Cable coaxial
Cable coaxial (del lat. co - conjunta y eje - eje, es decir, coaxial ; coaxial coloquial del inglés coaxial ) - cable eléctrico que consta de un conductor central y una pantalla ubicada coaxialmente y separada por un material aislante o entrehierro. Se utiliza para transmitir señales eléctricas de radiofrecuencia . Se diferencia del cable blindado , utilizado para transmitir corriente eléctrica continua y señales de baja frecuencia, en una sección transversal más uniforme en la dirección del eje longitudinal (la forma de la sección transversal, las dimensiones y los valores de los parámetros electromagnéticos de los materiales están normalizados) y el uso de mejores materiales para conductores eléctricos y aislamiento. Inventado y patentado en 1880 por el físico británico Oliver Heaviside .
Dispositivo
El cable coaxial (ver figura) consta de:
- 4 (A) - cubiertas (sirven para aislamiento y protección contra influencias externas) de polietileno estabilizado a la luz (es decir, resistente a la radiación ultravioleta del sol), cloruro de polivinilo, una capa de cinta fluoroplástica u otro material aislante;
- 3 (B) - un conductor externo (pantalla) en forma de trenza, lámina, película recubierta con una capa de aluminio y sus combinaciones, así como un tubo corrugado, una trenza de cintas metálicas, etc. de cobre , cobre o aleación de aluminio;
- 2 (C) - aislamiento realizado en forma de relleno dieléctrico sólido ( polietileno , polietileno espumado, fluoroplástico sólido , cinta fluoroplástica, etc.) o semi-aire (cordel-tubular, arandelas, etc.) , asegurando la constancia de la posición relativa (coaxialidad) de los conductores interior y exterior;
- 1 (D) - un conductor interno en forma de un solo cable recto (como en la figura) o en espiral, cable trenzado, tubo, hecho de cobre , aleación de cobre, aleación de aluminio, acero revestido de cobre, aluminio revestido de cobre, cobre plateado, etc.
A diferencia de las líneas de transmisión de tipo abierto (por ejemplo, una línea de dos hilos), debido a la presencia de un conductor blindado, tanto los componentes del campo electromagnético de una onda electromagnética como el flujo de potencia de RF transportado por la onda están completamente concentrados en el espacio entre los conductores (en la capa de aislamiento) y no sobrepase el cable [1 ] . Esta característica de diseño del cable coaxial elimina la pérdida de potencia de una onda electromagnética debido a la radiación de ondas electromagnéticas en el espacio circundante y, por el contrario, protege el cable de la penetración de captaciones electromagnéticas desde el exterior. En los cables reales, hay un ligero escape de radiación al exterior y sensibilidad a las captaciones, caracterizada por la estanqueidad de la radio.
Historial de creación
- 1855: William Thomson examina el cable coaxial y obtiene una fórmula para la capacidad lineal. [2]
- 1880 - Oliver Heaviside recibe la patente británica No. 1407 para un cable coaxial. [3]
- 1884 - Siemens & Halske patenta un cable coaxial en Alemania (patente No. 28978, 27 de marzo de 1884). [cuatro]
- 1894 - Nikola Tesla patentó un conductor eléctrico para corrientes alternas (patente No. 514167).
- 1929 - Lloyd Espenschied y Herman Effel AT & T Bell Telephone Laboratories patentan el primer cable coaxial moderno.
- 1936: AT&T construyó una línea experimental de transmisión de televisión coaxial entre Filadelfia y Nueva York .
- 1936 - Primera transmisión por cable coaxial de los Juegos Olímpicos de Berlín en Leipzig .
- 1936 - El servicio postal (ahora la empresa BT) tendió un cable para 40 canales telefónicos entre Londres y Birmingham.
- 1941 - Primer uso comercial del sistema L1 en los EE . UU . por parte de AT&T. Entre Minneapolis ( Minnesota ) y Stevens Point ( Wisconsin ) se puso en marcha un canal de televisión y 480 canales telefónicos.
- 1956: se instaló la primera línea coaxial transatlántica, TAT-1 .
