同轴电缆的特性解释号共10页
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同轴电缆(Coaxtal CabLe)常用于设备与设备之间的连接,或应用在总线型网络拓扑中。
同轴电缆中心轴线是一条铜导线,外加一层绝缘材料,在这层绝缘材料外边是由一根空心的圆柱网状铜导体包裹,最外一层是绝缘层。
它与双绞线相比,同轴电缆的抗干扰能力强、屏蔽性能好、传输数据稳定、价格也便宜,而且它不用连接在集线器或交换机上即可使用。
根据直径的不同,又可分为细缆(RG-58)(如图5所示)和粗缆(RG-11)(如图6所示)两种。
细缆的直径为0.26cm,最大传输距离185米,使用时与50Ω终端电阻、T型连接器、BNC接头与网卡相连,线材价格和连接头成本都比较便宜,而且不需要购置集线器等设备,十分适合架设终端设备较为集中的小型以太网络。
缆线总长不要超过185米,否则信号将严重衰减。
细缆的阻抗是50Ω。
粗缆的直径为1.27cm,最大传输距离达到500米。
由于直径相当粗,因此它的弹性较差,不适合在室内狭窄的环境内架设,而且RG-11连接头的制作方式也相对要复杂许多,并不能直接与电脑连接,它需要通过一个转接器转成AUI 接头,然后再接到电脑上。
由于粗缆的强度较强,最大传输距离也比细缆长,因此粗缆的主要用途是扮演网络主干的角色,用来连接数个由细缆所结成的网络。
粗缆的阻抗是75Ω。
同轴电缆的优点是可以在相对长的无中继器的线路上支持高带宽通信,而其缺点也是显而易见的:一是体积大,细缆的直径就有3/8英寸粗,要占用电缆管道的大量空间二是不能承受缠结、压力和严重的弯曲,这些都会损坏电缆结构,阻止信号的传输最后就是成本高,而所有这些缺点正是双绞线能克服的,因此在现在的局域网环境中,基本已被基于双绞线的以太网物理层规范所取代。
同轴电缆是用来和BNC接头相连接的,BNC头是一个螺旋凹槽的金属接头,它由金属套头、镀金针头和3C/5C金属套管组成的(如图7所示)。
我们只要利用普通的钳子即可制作好。
在细缆两端都必须安装BNC接头,它是通过专用T型接头(如图8所示)与网卡相连接的。
同轴电缆的特点_同轴电缆原理同轴电缆结构特点同轴电缆由内部导体环绕绝缘层以及绝缘层外的金属屏蔽网和最外层的护套组成。
这种结构的金属屏蔽网可防止中心导体向外辐射电磁场,也可用来防止外界电磁场干扰中心导体的信号。
结构示意图:第一代同轴电缆:实芯聚乙烯材料作绝缘介质的同轴电缆特点:工艺简单、衰减大。
第二代同轴电缆:化学发泡聚乙烯材料作绝缘介质的同轴电缆特点:发泡度50%以下,而且有化学发泡剂残留物,影响介电性能。
第三代同轴电缆:藕芯纵孔聚乙烯材料作绝缘介质的同轴电缆特点:衰减较前二代都低,但藕状体易渗水,国外规定其使用寿命为五年。
第四代同轴线缆:物理发泡聚乙烯材料作绝缘介质的同轴电缆特点:发泡度高达80%,衰减特小,微孔密闭,性能稳定,使用寿命长。
同轴电缆优缺点同轴电缆的优点是可以在相对长的无中继器的线路上支持高带宽通信,而其缺点也是显而易见的:一是体积大,细缆的直径就有3/8英寸粗,要占用电缆管道的大量空间;二是不能承受缠结、压力和严重的弯曲,这些都会损坏电缆结构,阻止信号的传输;最后就是成本高,而所有这些缺点正是双绞线能克服的,因此在现在的局域网环境中,基本已被基于双绞线的以太网物理层规范所取代。
同轴电缆原理同轴电缆从用途上分可分为50Ω基带同轴电缆和75Ω宽带同轴电缆两类(即网络同轴电缆和视频同轴电缆)。
基带电缆又分细同轴电缆和粗同轴电缆。
