Волновое сопротивление кабеля это – Что такое волновое сопротивление 🚩 как измерить волновое сопротивление кабеля 🚩 Наука 🚩 Другое

Содержание

Коаксиальный кабель, что это? Волновое сопротивление. — МикроПрогер

Наверное, вы не раз слышали такие словосочетания как витая пара, экранированный провод и высокочастотный сигнал?  Так вот, коаксиальный кабель — эта разновидность витой пары, но с гораздо большей помехозащищенностью, наиболее подходящий проводник для ВЧ сигнала.

Коаксиальный кабель состоит из центральной жилы (проводника), экранированного слоя (экрана) и двух изолирующих слоев.

Внутренний изолятор служит для изоляции центральной жилы коаксиального кабеля от экрана, внешний — для защиты кабеля от механических повреждений и электрической изоляции.

Коаксиальный кабель

Защита от помех коаксиальным кабелем. Причина возникновения помех

Что представляют из себя помехи в не коаксиальном кабеле

Стоит сразу разобраться с вопросом защиты от помех. Разберем общие принципы природы их возникновения и влияния помех на передачу информации.

Итак, все мы знаем, что существуют некие помехи в линиях электропередач. Они представляют из себя всплески и, наоборот, пропадания номинального (того, которое должно быть) напряжения в кабеле (в проводе). На графике (зависимости напряжения в кабеле от времени) помехи выглядят так:

Сигнал с помехами

Причина возникновения помех — электромагнитные поля от других сигналов и кабелей. Как мы знаем из курса школьной физики, у электричества есть две составляющие — электрическая и магнитная. Первая представляет собой течение тока по проводнику, а вторая — электромагнитное поле, которое создает ток.

Электромагнитное поле распространяется в среде в форме сферы в бесконечность. Проходя  через незащищенный от помех (не коаксиальный) кабель,  электромагнитный сигнал влияет на магнитную составляющую электрического сигнала в кабеле и вызывает в нем помехи, отклоняя напряжение сигнала от номинального.

Представьте себе, что мы обрабатываем (считываем) сигнал напряжением 10 В с определенной тактовой частотой, например в 1Гц. Это значит, что мы мгновенно списываем показания напряжения в линии каждую секунду. Что произойдет, если именно в момент считывания помеха сильно отклонит напряжение, например с 10 вольт до 7,4 вольт? Правильно, ошибка, мы считаем ложную информацию! Проиллюстрируем этот момент:

Запись сигнала с помехами

Но мы должны помнить о том, что напряжение у нас мерится от корпуса (или от минуса). И фишка в том, что в радиоэлектронике (в электронике высокочастотных сигналов) большую отрицательную роль играют именно высокочастотные помехи, и вот она, собственно говоря, истина: в момент, когда помеха действует на центральную жилу коаксиального кабеля, та же самая помеха действует и на экран коаксиального кабеля, а напряжение мерится от корпуса (который соединен с экраном), поэтому разность потенциалов между экранной частью коаксиального кабеля и его центральной жилой остается неизменной.

Поэтому основная задача в защите от помех при передачи сигнала — держать экранный слой или провод как можно ближе к центральному и всегда на одном и том же расстоянии.

Что лучше защищает от электромагнитных помех — витая пара или коаксиальный кабель?

Сразу ответим на вопрос. Коаксиальный кабель защищает от помех лучше, чем витая пара.

Есть некоторые тонкости, связанные с паразитной емкостью, сопротивлением и обратными токами при передаче ВЧ сигнала, но лучше всего будет представить и запомнить так:

В витой паре два провода свиты между собой и заизолированы друг от друга. Плюсовой провод при сгибах может на доли миллиметра отдаляться от минусового, что отдаляет, собственно, плюс от корпуса. Кроме того, сами жилы плюсового и минусового провода за счет изоляции уже имеют между собой определенный зазор. Помеха может проскочить, но вероятность достаточно мала.

В Коаксиальном кабеле экранный слой по кругу, полностью обволакивает центральную жилу. Помеха никак не может пройти через центральную жилу, минуя экран коаксиала.  Кроме того, качество материала, из которого изготавливается коаксиальный кабель, по требованиям государственного стандарта превосходит качество материалов для витых пар. Точка.

 

Волновое сопротивление

Основная характеристика коаксиального кабеля — волновое сопротивление. Это величина, в общем говоря, характеризующая затухание амплитуды сигнала в коаксиальном кабеле на 1 погонный метр.

Получается она из выражения частного от напряжения сигнала, передаваемого по коаксиальному кабелю, деленного на ток при этом напряжении в коаксиальном кабеле, мерится в Омах.

Но главное, запомните что она характеризует — затухание передаваемого сигнала. Это сама суть волнового сопротивления коаксиальных кабелей. Уменьшение амплитуды напряжения и тока — есть затухание сигнала.

Для того, чтобы окунуться в волновое сопротивление коаксиальных кабелей глубже, нужно знать много разных понятий о теории электромагнитных волн, таких как амплитуда без учета затухания, активное погонное сопротивление, коэффициент затухания электромагнитных волн в коаксиальном волноводе, несколько постоянных электрических величин, затем построить пару интегральных волновых графиков и понять, что все-таки, 77 Ом  — идеально подходит для советского телевидения, 30 Ом — идеально подходит для всего кроме советского телевидения, ну а 50 Ом — золотая середина между советским телевидением, коаксиальным кабелем и всем остальным!

Но лучше —  запомните суть, а остальному — поверьте на слово)

Стандарты волновых сопротивлений коаксиальных кабелей:

50 Ом. Самый распространенный стандарт коаксиального кабеля. Оптимальные характеристики по передаваемой мощности сигнала, электрической изоляции (плюса от минуса), минимальные потери сигнала при передаче радиосигнала.

