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同轴电缆 编辑

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同轴电缆

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同轴电缆,是一种类型的电缆由内的导体由一同心包围导电屏蔽,与由分开的两个电介质(绝缘材料); 许多同轴电缆还具有保护性外套或护套。术语“同轴”是指共享几何轴的内部导体和外部屏蔽。

同轴电缆是一种传输线,用于传输低损耗的高频电信号。它用于电话干线、宽带互联网电缆、高速计算机数据总线、有线电视信号以及将无线电发射器和接收器连接到天线的应用。它与其他屏蔽电缆的不同之处在于,电缆和连接器的尺寸受到控制,以提供精确、恒定的导体间距,这是使其有效用作传输线所必需的。

同轴电缆

同轴电缆用于xxx批(1858年)和随后的跨大西洋电缆安装,但直到1880年,英国物理学家、工程师和数学家奥利弗·海维赛德(Oliver Heaviside)才对同轴电缆的理论进行了描述,后者于当年对该设计申请了专利(英国专利1407号) 。

同轴电缆的应用

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同轴电缆用作射频信号的传输线。它的应用包括将无线电发射器和接收器连接到天线的馈线、计算机网络(例如以太网)连接、数字音频(S / PDIF)以及有线电视信号的分配。同轴电缆相对于其他类型的无线电传输线的一个优点是,在理想的同轴电缆中,承载信号的电磁场仅存在于内部和外部导体之间的空间中。这允许将同轴电缆走线安装在金属物体旁边,而不会发生其他类型的传输线中的功率损耗。同轴电缆还可以保护信号免受外部电磁干扰。

描述

同轴电缆使用内部导体(通常是实心铜、绞合铜线或镀铜钢丝)传导电信号,该内部导体被绝缘层包围,并且全部被屏蔽层(通常为一到四层编织的金属编织层和金属带)包围。电缆由外部绝缘护套保护。通常,屏蔽层的外部保持接地电位,并且将信号传输电压施加到中心导体。同轴设计的优势在于,在差分模式下,内部导体上和外部导体内部具有相等的推挽电流,信号的电场和磁场被限制在电介质中,几乎没有泄漏在盾牌外​​面。此外,如果在线路的接收端滤除了不相等的电流,则在很大程度上防止了电缆外部的电场和磁场干扰电缆内部的信号。该特性使同轴电缆成为承载微弱信号(不能容忍来自环境的干扰)和增强电信号(不允许辐射或耦合到相邻结构或电路中)的理想选择。较大直径的电缆和带多个屏蔽的电缆泄漏较少。

同轴电缆的常见应用包括视频和CATV分配,RF和微波传输以及计算机和仪器数据连接。

电缆的特性阻抗由内部绝缘体的介电常数以及内部和外部导体的半径确定。在射频系统中,电缆长度与所传输信号的波长相当,因此均匀的电缆特性阻抗对于xxx程度地降低损耗很重要。选择源阻抗和负载阻抗以匹配电缆的阻抗,以确保xxx的功率传输和最小的驻波比。同轴电缆的其他重要特性包括衰减随频率、电压处理能力和屏蔽质量的变化。

同轴电缆的施工

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同轴电缆的设计选择会影响物理尺寸、频率性能、衰减、功率处理能力、灵活性、强度和成本。内部导体可能是实心的或绞合的;搁浅更灵活。为了获得更好的高频性能,内部导体可能会镀银。镀铜钢丝通常用作有线电视行业中电缆的内部导体。

围绕内部导体的绝缘子可以是实心塑料、泡沫塑料或带有支撑内部电线的垫片的空气。介电绝缘体的特性决定了电缆的某些电气特性。常见的选择是用于低损耗电缆的固态聚乙烯(PE)绝缘子。固体聚四氟乙烯(PTFE)也用作绝缘体,并且专门用于充气级电缆中。某些同轴线使用的空气(或一些其它的气体),并有间隔件,以保持内部导体接触到护罩。

许多传统的同轴电缆使用编织铜线形成屏蔽层。这样可以使电缆具有柔性,但是这也意味着屏蔽层中存在间隙,并且屏蔽层的内部尺寸会稍有变化,因为编织层不能平坦。有时编织层是镀银的。为了获得更好的屏蔽性能,某些电缆具有双层屏蔽。屏蔽层可能只是两个编织层,但现在更常见的是用金属丝编织层覆盖薄箔屏蔽层。一些电缆可能会投资于两个以上的屏蔽层,例如“ quad-shield”,它使用了四个交替的箔和编织层。其他屏蔽设计则牺牲了灵活性,以获得更好的性能。一些屏蔽是坚固的金属管。这些电缆不能急剧弯曲,因为屏蔽层会扭结,从而导致电缆损耗。当使用箔屏蔽层时,箔中包含一根细小的导线,使焊接屏蔽端子更加容易。

对于高达1 GHz的大功率射频传输,可提供尺寸为0.25英寸以上的带实心铜外导体的同轴电缆。外导体像波纹管一样呈波纹状,以实现柔韧性,而内导体则通过塑料螺旋线保持在适当位置,以近似于空气绝缘体。这种电缆的一个品牌名称是Heliax。

同轴电缆需要绝缘(电介质)材料的内部结构,以保持中心导体和屏蔽层之间的间距。的介电损耗增加的顺序:理想电介质、真空、空气、聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯泡沫和固体聚。不均匀的电介质需要通过非圆形导体进行补偿,以避免产生电流热点。