基带电缆仅仅用于数字传输,数据率可达10Mbps。
同轴电缆(Coaxial Cable)是指有两个同心导体,而导体和屏蔽层又共用同一轴心的电缆。
最常见的同轴电缆由绝缘材料隔离的铜线导体组成,在里层绝缘材料的外部是另一层环形导体及其绝缘体,然后整个电缆由聚氯乙烯或特氟纶材料的护套包住。
同轴电缆名词解释一、同轴电缆是什么?同轴电缆(Coaxial Cable)是一种常用的传输信号的电缆,由内部导体、绝缘层、外层导体和保护层组成。
内部导体和外层导体共享同一个轴线,因此称为同轴电缆。
它具有灵活性、带宽大、抗干扰性强等优点,在通信、电视和计算机网络等领域得到广泛应用。
二、同轴电缆的结构及特点同轴电缆的结构主要包括以下几个部分:1.内部导体(Conductor):传输电流和信号的主要部分,通常由纯铜或铜合金制成,也有一些应用中使用铝或铝合金。
2.绝缘层(Insulation):用于隔离内部导体和外层导体,通常采用聚乙烯(PE)或聚氯乙烯(PVC)等材料。
3.外层导体(Shield):起到屏蔽作用,防止外界电磁干扰,通常由铜箔或铜网编织而成。
4.保护层(Jacket):保护整个电缆,增强抗拉性和耐磨损性,通常由聚氯乙烯(PVC)或低烟无卤材料制成。
同轴电缆的特点如下:•带宽大:同轴电缆可以传输多个频段的信号,其频率范围通常从几十兆赫兹到几吉赫兹。
•抗干扰性强:外层导体的屏蔽结构可以有效防止电磁干扰对信号的影响。
•信号传输距离远:同轴电缆的损耗较小,可以传输信号长达数百米甚至上千米。
•安装方便:同轴电缆柔软,容易弯曲和安装,并且较为耐用。
•价格适中:同轴电缆的制造成本相对较低,适合广泛应用。
三、同轴电缆的应用同轴电缆在各个领域都有广泛的应用,下面是一些常见的应用场景:1.有线电视传输:同轴电缆被广泛用于有线电视网络的信号传输,能够传输高清电视信号,提供丰富的电视频道选择。
2.电信网络传输:同轴电缆在电信网络中承载宽带信号的传输,为用户提供互联网接入服务和电话通信服务。
3.监控系统:同轴电缆在安防监控系统中扮演重要角色,能够传输高清视频信号,用于监测、录像和远程观察。
4.无线电频率传输:同轴电缆常用于连接天线和无线设备,将高频信号传输到天线或接收天线接收到的信号传输到接收设备。
5.雷达和航天领域:同轴电缆在雷达系统和航天领域中用于高频信号的传输和接收。
同轴电缆,双绞线,光纤的特点同轴电缆、双绞线和光纤是常见的通信传输介质,它们各自具有特点和优缺点。
本文将分别对这三种通信介质进行详细介绍。
同轴电缆是一种电信号传输介质,通常由内导体、绝缘层、外导体和外护套组成。
内导体是一根金属线,通常是铜线或铝线,用来传输电信号。
绝缘层是将内导体与外导体隔开,以防止信号干扰和外部干扰。
外导体是一根金属编织层或金属箔层,用来屏蔽外部干扰,保证信号传输的质量。
外护套是对电缆进行保护,防止物理损坏和环境影响。
同轴电缆的特点如下:1.信号传输质量高:由于内外导体的屏蔽结构,同轴电缆能够有效地减少外部干扰和信号衰减,从而保证信号传输的质量。
2.传输距离远:同轴电缆的信号传输距离较远,可以满足长距离的通信需求。
3.抗干扰能力强:同轴电缆的屏蔽结构能够有效地抵御外部干扰,保证信号传输的稳定性和可靠性。
然而,同轴电缆也存在一些缺点:1.成本较高:同轴电缆的制作工艺较为复杂,所以成本较高。
2.安装维护麻烦:同轴电缆的安装和维护需要一定的技术和经验,操作较为繁琐。
双绞线是一种通信传输介质,由成对的绝缘导线组成,通常用于局域网和电话通信系统中。