Aplicación
El objetivo principal de un cable coaxial es la transmisión de una señal de alta frecuencia en varios campos de la tecnología:
- sistemas de comunicación;
- redes de difusión;
- redes informáticas ;
- sistemas de alimentación de antena ;
- ACS y otros sistemas técnicos de producción e investigación;
- sistemas de control, medición y control remoto;
- sistemas de señalización y automatización ;
- sistemas de control objetivo y videovigilancia;
- canales de comunicación de varios dispositivos radioelectrónicos de objetos móviles (barcos, aviones, etc.);
- comunicaciones dentro de la unidad y entre unidades como parte del equipo radioelectrónico;
- canales de comunicación en tecnología doméstica y amateur;
- equipo militar y otras áreas de aplicación especial.
Además de la transmisión de señales, los segmentos de cable se pueden utilizar para otros fines:
- líneas de retardo de cable ;
- transformadores de cuarto de onda ;
- dispositivos de equilibrio y emparejamiento;
- filtros y modeladores de pulsos.
Existen cables coaxiales para transmitir señales de baja frecuencia (en este caso la trenza sirve de pantalla) y para corriente continua de alta tensión. Para tales cables, la impedancia de onda no está estandarizada.
Clasificación
Con cita previa : para sistemas de televisión por cable, para sistemas de comunicación, aviación, tecnología espacial, redes informáticas, electrodomésticos, etc.
En términos de impedancia de onda (aunque la impedancia de onda del cable puede ser cualquier cosa), cinco valores son estándar según los estándares rusos y tres según los internacionales:
- 50 ohmios : el tipo más común, utilizado en diversas áreas de la electrónica de radio. La razón de elegir esta clasificación fue, en primer lugar, la posibilidad de transmitir señales de radio con pérdidas mínimas en un cable con un dieléctrico de polietileno sólido [5] , así como lecturas de fuerza eléctrica y potencia transmitida cercanas a la máxima alcanzable. ; [6]
- 75 ohm es un tipo común:
- en la URSS y Rusia se usa principalmente con un dieléctrico sólido en equipos de televisión y video . Su uso masivo se debió a una aceptable relación costo-resistencia mecánica durante la tracción, ya que el metraje de este cable es significativo. En este caso, las pérdidas no tienen una importancia decisiva, ya que las señales de alta potencia generalmente no se transmiten a través de dichos cables.
- En los EE. UU. se usa para redes de televisión por cable, con un dieléctrico de espuma. Estos cables tienen un núcleo de acero revestido de cobre [7] , por lo que su costo depende ligeramente del diámetro del núcleo. Por lo tanto, según los autores de [7] , la razón para elegir esta clasificación en los EE. UU. fue un compromiso entre las pérdidas del cable y la flexibilidad del cable.
También solía ser importante hacer coincidir dicho cable con la impedancia característica de los cables más comunes . tipo de antenas - dipolo de media onda (73 ohm). Pero como el cable coaxial no está balanceado y el dipolo de media onda es simétrico por definición, se requiere un dispositivo de balanceo para el emparejamiento, de lo contrario, la trenza del cable (alimentador) comienza a funcionar como una antena.
- 93 Ohm - utilizado en redes informáticas del estándar ArcNet.
- 100 ohmios: raramente utilizado, en tecnología de impulso y para fines especiales;
- 150 ohmios: raramente utilizado, en tecnología de impulso y para fines especiales, no previstos por los estándares internacionales;
- 200 ohmios: se usa muy raramente, no previsto por los estándares internacionales;
- Hay otras denominaciones; además, existen cables coaxiales con cables no estandarizados impedancia de onda: son los más utilizados en ingeniería de sonido analógico .
Diámetro del aislamiento :
- subminiatura - hasta 1 mm;
- miniatura - 1,5-2,95 mm;
- mediano - 3,7-11,5 mm;
- de gran tamaño - más de 11,5 mm.
Por flexibilidad (resistencia a múltiples torceduras y momento flector mecánico del cable): rígido, semirrígido, flexible, extraflexible.
Grado de detección:
- pantalla completa
- con pantalla de tubo de metal
- con pantalla trenzada estañada
- con pantalla normal
- con trenza de una sola capa
- con trenzado doble y multicapa y con capas de blindaje adicionales
- cables radiantes con un grado de blindaje deliberadamente bajo (y controlable)
Notación
Designaciones de cables soviéticos
De acuerdo con GOST 11326.0-78, las marcas de cable deben constar de letras que indiquen el tipo de cable y tres números (separados por guiones).
