Cablu coaxial

Conectori ai unui cablu coaxial pentru televiziune

Cablul coaxial (în limba engleză coaxial cable , prescurtat de obicei la coax , /ˈkoʊ.æks/ ), în telecomunicații , este un cablu electric utilizat ca mijloc de transmitere a unui semnal de informație electrică , aparținând liniilor de transmisie și utilizat pe scară largă în comunicațiile electrice .

De asemenea, este denumit în mod obișnuit un cablu video , deoarece este adesea utilizat în aplicațiile de transmisie a semnalului video .

Descriere

Este compus dintr-un singur conductor de cupru plasat în centrul cablului ( miez ) și un dielectric (în general realizat din polietilenă sau PTFE ) care separă miezul central de un ecran extern format din fire metalice împletite ( plasă ) sau spirală de foaie ( împletitură ), asigurând în mod constant izolația între cei doi conductori. Ecranul metalic ajută la blocarea interferențelor . Cablul este apoi echipat cu conectori la capetele conexiunii sale.

Semnalul se deplasează sub forma unui câmp electromagnetic între miez și plasă la o viteză v care este o fracțiune din cea a luminii în vid și egală cu c / n cu n indicele de refracție al dielectricului interpus. Analiza propagării câmpului electromagnetic în cablul coaxial face parte din teoria liniilor de transmisie , în timp ce efectul de transport este comparabil cu cel al unui ghid de undă metalic. În special, modul electromagnetic TEM se propagă în el. În funcție de utilizare, un cablu bnc poate fi aplicat cablului.

Caracteristici

Cablurile coaxiale sunt produse de diferite tipuri, în funcție de frecvența semnalului de transportat și de puterea acestuia. Valorile impedanței sunt în principal două:

50 ohmi , utilizat pentru transmisiile radio digitale (cum ar fi versiunile timpurii ale Ethernet ) sau pentru amatori , precum și pentru semnalele standard din domeniul instrumentelor electronice de măsurare;
75 ohm , utilizat pentru semnal video analogic , video digital SDI, pentru antene de televiziune (conexiune cu antena terestră sau de recepție prin satelit) și pentru conexiuni de internet prin cablu.

Impedanța caracteristică de 50 ohmi este preferată pentru dispozitivele de emisie sau transceiver, deoarece conductorul central, cu același diametru exterior al cablului, are un diametru mai mare, prin urmare o rezistență mai mică și transportă mai bine curenți mari; impedanța caracteristică de 75 ohmi, pe de altă parte, este preferată numai pentru dispozitivele receptoare, deoarece, cu același diametru exterior, are o atenuare mai mică decât un cablu de 50 ohmi.

Există, de asemenea, cabluri cu impedanță caracteristică de 93 ohmi și 105 ohmi utilizate pentru rețelele de conexiune de date. Un tip special, caracterizat prin flexibilitate extremă și o bună rezistență la rupere, este utilizat în sondele osciloscopice .

Cablul coaxial, DC pentru transmisiile analogice și similar cu cablul care transportă semnalele radio și TV pe distanțe mari, a fost ulterior adaptat comunicării digitale de date . Date digitale sunt mult mai sensibile decât datele analogice la zgomot și de semnal distorsiunile care sunt introduse atunci când semnalele de călătorie pe distanțe de peste mari.

Cablu coaxial RG-59
A : teacă exterioară din plastic
B : plasă de sârmă de cupru sau masă
C : izolator dielectric intern
D : miez de cupru sau pol fierbinte

Prin urmare, rețelele care utilizează cablul coaxial ca mediu de transmisie se pot extinde doar pe distanțe limitate, cu excepția cazului în care sunt utilizate repetoare de semnal care regenerează semnalul periodic ( repetor ). Amplificatoarele simple nu ar fi potrivite, deoarece acestea ar amplifica și zgomotul și distorsionarea semnalului pe măsură ce se deplasează prin mediu.

Pentru o lungă perioadă de timp, cablul coaxial a fost, de asemenea, singura alegere economică de utilizat în cablarea rețelelor locale de mare viteză , deoarece în comparație cu perechea torsadată clasică , garantează o capacitate de lățime de bandă și, prin urmare, o viteză de transmisie mai mare .