双绞线可分为屏蔽双绞线(STP)和非屏蔽双绞线(UTP),其中STP在绝缘导线外有一层金属箔屏蔽层,用以抵抗外部干扰。
双绞线的特点如下:1.适用范围广:双绞线广泛应用于局域网和电话通信系统中,能够满足不同场景的通信需求。
2.成本低廉:双绞线的制作工艺相对简单,成本较低。
3.安装维护方便:双绞线的安装和维护相对简便,不需要过多的专业技术和设备。
然而,双绞线也存在一些缺点:1.传输距离短:双绞线的信号传输距离相对较短,不适用于长距离通信需求。
2.抗干扰能力差:双绞线的屏蔽结构不如同轴电缆,容易受到外部干扰影响。
光纤是一种用于传输光信号的通信介质,由玻璃纤维制成,通常用于长距离的通信和高速数据传输。
光纤的基本结构包括:内芯、外包层和外护套。
内芯是光信号传输的主要部分,外包层用来保护内芯,外护套则对光纤进行整体保护。
同轴电缆的信号传输特性分析同轴电缆是一种常用的传输介质,用于将信号从一个地方传输到另一个地方。
它由一个中心导体、一个绝缘层、一个铜网屏蔽层和一个外部绝缘层组成。
同轴电缆相对于其他传输介质具有许多优点,例如抗干扰能力强、传输距离远、传输带宽大等。
下面将对同轴电缆的信号传输特性进行详细的分析。
首先,同轴电缆具有良好的抗干扰能力。
铜网屏蔽层可以有效地阻挡外界电磁干扰,保护信号免受外界干扰的影响。
同时,由于信号是通过中心导体传输的,相对于其他传输介质,同轴电缆可以有效地减少信号的衰减和失真。
其次,同轴电缆具有较大的传输距离。
同轴电缆的导体与绝缘层之间的电压差足够小,可以减少信号的衰减和失真。
因此,同轴电缆可以传输信号的距离相对较远,适用于长距离的传输需求,例如电视信号的传输。
另外,同轴电缆具有较大的传输带宽。
传输带宽是指信号传输中能够通过的频率范围。
同轴电缆的铜网屏蔽层可以有效地阻挡高频噪声,使得同轴电缆可以传输更宽的频率范围的信号。
这使得同轴电缆适用于需要传输高质量音视频信号的应用,例如高清电视信号的传输。
此外,同轴电缆还具有较低的传输损耗。
同轴电缆的绝缘层和铜网屏蔽层能够减小信号的衰减和失真,从而减小信号传输中的能量损耗。
这意味着同轴电缆可以传输较强的信号,适用于需要传输高强度信号的应用。
然而,同轴电缆也存在一些缺点。
首先,同轴电缆相对于其他传输介质,例如光纤,体积较大,不够灵活。
这使得同轴电缆在一些特殊应用场景中不适用。
此外,同轴电缆的安装和维护相对复杂,需要专业的知识和技术。
综上所述,同轴电缆具有良好的抗干扰能力、较大的传输距离、较大的传输带宽和较低的传输损耗等特点。
然而,同轴电缆也存在一些缺点。
根据具体应用的需求和场景,选择合适的传输介质是至关重要的。
同轴线缆是一种优质的宽带传输介质优点:传输信号的衰减小技术水平同轴:目前我国的同轴产品的技术水平已经做到了0-20Gz;双绞线:双绞线的传输带宽约为同轴的1/10抗干扰性:同轴线:它把传输信号产生的电磁场全部限制在屏蔽层内部,不向外辐射,根据收发可逆原理,外界电磁场也不能穿过屏蔽层进入内部。
双绞线:双绞线不同了,干扰产生原理是另一回事,它的信号传输电磁场理论上是分布在无限空间。
根据收发可逆原理,外部空间电磁场也可以直接进入双绞线。
双绞线无法防止外界电磁场进入,但采用了螺旋扭绞的办法,让两条线接收到的信号“尽量完全一样”,并采用平衡差分信号处理技术,把这种完全一样的“共模信号”抑制掉。
这里关键是双绞线的“平衡”特性,“平衡”一旦有差别,干扰便乘虚而入,外界物体也会影响平衡。
