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來(lái)源:行業(yè)動(dòng)態(tài) 閱讀:6014 發(fā)布時(shí)間:2021-05-09
同軸電纜使用內(nèi)部導(dǎo)體(通常是實(shí)心銅,絞合銅線或鍍銅鋼絲)傳導(dǎo)電信號(hào),該內(nèi)部導(dǎo)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(hù)套保護(hù)。通常,屏蔽層的外部保持接地電位,并且將信號(hào)傳輸電壓施加到中心導(dǎo)體。同軸設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于,在差分模式下,內(nèi)部導(dǎo)體上和外部導(dǎo)體內(nèi)部具有相等的推挽電流,信號(hào)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)被限制在電介質(zhì)內(nèi),屏蔽層外部幾乎沒(méi)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(chǎng)和磁場(chǎng)干擾電纜內(nèi)部的信號(hào)。這種特性使得同軸電纜既適合承載微弱的信號(hào)(不能容忍來(lái)自環(huán)境的干擾),又適合于較強(qiáng)的電信號(hào)(必須不允許輻射或耦合到相鄰的結(jié)構(gòu)或電路中)。較大直徑的電纜和帶多個(gè)屏蔽的電纜泄漏較少。
同軸電纜的常見(jiàn)應(yīng)用包括視頻和CATV分配,RF和微波傳輸以及計(jì)算機(jī)和儀器數(shù)據(jù)連接。
電纜的特性阻抗({\ displaystyle Z_ {0}} Z_ {0})由內(nèi)部絕緣體的介電常數(shù)以及內(nèi)部和外部導(dǎo)體的半徑確定。在射頻系統(tǒng)中,電纜長(zhǎng)度與所傳輸信號(hào)的波長(zhǎng)相當(dāng),因此均勻的電纜特性阻抗對(duì)于最大程度地降低損耗很重要。選擇源阻抗和負(fù)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(zhì)量的關(guān)系
。
同軸電纜的設(shè)計(jì)選擇會(huì)影響物理尺寸,頻率性能,衰減,功率處理能力,靈活性,強(qiáng)度和成本。內(nèi)部導(dǎo)體可能是實(shí)心的或絞合的;擱淺更靈活。為了獲得更好的高頻性能,內(nèi)部導(dǎo)體可能會(huì)鍍銀。鍍銅鋼絲通常用作有線電視行業(yè)電纜的內(nèi)部導(dǎo)體。
圍繞內(nèi)部導(dǎo)體的絕緣子可以是實(shí)心塑料,泡沫塑料或帶有支撐內(nèi)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(jiàn)的選擇是用于低損耗電纜的固態(tài)聚乙烯(PE)絕緣子。固態(tài)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(nèi)部導(dǎo)體接觸屏蔽層。
許多傳統(tǒng)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(nèi)部尺寸會(huì)稍有變化,因?yàn)榫幙棇硬荒芷教?。有時(shí)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(gè)編織層,但現(xiàn)在更常見(jiàn)的是用金屬絲編織層覆蓋薄箔屏蔽層。一些電纜可能會(huì)投資于兩個(gè)以上的屏蔽層,例如“ quad-shield”,它使用了四個(gè)交替的箔和編織層。其他屏蔽設(shè)計(jì)則犧牲了靈活性,以獲得更好的性能。一些屏蔽是堅(jiān)固的金屬管。這些電纜不能急劇彎曲,因?yàn)槠帘螌訒?huì)扭結(jié),從而導(dǎo)致電纜損耗。當(dāng)使用箔屏蔽層時(shí),箔中包含一根細(xì)小的導(dǎo)線,使焊接屏蔽端子更加容易。
對(duì)于高達(dá)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(shí)心銅外導(dǎo)體的同軸電纜。外導(dǎo)體像波紋管一樣是波紋狀的,以具有柔韌性,而內(nèi)導(dǎo)體則通過(guò)塑料螺旋線保持在適當(dāng)?shù)奈恢?,以近似于空氣絕緣。[4]這種電纜的一個(gè)品牌名稱(chēng)是Heliax。
