Коаксиален кабел

Коаксиалният кабел е кабел, съставен от централен активен проводник и външен проводник (екран), разположени съосно и разделени от твърд изолационен материал или въздух. В комуникациите се използва за предаване на радиочестотни електрически сигнали, най-често от дециметровия обхват, а също и като фидер за повечето антени, и техни активни елементи. Наименованието на кабела идва от геометричното разположение на активния (активните) проводници и екрана – коаксиално, т.е. осите им съвпадат. Изобретен и патентован е през 1880 година от британския физик Оливър Хевисайд.

Устройство, принцип на действие и характеристики

Коаксиалният кабел (виж фигурата) се състои от:

1 – вътрешен проводник във вид на единичен проводник (праволинеен, като на рисунката, или навит в спирала), многожилен проводник или тръбичка. Прави се от метал с висока проводимост – мед, посребрена мед, медна сплав, алуминиева сплав, стомана с медно покритие и др.

2 – изолация, изпълнена във вид на диелектрично запълване, осигуряващо съосие на взаимното разположение на вътрешния и външния проводник. Запълването може да бъде плътно (полиетилен, разпенен полиетилен, полистирол, твърд флуоропласт, флуоропластова лента и т.н.) или полувъздушен (тръбовидна обвивка, шайби и др.)

3 – външен проводник (екран) във вид на оплетка (ширмовка) от метални жички или плътна метална повърхност – фолио, покрито с тънък слой от алуминиев филм и техните комбинации, а също така и гофрирана тръба, повита с метални ленти и др. от мед, медна или алуминиева сплав. Ако екранът е твърда цилиндрична повърхност, получава се твърда коаксиална линия, която е разновидност на гъвкавия коаксиален кабел и се използва за големи мощности. Екранът се състои от един или няколко външни проводника.

4 – обвивка от светостабилизиран (устойчив на ултравиолетово слънчево излъчване) полиетилен, поливинилхлорид (PVC), полипропилен, тефлон, повивка от флуоропластова лента или друг изолационен материал. Нанесена е върху външния проводник и служи за изолация и защита от външни въздействия. При условие, че е нужно кабелът да издържа на температурни влияния, може да се използва халар или тефлон.

Енергията се разпространява във вид на електромагнитна вълна надлъжно в пространството между вътрешния и външния проводник. Централният проводник е активен, а външният е заземен и служи за екраниране на полето. Затова сигналите се пренасят без излъчване на енергия в околното пространството, с възможно най-малко загуби. Ако средата между вътрешния и външния проводници е атмосферен въздух, сигналът се разпространява със скоростта на светлината c = 3•10⁸ m/s; ако е твърд диелектрик, скоростта е по-малка.

Коаксиалната линия се отличава от екранирания проводник, използван за предаване на постоянен електрически ток и нискочестотни сигнали с по-еднородни надлъжни и напречни сечения, нормирани размери и стойности на електромагнитните параметри на материалите и със специализираните материали за силови проводници при високо напрежение.

Параметри

Вълновото съпротивление (характеристичен импеданс) на коаксиалната линия зависи от съотношението на диаметрите на външния и вътрешния проводник и вида на диелектрика. Обикновено то е между 48 до 200 Ω. при различните видове. При увеличаване на разликата в диаметрите вълновото съпротивление нараства. Най-разпространени са кабелите с вълново съпротивление 50 и 75 Ω, защото с 50 Ω кабел се предава максимална мощност, а кабел 75 Ω пренася сигналите с минимално затихване. Кабели с вълново съпротивление 100 – 150 Ω се използват рядко, в импулсната техника и за специални цели, а с 200 Ω – крайно рядко, международни стандарти за тях не са предвидени. Вълновото съпротивление се определя по формулата^[1]

Z_{0}\approx {\frac {60\Omega }{\sqrt {\epsilon _{r}}}}\ln {\frac {D}{d}}

,

където D e външният диаметър, d e вътрешният, а $ε$ е диелектричната константа.

Затихване (загуби) в коаксиалния кабел в децибели на метър дължина
Скорост на разпространение на вълната в метри за секунда. По-често се дава като коефициент на скоростта (англ. Velocity factor, VF), в проценти спрямо скоростта на светлината. За коаксиални кабели с въздушен диелектрик примерна стойност е 93%^[2], а за полиетилен – 77%^[3].
Индуктивно съпротивление за метър
Капацитивно съпротивление за метър
Максимално допустима мощност
Максимално допустимо напрежение
Минимален радиус на огъване

Начин на изготвяне

Изготвянето на активния проводник става чрез разтапяне на метала и изтегляне на дълги нишки с нужната дебелина. След изтеглянето в зависимост от използвания метал или вида на кабела, върху нишката се нанася електролизно метално покритие от мед или други силно проводими материали Нишката преминава през „тунел“, пълен с разтопена маса от бъдещото изолационно покритие. В процеса на движение по цялата дължина на тунела тя изстива и на изхода се получава заготовка на кабел. Последният се навива, маркира и пакетира.

Понякога кабелите се изработват под формата на плетеница. Това се прави с няколко цели. Първата цел е да се отделят чифтовете в една система. Втора цел и причина е да се намалят индуктивностите в системата. В някои аудио системи и дискотеки при свързването на звукова техника се практикува чифтовото окабеляване, защото така индуктивността на кабелите намалява, а оттам и смущенията. Последното води до по-високо качество на звука и по-качествен пренос на данни.

Източници

↑ Elmore, William C., Heald, Mark A. Physics of Waves. 1969. ISBN 0-486-64926-1.
↑ HJ8-50B 3 inch Heliax coaxial cable (air dielectric) // Jun 22, 2017.^{[неработеща препратка]}
↑ HТехнически параметри на коаксиални кабелни Jiangsu Elesun // Jun 22, 2017.

1. А. К. Андреев, А. Д. Лазаров, Предавателни линии и СВЧ устройства, ВТС, 1980 г.
2. А. К. Андреев, Д. Х. Димитров, Сборник от задачи по техника на свръхвисоки честоти, ВТС, 1985 г.
3. Д. Д. Дамянов – Антенни устройства, Военно издателство, София, 1978 г.
4. Д. Д. Дамянов – Проектиране на радиолокационни антенно-фидерни устройства, ВТС, 1978 г.
5. Д. Д. Дамянов, М. А. Михайлов, Д. Х. Димитров – Ръководство за лабораторни упражнения по антенни устройства, ВТС, 1989 г.
6. М. А. Михайлов – Специализирани антени, Шумен, 2001 г.
7. Paul J. Nahin. Oliver Heaviside: The Life, Work, and Times of an Electrical Genius of the Victorian Age. JHU Press, 2002. – P. xvi.
8. Wilfried Feldenkirchen. Werner von Siemens – Inventor and International Entrepreneur. – 1994. – ISBN 0-8142-0658-1.
9. Microwaves101.com Архив на оригинала от 2014-07-14 в Wayback Machine. (англ.)
10. Изюмова, Свиридов, 1975, С. 51 – 52
11. Таблица характеристик радиочастотных коаксиальных кабелей. Proelectro2.ru
12. Электрические характеристики коаксиальных кабелей. CQHAM.RU

[1] Elmore, William C., Heald, Mark A. Physics of Waves. 1969. ISBN 0-486-64926-1.

[2] HJ8-50B 3 inch Heliax coaxial cable (air dielectric) // Jun 22, 2017.^{[неработеща препратка]}

[3] HТехнически параметри на коаксиални кабелни Jiangsu Elesun // Jun 22, 2017.

[1]

[2]

[3]