Dezavantajele instalării și întreținerii unui sistem de cabluri coaxiale includ faptul că cablul este complex și costisitor de fabricat, este dificil de utilizat în spații restrânse, deoarece nu poate fi îndoit excesiv în jurul colțurilor strânse și este predispus la spargeri mecanice frecvente la conectori. Cu toate acestea, trebuie menționată rezistența ridicată la interferențe a semnalului ^{[ fără sursă ]} . În aceste zone, cablul coaxial a fost înlocuit de fibră optică și comunicații optice conexe.

Cabluri coaxiale din seria TV potrivite pentru difuzare
Tip	CU 22	ST 22	AG 22	CU 33	ST 33	AG 33	AG 60
Impedanță caracteristică în ohmi Viteza de propagare % Capacitate în pF / m	75 ± 5% 66 67	75 ± 5% 66 67	75 ± 5% 66 67	75 ± 5% 66 67	75 ± 5% 66 67	75 ± 5% 66 67	75 ± 5% 66 82
Atenuare în dB / 100 m la 100 MHz la 200 MHz la 400 MHz la 500 MHz la 800 MHz	10 14 21 24 29	10 14 21 24 29	9 13 20 23 28	8 12 18.5 21 27	8 12 18.5 21 27	7.5 11.5 18 20 26	9.5 13.5 19.5 21.5 27,5
Conductor intern Ø mm	0,65	0,65	0,65	0,80	0,80	0,80	0,90
Polietilenă dielectrică	Compact	Compact	Compact	Compact	Compact	Compact	Compact
Înveliș exterior	PVC	PVC	PVC	PVC	PVC	PVC	PVC
Dimensiuni exterioare Ø mm	5.8	5.8	5.8	6.8	6.8	6.8	5.8
Greutate la 1000 m în kg	37	37	37	50	50	50	40
Tratamentul cu cupru	-	Cositorit	Argintat	-	Cositorit	Argintat	Argintat
Antimigrant	Da	Da	Da	Da	Da	Da	Da

Tratamentul matematic

Luați în considerare un cablu coaxial format din doi cilindri cu rază goală $la$ ${\ displaystyle a}$ $la$ Și ${\textstyle b}$ ${\ textstyle b}$ ${\ textstyle b}$ (cu $a<b$ ${\ displaystyle a <b}$ $a <b$ ). Cilindrul interior are o capacitate pe unitate de lungime $C_{0}$ ${\ displaystyle C_ {0}}$ $C_ {0}$ și o inductanță pe unitate de lungime $L_{0}$ ${\ displaystyle L_ {0}}$ $L_ {0}$ .

Având în vedere o secțiune infinitesimală a conductorului, în lungime $\mathrm {d} x$ ${\ displaystyle \ mathrm {d} x}$ ${\ mathrm {d}} x$ , scăderea potențialului datorată inductanței din secțiune se menține

$\mathrm {d} V=-L_{0}\,\mathrm {d} x\,{\frac {\partial i}{\partial t}}$ ${\ displaystyle \ mathrm {d} V = -L_ {0} \, \ mathrm {d} x \, {\ frac {\ partial i} {\ partial t}}}$ ${\ mathrm {d}} V = -L_ {0} \, {\ mathrm {d}} x \, {\ frac {\ partial i} {\ partial t}}$

unde este $the$ ${\ displaystyle i}$ $the$ este curentul care circulă.

Dimpotrivă, datorită capacității, a ființei $i={\dot {q}}$ ${\ displaystyle i = {\ dot {q}}}$ $i = {\ punct {q}}$ Și $q=C\Delta V$ ${\ displaystyle q = C \ Delta V}$ $q = C \ Delta V$ ,

$\mathrm {d} I=-C_{0}\,\mathrm {d} x\,{\frac {\partial V}{\partial t}}$ ${\ displaystyle \ mathrm {d} I = -C_ {0} \, \ mathrm {d} x \, {\ frac {\ partial V} {\ partial t}}}$ ${\ mathrm {d}} I = -C_ {0} \, {\ mathrm {d}} x \, {\ frac {\ partial V} {\ partial t}}$

de la care

${\frac {\partial V}{\partial x}}=-L_{0}\,{\frac {\partial i}{\partial t}}$ ${\ displaystyle {\ frac {\ partial V} {\ partial x}} = - L_ {0} \, {\ frac {\ partial i} {\ partial t}}}$ ${\ frac {\ partial V} {\ partial x}} = - L_ {0} \, {\ frac {\ partial i} {\ partial t}}$