75 Ом. Был широко распространен в СССР в части передачи телевизионного и видеосигнала и, что примечательно, оптимально подходит именно для этих целей.

100 Ом, 150 Ом, 200 Ом. Применяются крайне редко, в узкоспециализированных задачах.

Также, немаловажными характеристиками являются:

  • упругость;
  • жесткость;
  • диаметр внутренней изоляции;
  • тип экрана;
  • металл проводника;
  • степень экранировки.

Остались вопросы? Напишите в комментарии) Мы ответим!

 

Автор публикации

не в сети 3 месяца


wandrys

877

Комментарии: 1Публикации: 31Регистрация: 17-03-2016

micro-proger.ru

Волновое сопротивление — кабель — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Волновое сопротивление — кабель

Cтраница 1

Волновое сопротивление кабеля не зависит от его длины. Поэтому и волновое сопротивление фидерной линии, соединяющей антенну с приемником ( или передатчиком), равно волновому сопротивлению кабеля, из которого эта линия изготовлена.
 [1]

Волновое сопротивление кабеля определяется его конструкцией.
 [2]

Волновое сопротивление кабеля примерно в 10 — 30 раз меньше сопротивления воздушного провода и сильнр зависит от номинального напряжения и сечения жилы. С повышением номинального напряжения увеличивается индуктивность и уменьшается емкость кабеля. Увеличение сечения повышает емкость и уменьшает индуктивность.
 [3]

Волновое сопротивление кабеля определяется его конструкцией.
 [4]

Волновое сопротивление кабеля — отношение напряжения ВЧ к вызванному им току в любом сечении кабеля; оно целиком зависит от конструкции кабеля и используемых в нем изоляционных материалов.
 [5]

Волновым сопротивлением кабеля называют сопротивление, обусловленное только электромагнитным полем между жилой и оболочкой. Вне оболочки поля нет, и весь обратный ток течет через оболочку.
 [6]

Величина волнового сопротивления кабеля, из которого изготовляется петля, не имеет значения.
 [8]

Проверку волнового сопротивления кабеля проводят на строительной длине и на отрезках. Метод основан на измерении входных напряжений и тока разомкнутой и короткозамкнутой цепей кабеля. Входные сопротивления рассчитывают по результатам измерения напряжения и тока. Волновое сопротивление рассчитывается как среднее геометрическое из значений входных сопротивлений.
 [9]

Вследствие малого волнового сопротивления кабеля по сравнению с волновым сопротивлением воздушной линии в месте перехода воздушной линии в кабельную происходит преломление электромагнитной волны и снижение ее напряжения. Если бы разрядник РВ был установлен в узловой точке, преломление волны затруднило бы его срабатывание. В связи с этим разрядник РВ находится на расстоянии 50 м от узловой точки и успевает сработать прежде, чем напряжение снизится за счет преломления волны в кабеле.
 [11]

Для обеспечения сжатия волновое сопротивление кабеля должно быть больше волнового сопротивления измерительной линии.
 [12]

Однако номинальные значения волновых сопротивлений кабелей стандартизованы. Типичными величинами стандартных волновых сопротивлений являются 50, 75, 100, 150, 200 Ом. Такая стандартизация в существенной степени способствует унификации узлов и компонентов радиоэлектронной аппаратуры.
 [13]

Трансформаторы обеспечивают согласование волновых сопротивлений 75-омного кабеля, присоединенного к выходу передатчика, и 300-омного антенного фидера.
 [15]

Страницы:  

   1

   2

   3

   4

   5




www.ngpedia.ru

Что такое волновое сопротивление

Одним их параметров любой токопроводящей линии является волновое сопротивление. Особенную актуальность оно приобретает в высокочастотной радиопередающей технике, где малейшее рассогласование работы контура приводит к существенным искажениям на выходе. С другой стороны, каждый владелец компьютера, связанного с другими в локальную сеть, ежедневно сталкивается с понятием «волновое сопротивление». Стоит отметить, что появление сетей Ethernet на основе витой пары позволило конечному пользователю особо не задумываться о коннекторах, заземлениях, терминаторах и качестве разъемов, как это имело место при коаксиальных кабельных линиях на 10 мегабит (и меньше). Однако даже в отношении витой пары применим термин «волновое сопротивление». Вообще, на особенностях эксплуатации компьютерных сетей остановимся чуть позже.

Итак, что же такое волновое сопротивление? Как уже указывалось, это одна их характеристик токопроводящей линии на основе металлических проводников. Последняя оговорка необходима, чтобы не смешивать современные оптические линии передачи данных и классические медные провода, где носителями энергии выступают не заряженные частицы, а свет — там действуют другие законы. Эта величина указывает, какое значение сопротивления линия оказывает генератору (источнику модулированных электрических колебаний). Не следует путать активное сопротивление, которое можно измерить обычным мультиметром, и волновое сопротивление среды, так как это совершенно разные вещи. Последнее не зависит от длины проводника (уже этого достаточно, чтобы сделать выводы о «сходстве» сопротивлений). Физически оно равняется квадратному корню из отношения индуктивности (Генри) к емкости (Фарады). Небольшая ремарка: несмотря на то, что в расчетах используются реактивные составляющие линии, волновое сопротивление контура всегда в расчетах считается активным.

Лучше всего рассмотреть все на примере. Представим себе простейшую цепь, состоящую из источника энергии (генератора, R1), проводников, обладающих волновым сопротивлением (R2), и потребителя (нагрузки, R3). При равенстве всех трех сопротивлений вся переданная энергия достигает потребителя и там выполняет полезную работу. Если же на каком-либо участке это равенство не соблюдается, то возникает несогласованный режим работы. В точке, где нарушается соответствие, появляется отраженная волна, и часть электромагнитной энергии возвращается назад – к генератору. Соответственно, приходится повышать его мощность, чтобы компенсировать величину отраженной энергии. Другими словами, часть энергии затрачивается «впустую», а это означает потери и неоптимальный режим работы. Кроме того, в некоторых случаях рассогласование вообще нарушает функционирование всей линии.

