通過非圓形導體進行補償,以避免產生電流熱點。


盡管許多電纜具有固體電介質,但其他電纜卻具有泡沫電介質,其中包含盡可能多的空氣或其他氣體,以允許使用較大直徑的中心導體來減少損耗。泡沫同軸電纜的衰減將減少約15%,但某些類型的泡沫介質在潮濕的環境中(尤其是在其許多表面)可以吸收濕氣,從而大大增加了損耗。形狀像星形或輻條的支撐甚至更好,但更昂貴,并且極易受潮氣滲透。更昂貴的是20世紀中葉用于某些城市間通信的空同軸電纜。中心導體每隔幾厘米被聚乙烯圓盤懸掛。在某些低損耗同軸電纜(例如RG-62型)中,內部導體由聚乙烯的螺旋線支撐,因此,大部分導體與護套內部之間存在空隙??諝獾妮^低介電常數允許在相同阻抗下具有更大的內徑,在相同截止頻率下具有更大的外徑,從而降低了歐姆損耗。內部導體有時會鍍銀,以使表面光滑并減少由于集膚效應引起的損耗。[4]粗糙的表面會延伸電流路徑,并使電流集中在峰值處,從而增加歐姆損耗。


絕緣外套可以由許多材料制成。常見的選擇是PVC,但某些應用可能需要耐火材料。戶外應用可能需要夾克抵抗紫外線,氧化,嚙齒動物破壞或直接掩埋。同軸電纜泛濫時會使用阻水凝膠,以防止電纜因護套中的小切口而滲入水中。對于內部機箱連接,可以省略絕緣護套。


在大功率,高壓和低衰減應用中,同軸電纜的最佳阻抗是在1929年由貝爾實驗室通過實驗確定的,分別為30,60和77Ω。對于具有空氣絕緣層和給定內徑屏蔽的同軸電纜,通過選擇內導體的直徑以提供76.7Ω的特性阻抗,可以將衰減最小化。[12]如果考慮使用更常見的電介質,則最佳損耗阻抗會降至52–64Ω之間的值。 30Ω時可實現最大功率處理。[13]


在自由空間中匹配中心饋電偶極子天線(即沒有地面反射的偶極子)所需的近似阻抗為73Ω,因此通常使用75Ω同軸電纜將短波天線連接到接收器。這些通常涉及如此低的RF功率,以致與衰減相比,功率處理和高壓擊穿特性不重要。與CATV相似,盡管許多廣播電視裝置和CATV前端使用300Ω折疊偶極天線來接收空中信號,但75Ω同軸電纜卻為這些天線提供了方便的4:1平衡-不平衡變壓器,并具有低衰減。


30Ω至77Ω之間的算術平均值為53.5Ω;幾何平均值為48Ω。通常選擇50Ω作為功率處理能力和衰減之間的折衷選擇,以作為選擇該電阻的原因。[12] 50Ω也可以很好地工作,因為它大約對應于半波偶極子的饋電點阻抗,安裝在“正?!苯拥厣戏酱蠹s半波處(理想情況下為73Ω,但對于水平懸掛較低的導線則減?。?。


RG-62是一種93Ω同軸電纜,最初用于1970年代和1980年代初期的大型計算機網絡(它是用于將IBM 3270終端連接到IBM 3274/3174終端集群控制器的電纜)。后來,一些LAN設備制造商(例如ARCNET的Datapoint)采用RG-62作為其同軸電纜標準。與其他類似尺寸的同軸電纜相比,該電纜每單位長度的電容最低。


同軸系統的所有組件都應具有相同的阻抗,以避免組件之間的連接處發生內部反射(請參閱阻抗匹配)。這種反射可能會導致信號衰減。它們會引入駐波,從而增加損耗,甚至可能導致大功率傳輸導致電纜介電擊穿。在模擬視頻或電視系統中,反射會導致圖像重影;多次反射可能會導致原始信號后跟多個回波。如果同軸電纜是開放的(末端未連接),則終端的電阻幾乎無限大,這會引起反射。如果同軸電纜短路,則終端電阻幾乎為零,這會導致極性相反的反射。如果同軸電纜的純電阻等于其阻抗,則反射將幾乎消除。



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