工程上“平衡”是相对的,不是绝对的,电路的“共模抑制”性能是有一定范围的。
这两项实际问题,决定了双绞线的抗干扰能力,是有限制的,整合网络布线规则中规定强干扰情况下,必须使用屏蔽双绞线,就是这个道理。
传输特性:同轴线特线:同轴和双绞线的传输特性是由国标规定的,改变不了。
如视频信号上边频为6M,对于2000米传输距离,SYWV-75-5电缆衰减为40db,即电压衰减100倍,1Vp-p的6M视频信号衰减到10mv,或80db微伏,在这个电平进行视频恢复,可以保证高信噪比。
具有有线电视系统设计经验的工程师,对此十分清楚;对于非屏蔽双绞线,2km的6M衰减为92db,衰减将近4万倍,比75-5同轴电缆大52db(近400倍);双绞线特性:双绞线传输2km,1Vp-p信号衰减到了25微伏,即电平为28db微伏,已经可以和电路噪声电平接近了,仅用末端补偿,信噪比会严重变坏,出路只能是提高前端电平。
这就是目前双绞线传输必须采用的“前推后拉”技术方案,要求前后设备的补偿提升总能力必须大于92db,实际应该做到100db。
需要注意的还有,前端大信号放大提升电路本身产生的固有噪声,要比末端小信号电路产生的固有噪声大很多,系统信噪比变坏的更快,有人提出双绞线传输设备接力的中继级数可以做得很多(比同轴多很多),这纯属想象,理论上和实践上都是讲不通的;结论:比较同轴和双绞线传输系统时,有两个要点必须抓住:一是比较两种线传输特性的区别,二是看传输设备的水平和性能。
同轴电缆的“信号传输”特性分析一、概述在当今的信息社会,通过同轴电缆传输信号得到了广泛的应用。
因此,它有待于人们对它进行更加深入和全面的了解。
自从美国贝尔实验室1929年发明同轴电缆以来,已经过了数十年历史。
在这期间,同轴电缆通过了多次改进。
第一代电缆采用实芯材料作为填充介质,由于它对高频衰减大,现在通常主要把它用于传输视频信号。
后来人们把聚乙烯采用化学方法发泡作为填充介质。
其发泡度可达30%,高频传输特性有所提高。
我们把这称为第二代电缆。
80年代,第三代纵孔藕芯电缆出现,它的高频衰减达到目前新型电缆的水平。
但化学发泡电缆和纵孔藕芯电缆的防潮特性都不好。
90年代初,市场推出了物理发泡电缆和竹节电缆。
我们称为第四代电缆。
竹节电缆虽然能防潮和高频损耗低,但介质具有不均匀性,在高频有反射点。
后来无人使用。
物理发泡电缆的发泡度可达80%。
介质主要成分是氮气,气泡之间是相互隔离的。
因此,它具有防潮和低损耗的特点,是目前综合特性最好的同轴电缆。
二、电缆结构与信号传输特性同轴电缆的结构如上图,在中心内导体外包围一定厚度的绝缘介质,在介质外是管状外导体,外导体表面再用绝缘塑料保护。
它是一种非对称传输线,电流的去向和回向导体轴是相互重合的。
在信号通过电缆时,所建立的电磁场是封闭的,在导体的横切面周围没有电磁场。
因此,内部信号对外界基本没有影响。
电缆内部电场建立在中心导体和外导体之间,方向呈放射状。
而磁场则是以中心导体为圆心,呈多个同心圆。
这些场的方向和强弱随信号的方向和大小变化。
1、同轴电缆对传输信号的损耗同轴电缆在传输信号过程中,会对信号不断地损耗,从而造成信号到达终点后幅度减小,有时可能达不到正常工作要求。
影响信号损耗的因素主要有电缆的电阻损耗、介质损耗、失配损耗。
同时泄漏损耗在低质电缆工作于高频时,也是一个不可忽略的问题。
我们下面分别对这些损耗进行分析。
l电阻损耗电阻损耗是电缆所具有的直流电阻和导体高频感应所产生的涡流对信号能量的消耗。
同轴电缆的信号传输特性分析