Теперь вернемся к компьютерным сетям, где волновое сопротивление играет важную роль. Для линий на основе коаксиального кабеля (50 Ом) важно соблюдение условия: сопротивления сетевых карт и проводника между ними должны быть равны. Только в этом случае работает система терминаторов и заземлений. Если же какой-либо участок кабельной линии физически немного растянуть (подвесить на проводнике груз), то из-за изменения диаметра проводников в этом месте изменится волновое сопротивление, возникнет отраженная волна, нарушающая работу системы. При этом замеренное активное сопротивление линии может практически не измениться (бюджетные приборы вообще не зарегистрируют увеличение сопротивления). Попытки восстановить линию путем пайки проводников на поврежденном участке еще больше усугубят ситуацию, так как появится не просто переходное сопротивление, а смесь различных сред (олово, медь), в которых волны распространяются по-разному.

В популярной же витой паре 5 категории волновое сопротивление равно 100 Ом. Благодаря этому допускается восстановление пайкой и даже скруткой.

fb.ru

22.Падающие и отраженные волны. Согласование нагрузки. Волновое сопротивление. Коаксиальные кабели

Длинная
линия
 —
регулярная линия передачи, длина которой
превышает длину волны (λ)
колебаний, распространяющихся в линии,
а расстояние между проводниками, из
которых состоит линия передачи,
значительно меньше длины волны.
Характерной особенностью длинных линий
является проявление интерференции
двух волн, распространяющихся навстречу
друг другу. Одна из этих волн создается
генератором электромагнитных колебаний,
подключенным к линии, и называется
падающей.
Другая волна может возникать из-за
отражения падающей волны от нагрузки,
подключенной к противоположному концу
линии, и называется отраженной.
Отраженная волна распространяется в
направлении, обратном падающей волне.
Все разнообразие процессов, происходящих
в длинной линии, определяется
амплитудно-фазовыми соотношениями
между падающей и отраженной волнами.
1)Телеграфные
уравнения(Начало координат – конец
линии передачи): 2 и 3)Комплексное
представление:

1)2)
3)

1)Общее
решение дифференциального уравнения(±γ
— корни характеристического уравнения):

1)2)
3)4)

2)
прямая (падающая) волна напряжения,3)
обратная (отраженная) волна
напряжения, 4)прямая (падающая) волна
тока


обратная (отраженная) волна тока

Согласованность
линии и нагрузки:

Несогласованная
нагрузка:
1)Короткое
замыкание,2)
Холостой ход.
3- Согласованная нагрузка:

1)2)
3)


коэффициент отражения

Чем
больше модуль коэффициента отражения,
тем заметнее влияние обратной волны,
тем менее равномерно распределяются
напряжение и ток вдоль линии и яснее
выражены максимумы и минимумы у кривой
действующего значения напряжения и
тока. При несогласованной нагрузке не
вся мощность, которую способна перенести
прямая волна, поглощается нагрузкой.
С обратной волной часть мощности
возвращается генератору. Электрические
линии связи требуют проведения
специальных мер, без которых невозможна
не только безошибочная передача данных,
но и вообще любое функционирование
сети. Согласование
электрических
линий связи применяется для обеспечения
нормального прохождения сигнала по
длинной линии без отражений и искажений.
Следует отметить, что в локальных сетях
кабель работает в режиме длинной линии
даже при минимальных расстояниях между
компьютерами, так как скорости передачи
информации и частотный спектр сигнала
очень велики. Принцип
согласования
кабеля прост: на его концах необходимо
установить согласующие резисторы
(терминаторы) с сопротивлением, равным
волновому
сопротивлению
используемого кабеля. Волновое
сопротивление Z
В
(Ом)

— сопротивление, которое встречает
электромагнитная волна при распространении
вдоль однородной линии без отражения,
т.е. при условии, что на процесс передачи
не влияют несогласованности на концах
линии. Волновое сопротивление СК зависит
от удельных значений емкости и
индуктивности кабеля. Волновое
сопротивление

– это параметр данного типа кабеля,
зависящий только от его устройства
(сечения, количества и формы проводников,
толщины и материала изоляции и т.д.).
Величина волнового
сопротивления
обязательно указывается в сопроводительной
документации на кабель и составляет
обычно от 50—100 Ом для коаксиального
кабеля, до 100—150 Ом для витой. Точное
значение волнового
сопротивления
легко можно измерить с помощью генератора
прямоугольных импульсов и осциллографа
как раз по отсутствию искажения формы
передаваемого по кабелю импульса. Если
согласующее, нагрузочное сопротивление
Rн
меньше волнового
сопротивления
кабеля Rв,
то фронт передаваемого прямоугольного
импульса на приемном конце будет
затянут, если же Rн
больше Rв,
то на фронте будет колебательный
процесс. Поэтому даже при идеально
согласованном на концах кабеля, волновое
сопротивление
которого существенно отличается от
стандартного, сеть, скорее всего,
работать не будет или будет работать
со сбоями. В простейшем случае проводная
ЛС — физическая цепь, образуемая парой
металлических проводников. Кабельные
ЛС образованы проводами с изоляционными
покрытиями, помещенными в защитные
оболочки. По конструкции и взаимному
расположению проводников различают
симметричные
(СК) и коаксиальные
(КК) кабели связи. Симметричная
цепь состоит из двух совершенно
одинаковых в электрическом и конструктивном
отношениях изолированных проводников.
Различают экранированные и неэкранированные
СК. Коаксиальная цепь представляет
собой два цилиндра с совмещенной осью,
причем один цилиндр — сплошной внутренний
проводник, концентрически расположен
внутри другого полого цилиндра (внешнего
проводника). Проводники изолированы
друг от друга диэлектрическим материалом.
В коаксиальных парах со сплошным
диэлектриком Zв=50 Ом, а при комбинированной
изоляции величина волнового сопротивления
составляет примерно 75 Ом.
Способность
коаксиальной цепи пропускать широкий
спектр частот конструктивно обеспечивается
коаксиальным расположением внутреннего
и внешнего проводников. Взаимодействие
электромагнитных полей внутреннего и
внешнего проводников коаксиальной
пары таково, что внешнее поле равно
нулю.