尽管许多电缆具有固体电介质,但其他电缆却具有泡沫电介质,其中包含尽可能多的空气或其他气体,以允许使用较大直径的中心导体来减少损耗。泡沫同轴电缆的衰减将减少约15%,但某些类型的泡沫电介质可以在潮湿环境中吸收水分(尤其是在其许多表面),从而显着增加损耗。形状像星形或辐条的支撑甚至更好,但更昂贵,并且极易受潮气渗透。更昂贵的是20世纪中叶用于某些城市间通信的空同轴电缆。中心导体每隔几厘米被聚乙烯圆盘悬挂。在某些低损耗同轴电缆(例如RG-62型)中,内部导体由聚乙烯的螺旋绞线支撑,因此,在大多数导体和外套内部之间存在空隙。下层空气的介电常数允许在相同阻抗下具有更大的内径,在相同截止频率下具有更大的外径,从而降低了欧姆损耗。有时将内部导体镀银,以使表面光滑并减少由于集肤效应而造成的损耗。粗糙的表面会延伸电流路径,并使电流集中在峰值处,从而增加欧姆损耗。

绝缘外套可以由许多材料制成。常见的选择是PVC,但某些应用可能需要耐火材料。在户外应用中,可能需要夹克能够抵抗紫外线、氧化、啮齿动物破坏或直接掩埋。同轴电缆泛滥时会使用阻水凝胶,以防止电缆因护套中的小切口而渗入水中。对于内部机箱连接,可以省略绝缘护套。

同轴电缆的信号传播

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双引线传输线的特性是,沿传输线向下传播的电磁波会延伸到平行线周围的空间中。这些线路损耗低,但也有不良特性。在不改变其特征阻抗的情况下,它们不能弯曲,紧密扭曲或以其他方式成形,从而导致信号反射回信号源。它们也不能被掩埋,沿着或传导到任何导电体上,因为扩展的场会在附近的导体中感应出电流,从而导致有害的辐射并扰乱线路。绝缘子用于使它们远离平行的金属表面。同轴线通过将几乎所有的电磁波限制在电缆内部区域来很大程度上解决了这个问题。因此,只要采取措施确保电缆中的差模信号推挽电流,同轴线就可以弯曲和适度扭曲而不会产生负面影响,并且可以将其绑在导电支架上而不会在其中感应出不希望的电流。

在高达几千兆赫的射频应用中,波主要以横向电磁(TEM)模式传播,这意味着电场和磁场都垂直于传播方向。但是,在某个截止频率之上,横向电(TE)或横向磁(TM)模式也可以传播,就像它们在空心波导中一样。通常不希望在截止频率以上传输信号,因为这可能导致具有不同相位速度的多种模式相互干扰传播。外径与截止频率大致成反比。同轴电缆中也存在不包含或不需要外部屏蔽层但只包含一个中心导体的传播面波模式,但是这种模式在常规几何形状和公共阻抗的同轴电缆中得到有效抑制。用于该TM模式的电场线具有纵向分量,并且需要半波长或更长的线长度。

同轴电缆可以看作是一种波导。功率以TEM00横向模式通过径向电场和周向磁场传输。这是从零频率(DC)到由电缆的电气尺寸确定的上限的主导模式。

同轴电缆连接器

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同轴电缆的末端通常以连接器端接。同轴连接器设计为在整个连接中保持同轴形式,并具有与连接电缆相同的阻抗。连接器通常镀有高电导率的金属,例如银或耐锈蚀的金。由于集肤效应,RF信号仅由镀层以较高的频率传输,而不会渗透到连接器主体。但是,银会很快失去光泽,并且生成的硫化银导电性差,从而降低连接器性能,这使银成为该应用的较差选择。

同轴电缆的使用

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20世纪,长距离同轴电缆用于连接无线电网络,电视网络和长途电话网络,尽管后来已被后来的方法(光纤、T1 / E1、卫星)取代。

较短的同轴电缆仍然将有线电视信号传送到大多数电视接收器,并且此目的消耗了大多数同轴电缆的生产。在1980年代和1990年代初期,同轴电缆还用于计算机网络,最主要的是在以太网络中,1990年代后期至2000年代初,同轴电缆被北美的UTP电缆和西欧的STP电缆所取代,两者均具有8P8C模块化连接器。

广泛使用的最常见的阻抗是50或52欧姆和75欧姆,尽管其他阻抗可用于特定应用。50/52欧姆电缆广泛用于工业和商业双向射频应用(包括无线电和电信),尽管75欧姆通常用于广播电视和无线电。

同轴电缆通常用于将数据/信号从天线传输到接收器,从碟形卫星天线传输到卫星接收器,从电视天线传输到电视接收器,从天线杆传输到无线电接收器等等。在许多情况下,同一根同轴电缆以相反的方向向天线传输功率,以为低噪声放大器供电。在某些情况下,单根同轴电缆承载(单向)电源和双向数据/信号。


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词条目录
  1. 同轴电缆
  2. 同轴电缆的应用
  3. 描述
  4. 同轴电缆的施工
  5. 同轴电缆的信号传播
  6. 同轴电缆连接器
  7. 同轴电缆的使用

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