El primer número significa el valor de la impedancia de onda nominal.
El segundo número significa:
- para cables coaxiales, el valor del diámetro nominal del aislamiento, redondeado al entero inferior más próximo para diámetros superiores a 2 mm (excepto 2,95 mm, que debe redondearse a 3 mm, y 3,7 mm, que no debe redondearse);
- para cables con conductores internos en espiral: el valor del diámetro nominal del núcleo;
- para cables de dos hilos con conductores en pantallas separadas - el valor del diámetro del aislamiento, redondeado de la misma manera que para los cables coaxiales;
- para cables de dos hilos con conductores en aislamiento común o trenzados a partir de conductores aislados individualmente, el valor de la mayor dimensión en relleno o diámetro en torsión.
El tercero, número de dos o tres dígitos, significa: el primer dígito es el grupo de aislamiento y la categoría de resistencia al calor del cable, y los dígitos siguientes indican el número de serie del desarrollo. A los cables con una resistencia térmica adecuada se les asigna la siguiente designación numérica:
- 1 - resistencia al calor normal con aislamiento sólido;
- 2 - mayor resistencia al calor con aislamiento sólido;
- 3 - resistencia al calor ordinaria con aislamiento semi-aire;
- 4 - mayor resistencia al calor con aislamiento semi-aire;
- 5 - resistencia al calor ordinaria con aislamiento de aire;
- 6 - mayor resistencia al calor con aislamiento de aire;
- 7 - alta resistencia al calor.
La letra C se agrega a la marca de cables de mayor uniformidad o mayor estabilidad de parámetros al final a través de un guión.
La presencia de la letra A ("suscriptor") al final del nombre indica una calidad reducida del cable: la ausencia de parte de los conductores que forman la pantalla.
Un ejemplo de símbolo para un cable coaxial de radiofrecuencia con una impedancia de onda nominal de 50 Ohm, con aislamiento continuo de resistencia térmica ordinaria, un diámetro de aislamiento nominal de 4,6 mm y número de desarrollo 1 "Cable RK 50-4-II GOST ( TU)*".
Antiguas designaciones de cables soviéticos
En las décadas de 1950 y 1960, la URSS utilizó dicho marcado de cable, en cuya designación no había componentes significativos. El marcado constaba de las letras "RK" y el número condicional del desarrollo. Por ejemplo, la designación "RK-50" no significa un cable de 50 ohmios, sino simplemente un cable con el número de serie de desarrollo "50", y su impedancia es de 157 ohmios. [ocho]
Designaciones internacionales
Los sistemas de designación en diferentes países están establecidos por estándares internacionales y nacionales, así como por los propios estándares de los fabricantes (las series de marcas más comunes son RG, DG, SAT). [9]
Categorías
Los cables se dividen según la escala de la Guía de Radio. Las categorías de cables más comunes:
- RG-11 y RG-8: "Ethernet gruesa" (Thicknet), 75 ohmios y 50 ohmios, respectivamente. estándar 10BASE-5 ;
- RG-58 - "Ethernet delgada" (Thinnet), 50 ohmios. Estándar 10BASE-2 :
- RG-58/U - conductor central sólido,
- RG-58A/U - conductor central trenzado,
- RG-58C/U - cable militar;
- RG-59 - cable de televisión (banda ancha/televisión por cable), 75 ohmios. Análogo ruso de RK-75-x-x ("cable de radiofrecuencia");
- RG-6 - cable de televisión (banda ancha/televisión por cable), 75 ohmios. El cable de categoría RG-6 tiene varias variedades que caracterizan su tipo y material. Análogo ruso de RK-75-x-x;
- RG-11 es un cable troncal, casi indispensable si necesitas solucionar el problema con largas distancias. Este tipo de cable se puede utilizar incluso a distancias de unos 600 m El aislamiento exterior reforzado permite utilizar este cable sin problemas en condiciones difíciles (calle, pozos). Existe una variante del S1160 con cable, que se utiliza para la transmisión confiable de cable a través del aire, por ejemplo, entre casas;
- RG-62 - ARCNet , 93 ohmios.