Учитывая,
что токи в проводниках а и б равны по
величине и обратны по знаку, магнитные
поля внутреннего и внешнего проводников и в
любой точке пространства вне коаксиальной
пары также будут равны по величине и
направлены в разные стороны. Следовательно,
результирующее магнитное поле вне
коаксиальной пары равно нулю. Вне
коаксиальной пары магнитное поле
отсутствует. Отсутствие внешнего
электромагнитного поля обусловливает
основные достоинства коаксиальных
кабелей: широкий диапазон частот,
большое число каналов, защищенность
от помех.

Распределение
плотности тока во внутреннем проводнике
определяется лишь действием
поверхностного эффекта. Силовые линии
внутреннего магнитного поля, пересекая
толщу проводника, наводят в нем вихревые
токи, направленные по закону Ленца
против вращения рукоятки буравчика.
Вихревые токи в центре проводника имеют
направление, обратное движению основного
тока, протекающего по проводнику, а на
периферии их направления совпадают. В
результате взаимодействия вихревых
токов с основным происходит такое
перераспределение тока по сечению
проводника, при котором плотность его
возрастает к поверхности проводника.
Данное явление, носящее название
поверхностного эффекта, увеличивается
с возрастанием частоты тока, магнитной
проницаемости, проводимости и диаметра
проводника. Во внешнем проводнике
плотность тока увеличивается в
направлении к ее внутренней поверхности.
Это объясняется воздействием поля
внутреннего проводника. При наличии
внутреннего проводника плотность тока
увеличивается на внутренней поверхности
внешнего проводника. Переменное
магнитное поле, создаваемое током
проводника a, наводит в металлической
толще полого проводника б вихревые
токи. На внутренней поверхности
проводника б вихревые токи совпадают
по направлению с основным током, а на
наружной поверхности движутся против
него. В результате ток в проводнике
перераспределяется таким образом, что
его плотность возрастает в направлении
к внутренней поверхности. Чем
выше частота тока, тем сильнее эффект
смещения тока на внешнюю поверхность
проводника а и внутреннюю поверхность
проводника б. Таким образом, внешний
проводник коаксиальной пары выполняет
две функции:1) является обратным
проводником цепи передачи;2) защищает
(экранирует) передачу, ведущуюся по
кабелю, от мешающих влияний.

studfiles.net

Почему волновое сопротивление коаксиальных волноводов 50 и 75 Ом?



&nbsp &nbsp &nbsp Казалось бы, кабель на 50 или 75 Ом такая привычная для нас вещь, что многие даже не задумывались, почему используются именно эти значения. Некоторые объясняют это тем, что для таких значений проще сделать согласующее устройство для антенны, кто-то говорит, что так сложилось исторически или такие кабели просто дешевле в изготовлении и они более гибкие, другие же объясняют это меньшим затуханием в волноводе. Все они отчасти правы. Но все-таки, как получаются именно 50 и 75 Ом? Об этом вы прочитаете под катом.

&nbsp &nbsp &nbsp Коаксиальный волновод необходим для передачи энергии от антенны к приемному устройству, или же от передающего устройства к антенне.

&nbsp &nbsp &nbsp Для приемника важно, чтобы волновод вносил как можно меньшее затухание, а для передатчика важно, чтобы был максимальный коэффициент передачи по мощности. Задавшись этими условиями можно произвести некоторый расчет и посмотреть, что в итоге получится.


&nbsp &nbsp &nbsp Как мы уже сказали выше, для приемника необходимо наименьшее затухание в волноводе, то есть как можно большая амплитуда напряженности, которая определяется следующим выражением:

&nbsp ― &nbsp амплитуда без учета затухания;
&nbsp ― &nbsp коэффициент затухания волн в коаксиальном волноводе;
&nbsp ― &nbsp длина линии;

&nbsp ― &nbsp погонное активное сопротивление;
&nbsp ― &nbsp волновое сопротивление;

&nbsp ― &nbsp магнитная постоянная, равная ;
&nbsp ― &nbsp относительная магнитная проницаемость, для большинства диэлектриков ;
&nbsp ― &nbsp электрическая постоянная, равная Ф/м;
&nbsp ― &nbsp относительная диэлектрическая проницаемость, для воздуха ;


&nbsp &nbsp &nbsp Активное сопротивление коаксиального кабеля обратно пропорционально диаметру его проводников, проводимости материала из которого сделаны проводники и толщине скин-слоя

&nbsp ― &nbsp проводимость материала проводника;
&nbsp ― &nbsp толщина скин-слоя;


&nbsp &nbsp &nbsp Подставим полученные выражения в формулу коэффициента затухания,


&nbsp &nbsp &nbsp Наименьшее затухание в линии будет тогда, когда коэффициент &nbsp &nbsp максимален. Для того, чтобы найти максимум функции вспомним следующее правило: если дифференцируемая функция &nbsp &nbsp имеет в точке &nbsp &nbsp экстремум, то ее производная обращается в ноль в этой точке; если при прохождении через какую-то точку знак производной меняется с плюса на минус, то эта точка будет максимумом, а если с минуса на плюс, то минимумом.