同轴电缆是一种常见的电信传输介质,其信号传输特性主要包括传播速度、衰减、色散和带宽等方面。
本文将对同轴电缆的信号传输特性进行详细分析。
首先,同轴电缆的传播速度是指电信号在电缆中传播的速度。
同轴电缆中的信号是通过中心导线传输的,速度相对较快。
同时,同轴电缆的传播速度还受到信号传输介质和电缆结构等因素的影响。
其次,同轴电缆的衰减是指信号在传输过程中逐渐减弱的现象。
同轴电缆的衰减主要由电缆的导线电阻、绝缘层损耗和辐射损耗等因素引起。
导线电阻会使得信号的电流减小,绝缘层损耗会使得信号能量被吸收,而辐射损耗则会导致信号泄露到周围环境。
衰减会引起信号质量下降和传输距离的限制,因此在设计和安装同轴电缆时需要考虑衰减的问题。
第三,同轴电缆的色散是指信号在传输过程中由于频率不同而导致的传播时间不同。
同轴电缆的信号传输速度受到频率的影响,高频信号传输速度相对较慢,而低频信号传输速度相对较快。
色散会导致信号失真和干扰,因此在高速数据传输中需要控制色散。
最后,同轴电缆的带宽是指电缆能够传输的最高频率范围。
同轴电缆的带宽与其物理结构密切相关,包括导线直径、绝缘层材料和导体材料等因素。
带宽决定了电缆能够传输的数据速率,因此在设计和选择同轴电缆时需要考虑带宽的要求。
综上所述,同轴电缆的信号传输特性包括传播速度、衰减、色散和带宽等方面。
了解和分析这些特性可以帮助我们选择适合的同轴电缆,并进行合理的设计和安装,以提高信号传输质量和效率。
从零开始学布线:同轴电缆介绍上方~同轴电缆同轴电缆(coaxialcable)是由一根空心的外圆柱导体及其所包围的单根内导线所组成。
柱体同导线用绝缘材料隔开,其频率特性比双绞线好,能进行较高速率的传输。
由于它的屏蔽性能好,抗干扰能力强,通常多用于基带传输。
同轴电缆可分为两种基本类型:基带同轴电缆(粗同轴电缆)和宽带同轴电缆(细同轴电缆)。
粗同轴电缆,其屏蔽线是用铜做成网状的,特性阻抗为50Ω,如RG-8、RG-58等;细同轴电缆,其屏蔽层通常是用铝冲压成的,特性阻抗为75Ω,如RG-59等。
01.同轴电缆的物理结构同轴电缆由中心导体、绝缘材料层、网状织物构成的屏蔽层以及外部隔离材料层组成,其结构如下图所示。
同轴线缆结构图同轴电缆具有足够的可柔性,能支持254mm(10in)的弯曲半径。
中心导体是直径为2.17mm℃0.013mm的实心铜线。
绝缘材料要求是满足同轴电缆电气参数的绝缘材料。
屏蔽层是由满足传输阻抗和ECM规范说明的金属带或薄片组成,屏蔽层的内径为6.15mm,外径为8.28mm。
外部隔离材料一般选用聚氯乙烯(如PVC)或类似材料。
02.50Ω同轴电缆的主要电气参数同轴电缆的特性阻抗:同轴电缆的平均特性阻抗为50Ω±2Ω,沿单根同轴电缆阻抗的周性变化可达±3Ω的正弦波中心平均值,其长度小于2m。
同轴电缆的衰减:当用10MHz的正弦波进行测量时,500m长的电缆段的衰减值不超过8.5dB(17dB/km),而用5MHz的正弦波进行测量时不超过6.0dB(12dB/km)。
同轴电缆的传播速度:最低传播速度为0.77c(c为光速)。
同轴电缆直流回路电阻:电缆的中心导体的电阻,加上屏蔽层的电阻总和不超过10mΩ/m(在20℃时测量)。
03.50Ω同轴电缆的物理参数1)同轴电缆具有足够的可柔性;2)能支持254mm(10in)的弯曲半径;3)中心导体是直径为2.17mm±0.013mm的实心铜线。
同轴电缆的“信号传输”特性分析一、概述在当今的信息社会,通过同轴电缆传输信号得到了广泛的应用。
