Коаксиальные кабели и соединения¶
Коаксиальный (от лат. co — совместно и axis — ось) — тип конструкции электрических и оптических линий передачи, в которой центральный проводник, волокно или иной внутренний элемент расположен соосно с внешним экраном (оболочкой), разделённым с ним слоем диэлектрика. Такая геометрия обеспечивает передачу сигнала в режиме поперечной электромагнитной волны, при котором электромагнитное поле сосредоточено в пространстве между внутренним и внешним проводниками, а излучение во внешнюю среду практически отсутствует. Наибольшее распространение получили коаксиальные кабели, применяемые в радиотехнике, связи, измерительной технике и вычислительных сетях.
¶История
Принцип соосной передачи предложил в 1880 году английский инженер и математик Оливер Хевисайд, запатентовавший конструкцию, близкую к современной. Практическое применение коаксиальные линии нашли в 1920–1930-е годы в системах дальней связи и на радиостанциях. В 1929 году американский инженер Ллойд Эспеншид получил патент на гибкий коаксиальный кабель с полиэтиленовой изоляцией. Массовое распространение началось после Второй мировой войны, когда коаксиальные кабели стали основой радиолокационных и телевизионных трактов. В СССР коаксиальные линии разрабатывались с 1930-х годов для магистральной связи и телевидения.
¶Устройство и принцип работы
Типовая конструкция коаксиального кабеля включает четыре основных элемента:
- Внутренний проводник — одиночная медная жила или многопроволочный пучок, по которому передаётся сигнал.
- Диэлектрик — изоляция из полиэтилена, фторопласта, вспененных материалов, обеспечивающая постоянное расстояние между проводниками.
- Внешний проводник (экран) — оплётка из медных проволок, фольга или их комбинация; служит обратным проводом и защитой от помех.
- Оболочка — наружный защитный слой из ПВХ, полиэтилена или фторопласта.
Электромагнитное поле распространяется в диэлектрике между проводниками. Внешний экран одновременно экранирует линию от внешних наводок и препятствует излучению сигнала наружу. Основные электрические параметры — волновое сопротивление, погонное затухание, коэффициент укорочения, ёмкость на единицу длины.
¶Классификация
Коаксиальные кабели различают по нескольким признакам.
По значению волнового сопротивления выделяют стандартные номиналы: 50 Ом (радиотехника, измерительные приборы), 75 Ом (телевидение, видеотракты), 100 и 150 Ом (специальные применения). По гибкости различают жёсткие (с трубчатым внешним проводником), полужёсткие и гибкие кабели. По диаметру и назначению — магистральные, распределительные и абонентские. Отдельную группу образуют коаксиальные разъёмы и соединители: BNC, N-типа, SMA, F-типа, СР-50 и другие.
¶Применение
- Радиотехника и связь — соединение антенн с приёмопередающей аппаратурой, фидерные тракты.
- Телевидение — передача сигналов эфирного, кабельного и спутникового ТВ.
- Компьютерные сети — исторические стандарты Ethernet на тонком и толстом коаксиальном кабеле (10BASE2, 10BASE5).
- Измерительная техника — подключение осциллографов, генераторов, анализаторов спектра.
- Промышленность и транспорт — линии связи в условиях сильных помех.
¶Коаксиальные и волоконно-оптические аналоги
Понятие «коаксиальный» применяется и к оптическим элементам. Коаксиальный волоконно-оптический кабель содержит световод, окружённый слоями защитных оболочек, расположенных соосно. В измерительной технике используются коаксиальные датчики, зонды и переходники, а также коаксиальные камеры и резонаторы в ускорителях и СВЧ-устройствах.
¶Преимущества и ограничения
К достоинствам коаксиальных линий относят высокую помехозащищённость, широкую полосу пропускания, малые потери на высоких частотах, простоту монтажа и относительно низкую стоимость. К недостаткам — затухание, растущее с частотой и длиной, громоздкость по сравнению с витой парой, чувствительность к механическим повреждениям и сложность организации разветвлённых сетей. В магистральной связи коаксиальные кабели в значительной мере вытеснены волоконно-оптическими, однако в радиотехнике, телевидении и измерительной технике сохраняют широкое применение.
Источники: технические справочники по радиотехнике и кабельным линиям связи, материалы по истории электросвязи, стандарты серии ГОСТ и IEC на радиочастотные кабели.