${\frac {\partial i}{\partial x}}=-C_{0}\,{\frac {\partial V}{\partial t}}$ ${\ displaystyle {\ frac {\ partial i} {\ partial x}} = - C_ {0} \, {\ frac {\ partial V} {\ partial t}}}$ ${\ frac {\ partial i} {\ partial x}} = - C_ {0} \, {\ frac {\ partial V} {\ partial t}}$

Prin derivarea celor două ecuații cu privire la $X$ ${\ displaystyle x}$ $X$ iar prin substituire obținem

${\frac {\partial ^{2}V}{\partial x^{2}}}=-L_{0}\,{\frac {\partial }{\partial t}}\,{\frac {\partial i}{\partial x}}=L_{0}C_{0}{\frac {\partial ^{2}V}{\partial t^{2}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {\ partial ^ {2} V} {\ partial x ^ {2}}} = - L_ {0} \, {\ frac {\ partial} {\ partial t}} \, {\ frac {\ partial i} {\ partial x}} = L_ {0} C_ {0} {\ frac {\ partial ^ {2} V} {\ partial t ^ {2}}}}$ ${\ frac {\ partial ^ {2} V} {\ partial x ^ {2}}} = - L_ {0} \, {\ frac {\ partial} {\ partial t}} \, {\ frac {\ partial i} {\ partial x}} = L_ {0} C_ {0} {\ frac {\ partial ^ {2} V} {\ partial t ^ {2}}}$

${\frac {\partial ^{2}i}{\partial x^{2}}}=-C_{0}\,{\frac {\partial }{\partial t}}\,{\frac {\partial V}{\partial x}}=L_{0}C_{0}{\frac {\partial ^{2}i}{\partial t^{2}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {\ partial ^ {2} i} {\ partial x ^ {2}}} = - C_ {0} \, {\ frac {\ partial} {\ partial t}} \, {\ frac {\ partial V} {\ partial x}} = L_ {0} C_ {0} {\ frac {\ partial ^ {2} i} {\ partial t ^ {2}}}}$ ${\ frac {\ partial ^ {2} i} {\ partial x ^ {2}}} = - C_ {0} \, {\ frac {\ partial} {\ partial t}} \, {\ frac {\ partial V} {\ partial x}} = L_ {0} C_ {0} {\ frac {\ partial ^ {2} i} {\ partial t ^ {2}}}$

care reprezintă, conform ecuației lui d'Alembert, două unde care se propagă cu viteză

$v={\frac {1}{\sqrt {L_{0}C_{0}}}}$ ${\ displaystyle v = {\ frac {1} {\ sqrt {L_ {0} C_ {0}}}}}$ $v = {\ frac {1} {{\ sqrt {L_ {0} C_ {0}}}}}$

Curentul și diferența de potențial sunt apoi legate de relație $V=Zi$ ${\ displaystyle V = Zi}$ $V = Zi$ , in care $Z$ ${\ displaystyle Z}$ $Z$ este impedanta.

Într-un circuit LC, impedanța se menține

$Z={\sqrt {L/C}}={\sqrt {L_{0}/C_{0}}}$ ${\ displaystyle Z = {\ sqrt {L / C}} = {\ sqrt {L_ {0} / C_ {0}}}}$ $Z = {\ sqrt {L / C}} = {\ sqrt {L_ {0} / C_ {0}}}$

și este un număr real.

Pentru a găsi valoarea $v$ ${\ displaystyle v}$ $v$ și de $Z$ ${\ displaystyle Z}$ $Z$ într-un cablu coaxial este deci necesar să se calculeze $L_{0}$ ${\ displaystyle L_ {0}}$ $L_ {0}$ Și $C_{0}$ ${\ displaystyle C_ {0}}$ $C_ {0}$ .

Inductanţă $L_{0}$ ${\ displaystyle L_ {0}}$ $L_ {0}$ poate fi calculat prin amintirea că energia câmpului magnetic deține $U_{m}={\frac {1}{2}}Li^{2}$ ${\ displaystyle U_ {m} = {\ frac {1} {2}} Li ^ {2}}$ ${\ displaystyle U_ {m} = {\ frac {1} {2}} Li ^ {2}}$ și că această valoare este egală cu integralul peste volumul densității câmpului magnetic, dat de ${\frac {B^{2}}{2\mu _{0}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {B ^ {2}} {2 \ mu _ {0}}}}$ ${\ frac {B ^ {2}} {2 \ mu _ {0}}}$ .

