Definícia základných parametrov koaxiálneho kábla 1/3

Tento článok vznikol s podporou Slovenskej agentúry pre výskum a vývoj (APVV)

podľa zmluvy č. APVV-18-0028, APVV-19-0049.

Koaxiálny kábel je kábel s koncentrickou konštrukciou. Znamená to, že v strede kábla je vnútorný vodič, okolo vnútorného vodiča je izolácia a nad izoláciou je vonkajší vodič – tienenie. Šírenie signálu je v rámci dielektrika ohraničené vnútorným a vonkajším vodičom (tienením).

Vlnová impedancia (Characteristic Impedance)               

Označenie:  Z₀

Jednotka:    Ω (Ohm)

Je to komplexná veličina a vyjadruje vzťah napätia k prúdu v ľubovoľnom mieste kábla. Vlnová impedancia kábla by sa mala rovnať výstupnej impedancii vysielača a vstupnej prijímača. Rovnako dôležité je tiež prispôsobenie konektorov. Odchýlka od menovitej hodnoty by mala byť max ± 3 Ω.

Typické impedancie koaxiálnych káblov sú 50 Ω a 75 Ω. V začiatkoch budovania počítačových sietí sa používali pre siete ARCNET aj koaxiálne káble s impedanciou 93 Ω. Vlnová impedancia je daná konštrukciou kábla, a to priemerom vnútorného vodiča, priemerom nad izoláciou (dielektrikom) a vlastnosťami izolácie (relatívnou permitivitou dielektrika).

50 Ω koaxiálne káble sa používajú najčastejšie v rádiokomunikačnej a vysielacej technike. V minulosti boli káble používané pri budovaní počítačových sietí LAN, ale v súčasnosti boli nahradené párovanými typmi káblov UTP resp. FTP, prípadne optickými káblami.

75 Ω koaxiálne káble sa používajú najčastejšie v televíznej technike, v priemyselných bezpečnostných kamerových systémoch a na šírenie televízneho signálu od antén k prijímačom ako aj v televíznych káblových rozvodoch.

Vlnová impedancia sa zjednodušene dá vypočítať podľa vzorca:     

Z₀ – vlnová impedancia v Ω

Ɛ_r – dielektrická konštanta (relatívna permitivita dielektrika) bezrozmerná jednotka

D – priemer nad izoláciou v mm

d – priemer vnútorného vodiča v mm

Žiadaná hodnota:  zhoda

Vlnová impedancia kábla KOAX RG 6/CU/LSZH/5 VUKI a.s. Bratislava

Tlmenie (Attenuation)

Označenie:  α

Jednotka:    dB/m (decibel / m)

Charakterizuje zníženie úrovne signálu v smere šírenia signálu v závislosti od dĺžky kábla. Tlmenie vyjadrené v decibeloch na 100 m (dB/100m), je parameter vyjadrujúci vzťah úrovne napätia signálu na začiatku meraného úseku (kábla) k úrovni napätia signálu v istej vzdialenosti od začiatku meraného úseku (napr. 100 m).

Tento parameter je frekvenčne závislý. Tlmenie je určené konštrukciou kábla, a to predovšetkým vnútorným vodičom, izoláciou, tienením a rovnomernosťou vyhotovenia. V rámci vnútorného vodiča je určujúci pre tlmenie priemer vodiča a elektrický odpor, v rámci dielektrika je to stratový činiteľ izolácie, v rámci tienenia je to účinnosť tienenia a v rámci vyhotovenia je to homogenita vyhotovenia, ktorá ovplyvňuje spätné odrazy šíreného signálu.

Tlmenie sa vypočíta podľa vzorca:

U₁ – napätie signálu na vstupe

U₂ – napätie signálu na výstupe

Žiadaná hodnota: čo najmenšia hodnota /v absolútnom vyjadrení/

Tlmenie kábla KOAX RG 6/CU/LSZH/5 VUKI a.s. Bratislava

Tlmenie tienia (Účinnosť tienenia)  (Screening attenuation)

Jednotka:    dB (decibel)

Účinnosť tienenia vo všeobecnosti udáva schopnosť tienenia zabrániť elektromagnetickému rušeniu „kontaminovať“ signál vo vnútri koaxiálneho kábla a naopak. V pásme 30-3000 MHz je to vyjadrené tlmením tienenia (SA alebo Screening Attenuation). Pri nižších frekvenciách je táto schopnosť vyjadrená prenosovou impedanciou.

Je definované ako vzťah hodnoty intenzity elektrického alebo magnetického poľa bez tienenia k hodnote intenzity elektrického alebo magnetického poľa mimo kábla s použitým tienením.

V praxi to znamená, že vysoká účinnosť tienenia zabezpečuje, že prenášaný signál, šíriaci sa v dielektriku nie je rušený nežiadúcimi frekvenciami vonkajšieho elektromagnetického poľa vyžarovanými v okolí kábla. Šírenie signálu je vymedzené vnútorným a vonkajším vodičom (tienením) a tienenie zabraňuje jeho úbytku do okolia. Pri vysokých frekvenciách sú vlny, ktoré sú kratšie, náchylnejšie na nedokonalosti tienenia. Na rozdiel od dlhých vĺn, tieto môžu preniknúť do mikroskopických nedokonalostí tienenia a môžu spôsobiť rušenie na rovnakej vlnovej dĺžke.