因此,它有待于人们对它进行更加深入和全面的了解。
自从美国贝尔实验室1929年发明同轴电缆以来,已经过了数十年历史。
在这期间,同轴电缆通过了多次改进。
第一代电缆采用实芯材料作为填充介质,由于它对高频衰减大,现在通常主要把它用于传输视频信号。
后来人们把聚乙烯采用化学方法发泡作为填充介质。
其发泡度可达30%,高频传输特性有所提高。
我们把这称为第二代电缆。
80年代,第三代纵孔藕芯电缆出现,它的高频衰减达到目前新型电缆的水平。
但化学发泡电缆和纵孔藕芯电缆的防潮特性都不好。
90年代初,市场推出了物理发泡电缆和竹节电缆。
我们称为第四代电缆。
竹节电缆虽然能防潮和高频损耗低,但介质具有不均匀性,在高频有反射点。
后来无人使用。
物理发泡电缆的发泡度可达80%。
介质主要成分是氮气,气泡之间是相互隔离的。
因此,它具有防潮和低损耗的特点,是目前综合特性最好的同轴电缆。
二、电缆结构与信号传输特性同轴电缆的结构如上图,在中心内导体外包围一定厚度的绝缘介质,在介质外是管状外导体,外导体表面再用绝缘塑料保护。
它是一种非对称传输线,电流的去向和回向导体轴是相互重合的。
在信号通过电缆时,所建立的电磁场是封闭的,在导体的横切面周围没有电磁场。
因此,内部信号对外界基本没有影响。
电缆内部电场建立在中心导体和外导体之间,方向呈放射状。
而磁场则是以中心导体为圆心,呈多个同心圆。
这些场的方向和强弱随信号的方向和大小变化。
1、同轴电缆对传输信号的损耗同轴电缆在传输信号过程中,会对信号不断地损耗,从而造成信号到达终点后幅度减小,有时可能达不到正常工作要求。
影响信号损耗的因素主要有电缆的电阻损耗、介质损耗、失配损耗。
同时泄漏损耗在低质电缆工作于高频时,也是一个不可忽略的问题。
我们下面分别对这些损耗进行分析。
l电阻损耗电阻损耗是电缆所具有的直流电阻和导体高频感应所产生的涡流对信号能量的消耗。
电阻值的大小与电缆使用的材料和生产工艺有关。
同时它会随传输频率的改变而改变,原因是导体在传输交流信号中,具有趋肤效应。
随着频率的增加,有效电阻会不断加大。
从图中可看到,当交流电流流通过导体时,会在导体周围产生交变磁场。
该磁场又会使导体内部生成新的感应电流(涡流),该电流的方向如图所示。
它与导体中心的信号电流方向相反。
与导体表面的信号电流方向相同。
这样,导体内部的信号电流被反向涡流抵消,电流减小;导体表面的信号电流与同向涡流相加同,电流增大。
这就是交流通过导体的趋肤现象继续随着信号频率的增高,感应电流增大,这种现象就越加明显。
它使电流只集中在表面很小的截面流动,造成导体的有效电阻明显增加。
信号的趋肤深度与频率和材料有关,频率越低,趋肤深度越深;频率越高,趋肤深度越浅。
铁比铜的趋肤深度小许多。
下面给出铜对各种频率的趋肤深度表,供大家参考导体内部的涡流能量来自于信号源本身,涡流在导体中流动,最终变成热被耗散掉。
频率越高涡流越大,趋肤越严重,导体的有效电阻越大,而传输信号损耗也就越大,这就是同轴电缆传输信号的频率越高损耗越大的主要原因。
通过下面同轴电缆在20 0C,1000米时的导体电阻衰减对照表,可以进一步明确上述概念。
介电常数为1.4的75-5物理发泡电缆电阻衰减对照表电阻损耗在传输低频时,由导体材料的直流电阻起主要作用;在传输高频时,由趋肤效应引起变化的电阻起主要作用。
介电常数为2.3的75-5实芯电缆电阻衰减对照表●介质损耗介质损耗是同轴电缆中心导体与外导体间的电介质(绝缘体)对信号的损耗。
量度电介质的一个重要参数是介电常数。