Dacă curentul care curge pe conductor este egal cu $the$ ${\ displaystyle i}$ $the$ , spus $r$ ${\ displaystyle r}$ $r$ distanța față de axa cilindrului, câmpul magnetic se menține ( legea Biot-Savart )

$B={\frac {\mu _{0}i}{2\pi r}}$ ${\ displaystyle B = {\ frac {\ mu _ {0} i} {2 \ pi r}}}$ $B = {\ frac {\ mu _ {0} i} {2 \ pi r}}$

prin urmare, luând în considerare cilindrii goi în lungime $L$ ${\ displaystyle l}$ $L$ și grosimea $\mathrm {d} r$ ${\ displaystyle \ mathrm {d} r}$ ${\ mathrm {d}} r$ ,

$U_{m}={\frac {1}{2}}Li^{2}=\int _{\tau }{\frac {B^{2}}{2\mu _{0}}}\mathrm {d} \tau =\int _{\tau }{\frac {\mu _{0}i^{2}}{8\pi ^{2}r^{2}}}\mathrm {d} \tau ={\frac {\mu _{0}i^{2}}{8\pi ^{2}}}\int _{a}^{b}{\frac {1}{r^{2}}}l\,2\pi r\mathrm {d} r={\frac {\mu _{0}i^{2}l}{4\pi }}\int _{a}^{b}{\frac {1}{r}}\mathrm {d} r={\frac {\mu _{0}i^{2}l}{4\pi }}\ln {\frac {b}{a}}$ ${\ displaystyle U_ {m} = {\ frac {1} {2}} Li ^ {2} = \ int _ {\ tau} {\ frac {B ^ {2}} {2 \ mu _ {0}} } \ mathrm {d} \ tau = \ int _ {\ tau} {\ frac {\ mu _ {0} i ^ {2}} {8 \ pi ^ {2} r ^ {2}}} \ mathrm { d} \ tau = {\ frac {\ mu _ {0} i ^ {2}} {8 \ pi ^ {2}}} \ int _ {a} ^ {b} {\ frac {1} {r ^ {2}}} l \, 2 \ pi r \ mathrm {d} r = {\ frac {\ mu _ {0} i ^ {2} l} {4 \ pi}} \ int _ {a} ^ { b} {\ frac {1} {r}} \ mathrm {d} r = {\ frac {\ mu _ {0} i ^ {2} l} {4 \ pi}} \ ln {\ frac {b} {la}}}$ ${\ displaystyle U_ {m} = {\ frac {1} {2}} Li ^ {2} = \ int _ {\ tau} {\ frac {B ^ {2}} {2 \ mu _ {0}} } \ mathrm {d} \ tau = \ int _ {\ tau} {\ frac {\ mu _ {0} i ^ {2}} {8 \ pi ^ {2} r ^ {2}}} \ mathrm { d} \ tau = {\ frac {\ mu _ {0} i ^ {2}} {8 \ pi ^ {2}}} \ int _ {a} ^ {b} {\ frac {1} {r ^ {2}}} l \, 2 \ pi r \ mathrm {d} r = {\ frac {\ mu _ {0} i ^ {2} l} {4 \ pi}} \ int _ {a} ^ { b} {\ frac {1} {r}} \ mathrm {d} r = {\ frac {\ mu _ {0} i ^ {2} l} {4 \ pi}} \ ln {\ frac {b} {la}}}$

Prin integrare și simplificare obțineți

$L_{0}=L/l={\frac {\mu _{0}}{2\pi }}\ln(b/a)$ ${\ displaystyle L_ {0} = L / l = {\ frac {\ mu _ {0}} {2 \ pi}} \ ln (b / a)}$ $L_ {0} = L / l = {\ frac {\ mu _ {0}} {2 \ pi}} \ ln (b / a)$