Žiadaná hodnota: lepšia vyššia hodnota (pri 1000 MHz ≥ 75 dB)

Tlmenie tienenia KOAX RG 6/CU/LSZH/5 VUKI a.s. Bratislava

Väzbová (prenosová) impedancia (Transfer Impedance)

Jednotka:    mΩ/m (miliohm / m)

Prenosová impedancia sa používa na určenie účinnosti tienenia pri nižších frekvenciách (5-30 MHz). Toto pásmo sa dnes využíva na spätné signály digitálnej televízie (Return Path, video na požiadanie, napríklad v hoteli).

Prenosová impedancia kvantifikuje vzťah medzi prúdom na povrchu tienenia s poklesom napätia generovaným týmto prúdom na opačnej strane povrchu tienenia.

Vo všeobecnosti v rámci týchto nízkych frekvencií sú to rušenia generované v rámci domácej siete alebo v bezprostrednej blízkosti (zle tienené spínače, motory chladničiek, výťahy, termostaty, žiarivky atď.).

Žiadaná hodnota: lepšia nižšia hodnota (pri 30 MHz ≤ 15 mΩ/m)

Väzbová impedancia KOAX RG 6/CU/LSZH/5 VUKI a.s. Bratislava

Činiteľ spätného odrazu    (Structural Return Loss)

Označenie:  SRL

Jednotka:    dB (decibel)

Kvantifikuje intenzitu odrazených vĺn. Odrazené vlny sú nežiadúci jav pre prenos signálu a ovplyvňujú jeho kvalitu. Predovšetkým pravidelne opakujúce sa nehomogenity môžu spôsobovať odraz vĺn s vlnovou dĺžkou zhodnou so vzdialenosťou tejto pravidelne sa opakujúcej nehomogenity. Táto vlastnosť výrazne súvisí s nedokonalosťou a nehomogenitami súvisiacimi s výrobou koaxiálneho kábla.

V praxi to môže spôsobiť, že určitá prenášaná frekvencia je výrazne utlmená, pokiaľ je dĺžka vlny tejto frekvencie zhodná s dĺžkou nežiadúcej odrazenej vlny. Reálne sa to môže prejaviť tým, že určitý kanál televízneho prenosu je nekvalitný, alebo jeho prenos nie je možný na tejto frekvencii.

Žiadaná hodnota: lepšia vyššia hodnota v absolútnom vyjadrení, nežiadúce sú špičky diskrétnych frekvencií

Činiteľ spätného odrazu KOAX RG 6/CU/LSZH/5 VUKI a.s. Bratislava

Kapacita   (Capacitance)

Označenie:  C

Jednotka:    pF/m  (picofarad / m)

Kvantifikuje elektrický náboj nahromadený medzi centrálnym vodičom a tienením v dĺžke jedného metra.

Jednotkou merania je Farad. V koaxiálnych kábloch je hodnota vyjadrená v pF/m (F x 10^-12). Kapacita, podobne ako impedancia, priamo závisí od dielektrických vlastností izolácie a vzdialenosti medzi vnútorným vodičom a tienením. Nižšia kapacita umožňuje pri zachovaní vlnovej impedancie pri určitých rozmeroch dosiahnuť menšie tlmenie kábla.

Žiadaná hodnota: lepšia nižšia hodnota

Pomerná rýchlosť šírenia (Velocity of propagation ratio)

Jednotka:    %

Kvantifikuje rýchlosť šírenia signálu v koaxiálnom kábli vo vzťahu ku rýchlosti šírenia svetla. Vyjadruje % rýchlosti šírenia signálu v kábli ku rýchlosti šírenia svetla vo vákuu. Niekedy môže byť vyjadrená bezrozmernou hodnotou ako koeficient krátenia rýchlosti ako Činiteľ krátenia rýchlosti.

Táto hodnota je určená použitým materiálom dielektrika. Čím je dielektrikum kvalitnejšie a obsahuje väčší podiel vzduchovej izolácie, tým sa hodnota viac blíži k 100 % resp.v prípade činiteľa krátenia k 1. Základná vlastnosť materiálu dielektrika, ktorá je určujúca pre parameter rýchlosti šírenia je relatívna permitivita Ɛ_r.

Vzťah medzi pomernou rýchlosťou šírenia a relatívnou permitivitou je:

V_r – pomerná rýchlosť šírenia (%)

Ɛ_r – relatívna permitivita (bezrozmerná)

Typické hodnoty pre izolácie (dielektriká) koaxiálnych káblov sú:

Žiadaná hodnota: lepšia vyššia hodnota

Pomerná rýchlosť šírenia KOAX RG 6/CU/LSZH/5 VUKI a.s. Bratislava

Odpor vnútorného vodiča (jadra)

Označenie:  R

Jednotka:    Ω (Ohm)

Tento na prvý pohľad jasný parameter, ktorý má veľký vplyv na tlmenie, nie je až tak jednoznačný. Pri prenose vysokofrekvenčných signálov dochádza v dôsledku skin efektu k vytláčaniu prúdu do vonkajšej vrstvy vnútorného vodiča. Preto je dôležitá hodnota elektrického odporu povrchovej vrstvy. Z tohto dôvodu môžu byť pri väčších priemeroch koaxiálnych káblov použité namiesto plného vodiča rúrky. Taktiež sa netreba obávať oceľových vnútorných vodičov s dostatočnou medenou vrstvou na povrchu vodiča.

Žiadaná hodnota: lepšia nižšia hodnota (hlavne povrchovej vrstvy)

Ing. Rastislav Valach, VUKI a.s. Bratislava