同軸電纜
編輯同軸電纜,是一種類型的電纜由內的導體由一同心包圍導電屏蔽,與由分開的兩個電介質(絕緣材料);?許多同軸電纜還具有保護性外套或護套。術語“同軸”是指共享幾何軸的內部導體和外部屏蔽。
同軸電纜是一種傳輸線,用于傳輸低損耗的高頻電信號。它用于電話干線、寬帶互聯網電纜、高速計算機數據總線、有線電視信號以及將無線電發射器和接收器連接到天線的應用。它與其他屏蔽電纜的不同之處在于,電纜和連接器的尺寸受到控制,以提供精確、恒定的導體間距,這是使其有效用作傳輸線所必需的。
同軸電纜用于xxx批(1858年)和隨后的跨大西洋電纜安裝,但直到1880年,英國物理學家、工程師和數學家奧利弗·海維賽德(Oliver Heaviside)才對同軸電纜的理論進行了描述,后者于當年對該設計申請了專利(英國專利1407號) 。
同軸電纜的應用
編輯同軸電纜用作射頻信號的傳輸線。它的應用包括將無線電發射器和接收器連接到天線的饋線、計算機網絡(例如以太網)連接、數字音頻(S / PDIF)以及有線電視信號的分配。同軸電纜相對于其他類型的無線電傳輸線的一個優點是,在理想的同軸電纜中,承載信號的電磁場僅存在于內部和外部導體之間的空間中。這允許將同軸電纜走線安裝在金屬物體旁邊,而不會發生其他類型的傳輸線中的功率損耗。同軸電纜還可以保護信號免受外部電磁干擾。
描述
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中,幾乎沒有泄漏在盾牌外??面。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。該特性使同軸電纜成為承載微弱信號(不能容忍來自環境的干擾)和增強電信號(不允許輻射或耦合到相鄰結構或電路中)的理想選擇。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xxx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xxx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隨頻率、電壓處理能力和屏蔽質量的變化。
同軸電纜的施工
編輯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中電纜的內部導體。
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。固體聚四氟乙烯(PTFE)也用作絕緣體,并且專門用于充氣級電纜中。某些同軸線使用的空氣(或一些其它的氣體),并有間隔件,以保持內部導體接觸到護罩。
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。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呈波紋狀,以實現柔韌性,而內導體則通過塑料螺旋線保持在適當位置,以近似于空氣絕緣體。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。的介電損耗增加的順序:理想電介質、真空、空氣、聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯泡沫和固體聚。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%,但某些類型的泡沫電介質可以在潮濕環境中吸收水分(尤其是在其許多表面),從而顯著增加損耗。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絞線支撐,因此,在大多數導體和外套內部之間存在空隙。下層空氣的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。有時將內部導體鍍銀,以使表面光滑并減少由于集膚效應而造成的損耗。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。在戶外應用中,可能需要夾克能夠抵抗紫外線、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。
同軸電纜的信號傳播
編輯雙引線傳輸線的特性是,沿傳輸線向下傳播的電磁波會延伸到平行線周圍的空間中。這些線路損耗低,但也有不良特性。在不改變其特征阻抗的情況下,它們不能彎曲,緊密扭曲或以其他方式成形,從而導致信號反射回信號源。它們也不能被掩埋,沿著或傳導到任何導電體上,因為擴展的場會在附近的導體中感應出電流,從而導致有害的輻射并擾亂線路。絕緣子用于使它們遠離平行的金屬表面。同軸線通過將幾乎所有的電磁波限制在電纜內部區域來很大程度上解決了這個問題。因此,只要采取措施確保電纜中的差模信號推挽電流,同軸線就可以彎曲和適度扭曲而不會產生負面影響,并且可以將其綁在導電支架上而不會在其中感應出不希望的電流。
在高達幾千兆赫的射頻應用中,波主要以橫向電磁(TEM)模式傳播,這意味著電場和磁場都垂直于傳播方向。但是,在某個截止頻率之上,橫向電(TE)或橫向磁(TM)模式也可以傳播,就像它們在空心波導中一樣。通常不希望在截止頻率以上傳輸信號,因為這可能導致具有不同相位速度的多種模式相互干擾傳播。外徑與截止頻率大致成反比。同軸電纜中也存在不包含或不需要外部屏蔽層但只包含一個中心導體的傳播面波模式,但是這種模式在常規幾何形狀和公共阻抗的同軸電纜中得到有效抑制。用于該TM模式的電場線具有縱向分量,并且需要半波長或更長的線長度。
同軸電纜可以看作是一種波導。功率以TEM00橫向模式通過徑向電場和周向磁場傳輸。這是從零頻率(DC)到由電纜的電氣尺寸確定的上限的主導模式。
同軸電纜連接器
編輯同軸電纜的末端通常以連接器端接。同軸連接器設計為在整個連接中保持同軸形式,并具有與連接電纜相同的阻抗。連接器通常鍍有高電導率的金屬,例如銀或耐銹蝕的金。由于集膚效應,RF信號僅由鍍層以較高的頻率傳輸,而不會滲透到連接器主體。但是,銀會很快失去光澤,并且生成的硫化銀導電性差,從而降低連接器性能,這使銀成為該應用的較差選擇。
同軸電纜的使用
編輯20世紀,長距離同軸電纜用于連接無線電網絡,電視網絡和長途電話網絡,盡管后來已被后來的方法(光纖、T1 / E1、衛星)取代。
較短的同軸電纜仍然將有線電視信號傳送到大多數電視接收器,并且此目的消耗了大多數同軸電纜的生產。在1980年代和1990年代初期,同軸電纜還用于計算機網絡,最主要的是在以太網絡中,1990年代后期至2000年代初,同軸電纜被北美的UTP電纜和西歐的STP電纜所取代,兩者均具有8P8C模塊化連接器。
廣泛使用的最常見的阻抗是50或52歐姆和75歐姆,盡管其他阻抗可用于特定應用。50/52歐姆電纜廣泛用于工業和商業雙向射頻應用(包括無線電和電信),盡管75歐姆通常用于廣播電視和無線電。
同軸電纜通常用于將數據/信號從天線傳輸到接收器,從碟形衛星天線傳輸到衛星接收器,從電視天線傳輸到電視接收器,從天線桿傳輸到無線電接收器等等。在許多情況下,同一根同軸電纜以相反的方向向天線傳輸功率,以為低噪聲放大器供電。在某些情況下,單根同軸電纜承載(單向)電源和雙向數據/信號。
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