&nbsp &nbsp &nbsp Продифференцируем функцию коэффициента затухания по ,


&nbsp &nbsp &nbsp Приравняв производную к нулю, решим уравнение


&nbsp &nbsp &nbsp Волновое сопротивление волновода при таком соотношении диаметров оплетки и центральной жилы составляет 77 Ом,


&nbsp &nbsp &nbsp Наименьшее ослабление сигнала в коаксиальном кабеле достигается при данном волновом сопротивлении. Для приемных систем было принято как стандарт округленное значение — 75 Ом.

&nbsp &nbsp &nbsp В случае передатчика, то есть когда важен коэффициент передачи по мощности, с учетом напряженности пробоя коаксиальной линии получаем следующее:


известная со школы формула, только в ней нам следует учесть напряженность пробоя и вместо использовать волновое сопротивление .

&nbsp &nbsp &nbsp Напряженность пробоя


выразив отсюда &nbsp и подставив в формулу мощности получим,


&nbsp &nbsp &nbsp Продифференцируем по ,


&nbsp &nbsp &nbsp Приравняв производную к нулю, решим уравнение,


&nbsp &nbsp &nbsp При таком соотношении диаметров волновое сопротивление коаксиального волновода


&nbsp &nbsp &nbsp Максимальный коэффициент передачи по мощности с точки зрения передатчика наблюдается при сопротивлении 30 Ом, с учетом максимального напряжения пробоя.

&nbsp &nbsp &nbsp Думаю, не сложно догадаться, зная оптимальные волновые сопротивления для приемника и передатчика, какое оптимальное сопротивление коаксиального волновода для приемопередатчика. Правильно, 50 Ом.

&nbsp &nbsp &nbsp На практике же самым распространенным коаксиальным кабелем является 50 Ом кабель, поскольку в нем совмещена возможность передачи радиосигналов с небольшими потерями в кабеле, а так же близкие к предельно достижимым показания электрической прочности и передаваемой мощности.

&nbsp &nbsp &nbsp В телевидении применение 75 Ом коаксиальных кабелей объясняется тем, что как было посчитано выше, такие кабели обладают наименьшим ослаблением сигнала, что и нужно для телевизионного приемника.

we.easyelectronics.ru

Волновое сопротивление коаксиального кабеля

Коаксиальный кабель, что это? Волновое сопротивление.

Наверное, вы не раз слышали такие словосочетания как витая пара, экранированный провод и высокочастотный сигнал?  Так вот, коаксиальный кабель — эта разновидность витой пары, но с гораздо большей помехозащищенностью, наиболее подходящий проводник для ВЧ сигнала.

Коаксиальный кабель состоит из центральной жилы (проводника), экранированного слоя (экрана) и двух изолирующих слоев.

Внутренний изолятор служит для изоляции центральной жилы коаксиального кабеля от экрана, внешний — для защиты кабеля от механических повреждений и электрической изоляции.

Коаксиальный кабель

Защита от помех коаксиальным кабелем. Причина возникновения помех

Что представляют из себя помехи в не коаксиальном кабеле

Стоит сразу разобраться с вопросом защиты от помех. Разберем общие принципы природы их возникновения и влияния помех на передачу информации.

Итак, все мы знаем, что существуют некие помехи в линиях электропередач. Они представляют из себя всплески и, наоборот, пропадания номинального (того, которое должно быть) напряжения в кабеле (в проводе). На графике (зависимости напряжения в кабеле от времени) помехи выглядят так:

Сигнал с помехами

Причина возникновения помех — электромагнитные поля от других сигналов и кабелей. Как мы знаем из курса школьной физики, у электричества есть две составляющие — электрическая и магнитная. Первая представляет собой течение тока по проводнику, а вторая — электромагнитное поле, которое создает ток.

Электромагнитное поле распространяется в среде в форме сферы в бесконечность. Проходя  через незащищенный от помех (не коаксиальный) кабель,  электромагнитный сигнал влияет на магнитную составляющую электрического сигнала в кабеле и вызывает в нем помехи, отклоняя напряжение сигнала от номинального.

Представьте себе, что мы обрабатываем (считываем) сигнал напряжением 10 В с определенной тактовой частотой, например в 1Гц. Это значит, что мы мгновенно списываем показания напряжения в линии каждую секунду. Что произойдет, если именно в момент считывания помеха сильно отклонит напряжение, например с 10 вольт до 7,4 вольт? Правильно, ошибка, мы считаем ложную информацию! Проиллюстрируем этот момент:

Запись сигнала с помехами

Но мы должны помнить о том, что напряжение у нас мерится от корпуса (или от минуса). И фишка в том, что в радиоэлектронике (в электронике высокочастотных сигналов) большую отрицательную роль играют именно высокочастотные помехи, и вот она, собственно говоря, истина: в момент, когда помеха действует на центральную жилу коаксиального кабеля, та же самая помеха действует и на экран коаксиального кабеля, а напряжение мерится от корпуса (который соединен с экраном), поэтому разность потенциалов между экранной частью коаксиального кабеля и его центральной жилой остается неизменной.

Поэтому основная задача в защите от помех при передачи сигнала — держать экранный слой или провод как можно ближе к центральному и всегда на одном и том же расстоянии.

Что лучше защищает от электромагнитных помех — витая пара или коаксиальный кабель?

Сразу ответим на вопрос. Коаксиальный кабель защищает от помех лучше, чем витая пара.

Есть некоторые тонкости, связанные с паразитной емкостью, сопротивлением и обратными токами при передаче ВЧ сигнала, но лучше всего будет представить и запомнить так:

В витой паре два провода свиты между собой и заизолированы друг от друга. Плюсовой провод при сгибах может на доли миллиметра отдаляться от минусового, что отдаляет, собственно, плюс от корпуса. Кроме того, сами жилы плюсового и минусового провода за счет изоляции уже имеют между собой определенный зазор. Помеха может проскочить, но вероятность достаточно мала.