Pe de altă parte, pentru un condensator cilindric, capacitatea se menține

$C={\frac {2\pi \varepsilon _{0}l}{\ln(b/a)}}$ ${\ displaystyle C = {\ frac {2 \ pi \ varepsilon _ {0} l} {\ ln (b / a)}}}$ $C = {\ frac {2 \ pi \ varepsilon _ {0} l} {\ ln (b / a)}}$ ,

din care, împărțind la $L$ ${\ displaystyle l}$ $L$ , se obține

$C_{0}={\frac {2\pi \varepsilon _{0}}{\ln(b/a)}}$ ${\ displaystyle C_ {0} = {\ frac {2 \ pi \ varepsilon _ {0}} {\ ln (b / a)}}}$ $C_ {0} = {\ frac {2 \ pi \ varepsilon _ {0}} {\ ln (b / a)}}$

Prin urmare

$v={\frac {1}{\sqrt {L_{0}C_{0}}}}={\frac {1}{\sqrt {\mu _{0}\varepsilon _{0}}}}=c$ ${\ displaystyle v = {\ frac {1} {\ sqrt {L_ {0} C_ {0}}}} = {\ frac {1} {\ sqrt {\ mu _ {0} \ varepsilon _ {0}} }} = c}$ $v = {\ frac {1} {{\ sqrt {L_ {0} C_ {0}}}}} = {\ frac {1} {{\ sqrt {\ mu _ {0} \ varepsilon _ {0}} }}} = c$

Aceasta înseamnă că, presupunând că interiorul cablului este gol, semnalul este transmis la viteza luminii sau, dacă este umplut cu un dielectric, la viteza luminii în acel mediu.

În schimb, pentru impedanță se obține

$Z={\sqrt {L_{0}/C_{0}}}={\sqrt {\frac {\mu _{0}}{\varepsilon _{0}}}}{\frac {\ln(b/a)}{2\pi }}=Z_{0}{\frac {\ln(b/a)}{2\pi }}$ ${\ displaystyle Z = {\ sqrt {L_ {0} / C_ {0}}} = {\ sqrt {\ frac {\ mu _ {0}} {\ varepsilon _ {0}}}} {\ frac {\ ln (b / a)} {2 \ pi}} = Z_ {0} {\ frac {\ ln (b / a)} {2 \ pi}}}$ $Z = {\ sqrt {L_ {0} / C_ {0}}} = {\ sqrt {{\ frac {\ mu _ {0}} {\ varepsilon _ {0}}}}} {\ frac {\ ln (b / a)} {2 \ pi}} = Z_ {0} {\ frac {\ ln (b / a)} {2 \ pi}}$

unde este $Z_{0}$ ${\ displaystyle Z_ {0}}$ $Z_0$ este impedanța caracteristică a vidului (egală cu aprox $377\,\Omega$ ${\ displaystyle 377 \, \ Omega}$ $377 \, \ Omega$ ), care trebuie înlocuit corespunzător cu impedanța specifică a oricărui dielectric introdus în cablu. ^[1]

Notă

^ (EN) Richard P. Feynman , The Feynman Lectures on Physics , pe feynmanlectures.caltech.edu, II, cap. 24, caltech.edu, 1964. Adus la 28 mai 20125 .

Elemente conexe

Alte proiecte

Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe cablu coaxial

linkuri externe

( EN ) Cablu coaxial / Cablu coaxial (altă versiune) , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.

Portal electronic

Portal de știință și tehnologie

Portal telematic

[1] (EN) Richard P. Feynman , The Feynman Lectures on Physics , pe feynmanlectures.caltech.edu, II, cap. 24, caltech.edu, 1964. Adus la 28 mai 20125 .

[1]

V · D · M Internet Protocol Suite
Nivelul aplicației	FTP · HTTP · HTTP / 2 · HTTP / 3 · HTTPS · NNTP · DHCP · DNS · SMTP · POP3 · IMAP · Telnet · SSH · SFTP · TFTP · IRC ·SNMP · VoIP · SIP · RTP · RTSP · Rsync · HSRP · RIP · BGP · IGRP · altele ..
Stratul de transport	TCP · UDP · SCTP · DCCP · alt ..
Stratul de rețea	IP ( IPv4 · IPv6 ) ·ICMP ( ICMPv6 ) · IGMP · IPsec · OSPF · alt ..
Nivel de acces la rețea ( LLC · MAC )	ARP ·RARP · NDP · PPP · SLIP · Ethernet · Token ring · Token bus · WiFi · Powerline · ATM · SPB · MPLS · FDDI · HSDPA · WiMAX · alt ..