它是指在同一电容器中用某一物质作为电介质时的电容与其中为真空时电容的比值称为该物质的“介电常数”。
介电常数通常随温度和介质中传播的电磁波的频率而变化。
同轴电缆的内外导体相当于电容的两极。
由于实用中的电缆电介质有电阻存在,介电常数通常大于1。
因此,传输中对信号的损耗是必然的。
介电常数的大小与材料和加工工艺(如发泡)有关。
介电常数越大,对信号的损耗也越大。
温度越高,频率越高,介电损耗越大。
下面是两种不同介电常数电缆在20 0C,1000米时的频率损耗表。
从表中可以看出,介电损耗对于低频(如0-6MHz的视频)影响不大。
而在高频传输时,它的影响就十分明显。
●失配损耗失配损耗主要与同轴电缆的物理结构密切相关。
如果同轴电缆在设计和生产中造成电缆脱离标称阻抗或者电缆阻抗不均匀,均会造成信号的失配损耗。
在施工中造成电缆的过度弯曲、变形、损伤和接头进水,也会造成失配损耗。
见图3同轴电缆的特性阻抗(不是直流电阻)与电缆长度无关,它是由电缆中的等效电容和电感决定的。
而这些等效电容和电感又是由内外导体直径和介质的介电常数决定的。
电缆阻抗不均匀或与信号源及负载不匹配均会造成电缆在传输信号时,部分信号能量向传输方向相反的方向返回,即反射。
它将使原有信号受到影响。
造成传输效率下降。
严重时直接影响系统的正常工作。
信号在传输中反射的程度通常可用驻波比或反射损耗(回波损耗)来表示。
以反射损耗与传输效率的对照表,可以了解不同的反射损耗对信号传输的影响。
电缆的反射损耗可直接用网络分析仪测得。
好的同轴电缆在工作频段内,反射损耗一般可作到20db以上,也就是说,在不考虑它其它因素时,它的传输效率可达99%以上。
●泄漏损耗泄漏损耗是信号通过电缆屏蔽的编织间隙辐射出去的信号。
它同样造成信号在传输过程中的能量损失。
这是高频传输中不可忽略的问题。
为此,电缆的编织覆盖率不能过低。
综上所述,同轴电缆对信号的传输损耗具有多种因素。
它的最终损耗是上述各种损耗的总和,这种综合损耗可用网络分析仪测试。
电缆的直流电阻只有在低频时才对信号衰减起主要作用;在高频时,信号的衰减主要由趋肤效应和介质损耗决定。
同轴电缆随着传输信号频率的增加,信号衰减成倍增长。
因此,电缆的传输损耗重要是考虑高频损耗。
电缆除了在设计、生产加工外,使用中施工不当,同样会对电缆正常使用产生重大影响。
2、同轴电缆的屏蔽特性同轴电缆的屏蔽特性是反映电缆特性的一个重要指标。
但长期以来,许多厂商和用户未受到重视。
具调查,国内电缆生产厂家只有极少数测试过相关的屏蔽指标。
用户对此更是无从了解。
他们对该方面性能的唯一了解只有电缆外导体的编织丝数量。
●屏蔽与趋肤效应我们从图2(b)可以看出,当外界干扰信号侵入导体时,在导体的厚度方向上迅速衰减,这种衰减是呈指数下降的。
当幅度下降到表面电压的1/e的深度时,该深度定义为趋肤深度。
在图2(b)中,左边和右边分别表示高频和低频信号进入导体内部的衰减情况。
显然,高频进入后衰减较快,趋肤深度浅;低频进入后衰减较慢,趋肤深度深,见表1。
干扰信号的强度集中于外导体的外表面,电缆传输信号的强度集中于外导体的内表面。
同频率的干扰信号与有用信号的趋肤深度完全相同。
如果频率很高,干扰信号和有用信号各自在外导体的两侧表面传输,相互影响不大。
对于低频信号,情况刚好相反。
这种现象说明,导体对高频屏蔽效果好,对低频屏蔽效果差。
如果增加屏蔽层的厚度,干扰信号和有用信号在相交的距离上强度减弱,相互影响减小。