В Коаксиальном кабеле экранный слой по кругу, полностью обволакивает центральную жилу. Помеха никак не может пройти через центральную жилу, минуя экран коаксиала.  Кроме того, качество материала, из которого изготавливается коаксиальный кабель, по требованиям государственного стандарта превосходит качество материалов для витых пар. Точка.

Волновое сопротивление

Основная характеристика коаксиального кабеля — волновое сопротивление. Это величина, в общем говоря, характеризующая затухание амплитуды сигнала в коаксиальном кабеле на 1 погонный метр.

Получается она из выражения частного от напряжения сигнала, передаваемого по коаксиальному кабелю, деленного на ток при этом напряжении в коаксиальном кабеле, мерится в Омах.

Но главное, запомните что она характеризует — затухание передаваемого сигнала. Это сама суть волнового сопротивления коаксиальных кабелей. Уменьшение амплитуды напряжения и тока — есть затухание сигнала.

Для того, чтобы окунуться в волновое сопротивление коаксиальных кабелей глубже, нужно знать много разных понятий о теории электромагнитных волн, таких как амплитуда без учета затухания, активное погонное сопротивление, коэффициент затухания электромагнитных волн в коаксиальном волноводе, несколько постоянных электрических величин, затем построить пару интегральных волновых графиков и понять, что все-таки, 77 Ом  — идеально подходит для советского телевидения, 30 Ом — идеально подходит для всего кроме советского телевидения, ну а 50 Ом — золотая середина между советским телевидением, коаксиальным кабелем и всем остальным!

Но лучше —  запомните суть, а остальному — поверьте на слово)

Стандарты волновых сопротивлений коаксиальных кабелей:

50 Ом. Самый распространенный стандарт коаксиального кабеля. Оптимальные характеристики по передаваемой мощности сигнала, электрической изоляции (плюса от минуса), минимальные потери сигнала при передаче радиосигнала.

75 Ом. Был широко распространен в СССР в части передачи телевизионного и видеосигнала и, что примечательно, оптимально подходит именно для этих целей.

100 Ом, 150 Ом, 200 Ом. Применяются крайне редко, в узкоспециализированных задачах.

Также, немаловажными характеристиками являются:

  • упругость;
  • жесткость;
  • диаметр внутренней изоляции;
  • тип экрана;
  • металл проводника;
  • степень экранировки.

Остались вопросы? Напишите в комментарии) Мы ответим!

micro-proger.ru

Почему волновое сопротивление коаксиальных волноводов 50 и 75 Ом?

      Казалось бы, кабель на 50 или 75 Ом такая привычная для нас вещь, что многие даже не задумывались, почему используются именно эти значения. Некоторые объясняют это тем, что для таких значений проще сделать согласующее устройство для антенны, кто-то говорит, что так сложилось исторически или такие кабели просто дешевле в изготовлении и они более гибкие, другие же объясняют это меньшим затуханием в волноводе. Все они отчасти правы. Но все-таки, как получаются именно 50 и 75 Ом? Об этом вы прочитаете под катом.       Коаксиальный волновод необходим для передачи энергии от антенны к приемному устройству, или же от передающего устройства к антенне.

      Для приемника важно, чтобы волновод вносил как можно меньшее затухание, а для передатчика важно, чтобы был максимальный коэффициент передачи по мощности. Задавшись этими условиями можно произвести некоторый расчет и посмотреть, что в итоге получится.

      Как мы уже сказали выше, для приемника необходимо наименьшее затухание в волноводе, то есть как можно большая амплитуда напряженности, которая определяется следующим выражением:   ―   амплитуда без учета затухания;   ―   коэффициент затухания волн в коаксиальном волноводе;   ―   длина линии;   ―   погонное активное сопротивление;   ―   волновое сопротивление;   ―   магнитная постоянная, равная ;   ―   относительная магнитная проницаемость, для большинства диэлектриков ;   ―   электрическая постоянная, равная Ф/м;   ―   относительная диэлектрическая проницаемость, для воздуха ;       Активное сопротивление коаксиального кабеля обратно пропорционально диаметру его проводников, проводимости материала из которого сделаны проводники и толщине скин-слоя   ―   проводимость материала проводника;   ―   толщина скин-слоя;       Подставим полученные выражения в формулу коэффициента затухания,       Наименьшее затухание в линии будет тогда, когда коэффициент     максимален. Для того, чтобы найти максимум функции вспомним следующее правило: если дифференцируемая функция     имеет в точке     экстремум, то ее производная обращается в ноль в этой точке; если при прохождении через какую-то точку знак производной меняется с плюса на минус, то эта точка будет максимумом, а если с минуса на плюс, то минимумом.

      Продифференцируем функцию коэффициента затухания по ,

      Приравняв производную к нулю, решим уравнение       Волновое сопротивление волновода при таком соотношении диаметров оплетки и центральной жилы составляет 77 Ом,       Наименьшее ослабление сигнала в коаксиальном кабеле достигается при данном волновом сопротивлении. Для приемных систем было принято как стандарт округленное значение — 75 Ом.       В случае передатчика, то есть когда важен коэффициент передачи по мощности, с учетом напряженности пробоя коаксиальной линии получаем следующее: известная со школы формула, только в ней нам следует учесть напряженность пробоя и вместо использовать волновое сопротивление .       Напряженность пробоя выразив отсюда   и подставив в формулу мощности получим,       Продифференцируем по ,       Приравняв производную к нулю, решим уравнение,       При таком соотношении диаметров волновое сопротивление коаксиального волновода       Максимальный коэффициент передачи по мощности с точки зрения передатчика наблюдается при сопротивлении 30 Ом, с учетом максимального напряжения пробоя.       Думаю, не сложно догадаться, зная оптимальные волновые сопротивления для приемника и передатчика, какое оптимальное сопротивление коаксиального волновода для приемопередатчика. Правильно, 50 Ом.       На практике же самым распространенным коаксиальным кабелем является 50 Ом кабель, поскольку в нем совмещена возможность передачи радиосигналов с небольшими потерями в кабеле, а так же близкие к предельно достижимым показания электрической прочности и передаваемой мощности.