同軸電纜需要絕緣(電介質(zhì))材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu),以保持中心導(dǎo)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(wú)損耗),真空,空氣,聚四氟乙烯(PTFE),聚乙烯泡沫和固態(tài)聚乙烯。不均勻的電介質(zhì)需要通過(guò)非圓形導(dǎo)體進(jìn)行補(bǔ)償,以避免產(chǎn)生電流熱點(diǎn)。
盡管許多電纜具有固體電介質(zhì),但其他電纜卻具有泡沫電介質(zhì),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(dǎo)體來(lái)減少損耗。泡沫同軸電纜的衰減將減少約15%,但某些類(lèi)型的泡沫介質(zhì)在潮濕的環(huán)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(jì)中葉用于某些城市間通信的空同軸電纜。中心導(dǎo)體每隔幾厘米被聚乙烯圓盤(pán)懸掛。在某些低損耗同軸電纜(例如RG-62型)中,內(nèi)部導(dǎo)體由聚乙烯的螺旋線支撐,因此,大部分導(dǎo)體與護(hù)套內(nèi)部之間存在空隙??諝獾妮^低介電常數(shù)允許在相同阻抗下具有更大的內(nèi)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(nèi)部導(dǎo)體有時(shí)會(huì)鍍銀,以使表面光滑并減少由于集膚效應(yīng)引起的損耗。[4]粗糙的表面會(huì)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(jiàn)的選擇是PVC,但某些應(yīng)用可能需要耐火材料。戶(hù)外應(yīng)用可能需要夾克抵抗紫外線,氧化,嚙齒動(dòng)物破壞或直接掩埋。同軸電纜泛濫時(shí)會(huì)使用阻水凝膠,以防止電纜因護(hù)套中的小切口而滲入水中。對(duì)于內(nèi)部機(jī)箱連接,可以省略絕緣護(hù)套。
在大功率,高壓和低衰減應(yīng)用中,同軸電纜的最佳阻抗是在1929年由貝爾實(shí)驗(yàn)室通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定的,分別為30,60和77Ω。對(duì)于具有空氣絕緣層和給定內(nèi)徑屏蔽的同軸電纜,通過(guò)選擇內(nèi)導(dǎo)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(jiàn)的電介質(zhì),則最佳損耗阻抗會(huì)降至52–64Ω之間的值。 30Ω時(shí)可實(shí)現(xiàn)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(méi)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(lái)接收空中信號(hào),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(shù)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?yàn)樗蠹s對(duì)應(yīng)于半波偶極子的饋電點(diǎn)阻抗,安裝在“正常”接地上方大約半波處(理想情況下為73Ω,但對(duì)于水平懸掛較低的導(dǎo)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(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(lái),一些LAN設(shè)備制造商(例如ARCNET的Datapoint)采用RG-62作為其同軸電纜標(biāo)準(zhǔn)。與其他類(lèi)似尺寸的同軸電纜相比,該電纜每單位長(zhǎng)度的電容最低。
同軸系統(tǒng)的所有組件都應(yīng)具有相同的阻抗,以避免組件之間的連接處發(fā)生內(nèi)部反射(請(qǐng)參閱阻抗匹配)。這種反射可能會(huì)導(dǎo)致信號(hào)衰減。它們會(huì)引入駐波,從而增加損耗,甚至可能導(dǎo)致大功率傳輸導(dǎo)致電纜介電擊穿。在模擬視頻或電視系統(tǒng)中,反射會(huì)導(dǎo)致圖像重影;多次反射可能會(huì)導(dǎo)致原始信號(hào)后跟多個(gè)回波。如果同軸電纜是開(kāi)放的(末端未連接),則終端的電阻幾乎無(wú)限大,這會(huì)引起反射。如果同軸電纜短路,則終端電阻幾乎為零,這會(huì)導(dǎo)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。