●屏蔽指标同轴电缆屏蔽性能的好坏常用屏蔽系数、屏蔽衰减、转移阻抗等指标来反映。
屏蔽系数定义为有屏蔽护套的纵向感应场强和没有屏蔽护套的纵向感应场强之比,屏蔽系数越小越好;屏蔽衰减定义为电缆内部信号功率强度与辐射到电缆外部的最大功率强度之比的对数值,用分贝(db)表示。
这个比值越大,说明屏蔽性能越好;转移阻抗定义为在单位长度的电缆中,从被干扰系统中沿屏蔽层测得电压U与干扰系统中流过的电流I之比,用Ω/m表示。
如果干扰系统中流过的电流不变,在电缆屏蔽表面测得的电压越小,即转移阻抗越低,则屏蔽质量越好,屏蔽效率越高。
●屏蔽与材料和工艺屏蔽的形式很多,管状外导体、单层编织、双层编织、一层复合铝箔和一层铜线编织、双层编织中间加一层半导电层、双层编织中间加一层复合铝箔、双层编织中间加一层高μ合金带。
管状外导体虽然屏蔽性能非常好,但不易弯曲,使用不方便。
单层编织的屏蔽效率最差。
双层编织比一层编织的转移阻抗减少3倍,可见双层编织的屏蔽效果比单层有了很大的改善。
双层编织中间若加入一层复合铝箔,其内部感应电压将比双层编织降低25%,但这种结构的成本有所增加。
另外一种结构为在两层编织中间加入一层半导电层,这种屏蔽结构其内部感应电压比双层编织降低50%,但因为增加了半导电层,电缆尺寸增大,成本也相应增加。
超屏蔽电缆是在双层编织中间加一层高μ合金带作为屏蔽,高μ合金带高导磁率的镍、铁金属带。
这种电缆制造成本很高,因此只能在要求特别高的情况下使用。
下表例出几种电缆在50MHz以上高频段的屏蔽衰减频率低于5MHz以下时,屏蔽衰减急剧下降,频率越低,屏蔽性能越差。
因此,在电缆设计中,只要最低工作频率符合屏蔽指标,高频自然没问题。
三、电缆的选择和使用同轴电缆通常用于传输有线电视信号、视频信号、数字信号和其它各种高频信号。
根据用途不同,选用电缆的标准也有差异。
质量好的电缆从外观上看结构紧密、挺实、外护套光滑柔韧。
编织网丝粗、密度大。
除编织丝数量外,屏蔽层编织角小于450。
但有些产家为了节省材料,电缆的编织角大于700,这会使电缆的屏蔽特性变差。
工艺差的电缆中心导体或绝缘部分都能从中拉出。
四屏蔽电缆外导体的铝箔分粘接和搭接两种。
搭接是将铝箔在电缆物理发泡绝缘体上裹上一层,接头处重叠一部分,一般为3mm。
粘接是铝箔与物理发泡绝缘体粘在一起。
粘接较搭接屏蔽性能更好。
最好的四屏蔽电缆都采用粘接。
有线电视系统和高频宽带监控系统所用同轴电缆多为高频物理发泡电缆。
由于电缆的低频抗干扰特性差,外界在低频段的干扰强度大、干扰频率多。
所以,在使用上有意避开了5MHz以下的频段。
但上述系统工作的频带宽,因此,在选择电缆时,应特别注意高频的衰减特性和反射损耗。
在有线电视反向传输信号时,所有终端的噪声将汇集到前端。
所以,为了尽量减小电缆受外界的干扰,通常选用4层屏蔽或铝管电缆。
在监控系统中,目前采用视频基带传输方式较为普遍,习惯上大多采用聚乙烯实心电缆。
由于视频的频率范围是0-6MHz,这种电缆在生产中即使采用杂质含量高的再生塑料作为介质材料。
在传输低频(视频)时有时也看不出大的问题。
实心电缆通常为单层屏蔽,抗干扰特性当然不能与多层电缆相比。
视频基带传输中,采用高频物理发泡电缆具有更低的信号衰减。
但在发泡电缆中采用劣质的介质材料,传输效果比聚乙烯实心电缆要差。
这是因为劣质材料介电常数增大,而导体直径未变,从而造成特性阻抗严重偏移。
如果介质的发泡度不够,也会造成上述情况。
鉴别介质材料最有效的方法是测试电缆的高频衰减值。
如果材料纯度和发泡度不够,高频衰减会明显增加。