      В телевидении применение 75 Ом коаксиальных кабелей объясняется тем, что как было посчитано выше, такие кабели обладают наименьшим ослаблением сигнала, что и нужно для телевизионного приемника.

we.easyelectronics.ru

Определение параметров коаксиального кабеля

   Одним из основных параметров высокочастотного кабеля является волновое сопротивление. Обычным омметром его не измерить — для этого нужен специальный прибор. Сам кабель (отечественного производства) не имеет маркировки и если вы не знаете его тип, то, воспользовавшись штангенциркулем, легко сможете определить волновое сопротивление с помощью несложных вычислений.

   Для этого нужно снять внешнюю защитную оболочку с конца кабеля, завернуть оплетку и измерить диаметр внутренней полиэтиленовой изоляции. Затем снять изоляцию и измерить диаметр центральной жилы. После этого результат первого измерения разделим на результат второго: при полученном отношении примерно 3,3…3,7 волновое сопротивление кабеля составит 50 Ом, при отношении 6,5…6,9 — составляет 75 Ом.

   Вторым важным параметром является удельное затухание. Эта величина характеризует потери уровня сигнала при его прохождении через один метр кабеля и позволяет сравнивать кабели разных марок.

   Затухание тем больше, чем больше длина кабеля и чем больше частота сигнала. Удельное затухание измеряется в децибелах на метр (дБ/м) и приводится в справочниках в виде таблиц или графиков.

   На рис. 7.11 приведены зависимости удельного затухания коаксиальных кабелей разных марок от частоты. Пользуясь ими, можно подсчитать затухание сигнала в кабеле, при известной его длине, на любой частоте.

   Волновое сопротивление линии с малыми потерями определяется по формуле:

   Обозначение коаксиального кабеля состоит из букв и трех чисел: буквы РК обозначают радиочастотный коаксиальный кабель, первое число показывает волновое сопротивление кабеля в омах, второе — округленный внутренний диаметр оплетки в миллиметрах, третье — номер разработки. Из графика видно, что удельное затухание зависит от толщинь кабеля: чем он толще, тем удельное затухание меньше.

   Зная длину кабеля, воспользовавшись таблицей 7.2, можно перевести затухание из децибелов в относительное ослабление уровня сигнала на выходе.

   Для практического определения волнового сопротивления любой неизвестной линии передачи, от коаксиального кабеля до пары скрученных проводов, можно также воспользоваться измерителем индуктивности и емкости.

   Волновое сопротивление линии с малыми потерями определяется по формуле:

   Для расчета необходимо выполнить измерение индуктивности закороченного куска линии длиной 1…5 м, а затем измерить емкость разомкнутого на конце куска. При меньшей или большей длине отрезка линии погрешность измерения увеличивается.

   Например, волновое сопротивление сетевых шнуров питания лежит в пределах 30…60 Ом, большинства экранированных микрофонных шнуров — 40…70 Ом, телефонной пары — 70…100 Ом.

nauchebe.net

22.Падающие и отраженные волны. Согласование нагрузки. Волновое сопротивление. Коаксиальные кабели

Длинная линия — регулярная линия передачи, длина которой превышает длину волны (λ) колебаний, распространяющихся в линии, а расстояние между проводниками, из которых состоит линия передачи, значительно меньше длины волны. Характерной особенностью длинных линий является проявление интерференции двух волн, распространяющихся навстречу друг другу. Одна из этих волн создается генератором электромагнитных колебаний, подключенным к линии, и называется падающей. Другая волна может возникать из-за отражения падающей волны от нагрузки, подключенной к противоположному концу линии, и называется отраженной. Отраженная волна распространяется в направлении, обратном падающей волне. Все разнообразие процессов, происходящих в длинной линии, определяется амплитудно-фазовыми соотношениями между падающей и отраженной волнами. 1)Телеграфные уравнения(Начало координат – конец линии передачи): 2 и 3)Комплексное представление:

1)2) 3)

1)Общее решение дифференциального уравнения(±γ — корни характеристического уравнения):

1)2) 3)4)

2) прямая (падающая) волна напряжения,3) обратная (отраженная) волна напряжения, 4)прямая (падающая) волна тока

— обратная (отраженная) волна тока

Согласованность линии и нагрузки:

Несогласованная нагрузка: 1)Короткое замыкание,2) Холостой ход. 3- Согласованная нагрузка:

1)2) 3)

— коэффициент отражения

Чем больше модуль коэффициента отражения, тем заметнее влияние обратной волны, тем менее равномерно распределяются напряжение и ток вдоль линии и яснее выражены максимумы и минимумы у кривой действующего значения напряжения и тока. При несогласованной нагрузке не вся мощность, которую способна перенести прямая волна, поглощается нагрузкой. С обратной волной часть мощности возвращается генератору. Электрические линии связи требуют проведения специальных мер, без которых невозможна не только безошибочная передача данных, но и вообще любое функционирование сети. Согласование электрических линий связи применяется для обеспечения нормального прохождения сигнала по длинной линии без отражений и искажений. Следует отметить, что в локальных сетях кабель работает в режиме длинной линии даже при минимальных расстояниях между компьютерами, так как скорости передачи информации и частотный спектр сигнала очень велики. Принцип согласования кабеля прост: на его концах необходимо установить согласующие резисторы (терминаторы) с сопротивлением, равным волновому сопротивлению используемого кабеля. Волновое сопротивление ZВ (Ом) — сопротивление, которое встречает электромагнитная волна при распространении вдоль однородной линии без отражения, т.е. при условии, что на процесс передачи не влияют несогласованности на концах линии. Волновое сопротивление СК зависит от удельных значений емкости и индуктивности кабеля. Волновое сопротивление – это параметр данного типа кабеля, зависящий только от его устройства (сечения, количества и формы проводников, толщины и материала изоляции и т.д.). Величина волнового сопротивления обязательно указывается в сопроводительной документации на кабель и составляет обычно от 50—100 Ом для коаксиального кабеля, до 100—150 Ом для витой. Точное значение волнового сопротивления легко можно измерить с помощью генератора прямоугольных импульсов и осциллографа как раз по отсутствию искажения формы передаваемого по кабелю импульса. Если согласующее, нагрузочное сопротивление Rн меньше волнового сопротивления кабеля Rв, то фронт передаваемого прямоугольного импульса на приемном конце будет затянут, если же Rн больше Rв, то на фронте будет колебательный процесс. Поэтому даже при идеально согласованном на концах кабеля, волновое сопротивление которого существенно отличается от стандартного, сеть, скорее всего, работать не будет или будет работать со сбоями. В простейшем случае проводная ЛС — физическая цепь, образуемая парой металлических проводников. Кабельные ЛС образованы проводами с изоляционными покрытиями, помещенными в защитные оболочки. По конструкции и взаимному расположению проводников различают симметричные (СК) и коаксиальные (КК) кабели связи. Симметричная цепь состоит из двух совершенно одинаковых в электрическом и конструктивном отношениях изолированных проводников. Различают экранированные и неэкранированные СК. Коаксиальная цепь представляет собой два цилиндра с совмещенной осью, причем один цилиндр — сплошной внутренний проводник, концентрически расположен внутри другого полого цилиндра (внешнего проводника). Проводники изолированы друг от друга диэлектрическим материалом. В коаксиальных парах со сплошным диэлектриком Zв=50 Ом, а при комбинированной изоляции величина волнового сопротивления составляет примерно 75 Ом. Способность коаксиальной цепи пропускать широкий спектр частот конструктивно обеспечивается коаксиальным расположением внутреннего и внешнего проводников. Взаимодействие электромагнитных полей внутреннего и внешнего проводников коаксиальной пары таково, что внешнее поле равно нулю.

Учитывая, что токи в проводниках а и б равны по величине и обратны по знаку, магнитные поля внутреннего и внешнего проводников и в любой точке пространства вне коаксиальной пары также будут равны по величине и направлены в разные стороны. Следовательно, результирующее магнитное поле вне коаксиальной пары равно нулю. Вне коаксиальной пары магнитное поле отсутствует. Отсутствие внешнего электромагнитного поля обусловливает основные достоинства коаксиальных кабелей: широкий диапазон частот, большое число каналов, защищенность от помех.

Распределение плотности тока во внутреннем проводнике определяется лишь действием поверхностного эффекта. Силовые линии внутреннего магнитного поля, пересекая толщу проводника, наводят в нем вихревые токи, направленные по закону Ленца против вращения рукоятки буравчика. Вихревые токи в центре проводника имеют направление, обратное движению основного тока, протекающего по проводнику, а на периферии их направления совпадают. В результате взаимодействия вихревых токов с основным происходит такое перераспределение тока по сечению проводника, при котором плотность его возрастает к поверхности проводника. Данное явление, носящее название поверхностного эффекта, увеличивается с возрастанием частоты тока, магнитной проницаемости, проводимости и диаметра проводника. Во внешнем проводнике плотность тока увеличивается в направлении к ее внутренней поверхности. Это объясняется воздействием поля внутреннего проводника. При наличии внутреннего проводника плотность тока увеличивается на внутренней поверхности внешнего проводника. Переменное магнитное поле, создаваемое током проводника a, наводит в металлической толще полого проводника б вихревые токи. На внутренней поверхности проводника б вихревые токи совпадают по направлению с основным током, а на наружной поверхности движутся против него. В результате ток в проводнике перераспределяется таким образом, что его плотность возрастает в направлении к внутренней поверхности. Чем выше частота тока, тем сильнее эффект смещения тока на внешнюю поверхность проводника а и внутреннюю поверхность проводника б. Таким образом, внешний проводник коаксиальной пары выполняет две функции:1) является обратным проводником цепи передачи;2) защищает (экранирует) передачу, ведущуюся по кабелю, от мешающих влияний.

studfiles.net

el-cab.ru

Коаксиальный кабель — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 23 июля 2018;
проверки требует 1 правка.
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 23 июля 2018;
проверки требует 1 правка.

Коаксиа́льный ка́бель (от лат. co — совместно и axis — ось, то есть соосный; разговорное коаксиал от англ. coaxial) — электрический кабель, состоящий из центрального проводника и экрана, расположенных соосно и разделённых изоляционным материалом или воздушным промежутком. Используется для передачи радиочастотных электрических сигналов. Отличается от экранированного провода, применяемого для передачи постоянного электрического тока и низкочастотных сигналов, более однородным в направлении продольной оси сечением (форма поперечного сечения, размеры и значения электромагнитных параметров материалов нормированы) и применением более качественных материалов для электропроводников и изоляции. Изобретён и запатентован в 1880 году британским физиком Оливером Хевисайдом.

«Телевизионный» коаксиальный кабель типа RG-59, применяемый для подключения антенны к телевизионному приемнику

ru.wikipedia.org