Ethernet delgada
Era el cable más común para construir redes locales . Con un diámetro de aproximadamente 6 mm y una gran flexibilidad, podía colocarse en casi cualquier lugar. Los cables se conectaron entre sí y a la tarjeta de red de la computadora mediante un conector en T BNC . Entre ellos, los cables se pueden conectar mediante un conector I BNC (conexión directa). Los terminadores deben instalarse en ambos extremos del segmento. Admite transferencia de datos de hasta 10 Mbps a distancias de hasta 185 m.
Ethernet gruesa
Más grueso que el cable anterior, de unos 12 mm de diámetro, tenía un conductor central más grueso. Mal doblado y tuvo un costo significativo. Además, hubo algunas dificultades al conectarse a una computadora: se utilizaron transceptores AUI (Interfaz de unidad de conexión), conectados a la tarjeta de red mediante una rama que penetra en el cable, los llamados. "vampiros". Debido al conductor más grueso, la transmisión de datos podría llevarse a cabo a una distancia de hasta 500 ma una velocidad de 10 Mbps. Sin embargo, la complejidad y el alto costo de instalación impidieron que este cable fuera tan utilizado como el RG-58 . Históricamente, el cable propietario RG-8 tenía un color amarillo y, por lo tanto, a veces se puede ver el nombre "Yellow Ethernet" ( Ethernet amarilla en inglés ).
Elementos auxiliares del camino coaxial
- Conectores coaxiales : para conectar cables a dispositivos o su articulación entre sí, a veces los cables salen de producción con conectores instalados.
- Transiciones coaxiales : para conectar cables con conectores no emparejados entre sí.
- Tes coaxiales , acopladores direccionales y circuladores - para ramificación y derivación en redes de cable.
- Transformadores coaxiales : para igualar la impedancia al conectar un cable a un dispositivo o cables entre sí.
- Las cargas terminales y coaxiales, por regla general, se combinan para establecer los modos de onda deseados en el cable.
- Atenuadores coaxiales: para atenuar el nivel de la señal en el cable al valor requerido.
- Válvulas de ferrita - para absorber la onda inversa en el cable.
- Pararrayos basados en aisladores metálicos o dispositivos de descarga de gas - para proteger cables y equipos de descargas atmosféricas.
- Conmutadores coaxiales, relés y dispositivos coaxiales de conmutación electrónica: para conmutar líneas coaxiales.
- Transiciones de guía de onda coaxial y tira coaxial, baluns: para unir líneas coaxiales con guía de onda, tira y dos hilos simétricos.
- Cabezales detectores de paso y terminales : para monitorear una señal de alta frecuencia en un cable a lo largo de su envoltura.
Características básicas normalizadas
- Impedancia de onda
- Atenuación específica a diferentes frecuencias
- capacidad lineal
- Inductancia lineal
- factor de acortamiento
- Diámetro del núcleo del núcleo
- Diámetro interior de la pantalla
- diámetro exterior de la vaina
- relación de onda estacionaria
- Potencia máxima transmitida
- Voltaje máximo permitido
- Radio mínimo de curvatura del cable
Cálculo de características
La determinación de la capacitancia lineal, la inductancia lineal y la resistencia de onda de un cable coaxial según dimensiones geométricas conocidas se realiza de la siguiente manera.
Primero debe medir el diámetro interior D de la pantalla quitando la funda protectora del extremo del cable y enrollando la trenza (diámetro exterior del aislamiento interior). Luego mida el diámetro d del núcleo central, habiendo retirado previamente el aislamiento. El tercer parámetro del cable que debe conocerse para determinar la impedancia de onda es la constante dieléctrica ε del material de aislamiento interno.
La capacitancia lineal C h (en el Sistema Internacional de Unidades (SI) , el resultado se expresa en faradios por metro) se calcula [10] mediante la fórmula para la capacitancia de un capacitor cilíndrico :
donde ε 0 es la constante eléctrica .
La inductancia lineal L h (en el sistema SI, el resultado se expresa en henrios por metro) se calcula [10] mediante la fórmula
donde μ 0 es la constante magnética , μ es la permeabilidad magnética relativa del material aislante, que es cercana a 1 en todos los casos importantes en la práctica.
La impedancia característica de un cable coaxial en el sistema SI [11] :
(la igualdad aproximada es válida bajo el supuesto de que μ = 1).
La impedancia característica de un cable coaxial también se puede determinar a partir del nomograma que se muestra en la figura. Para hacer esto, es necesario conectar con una línea recta los puntos en la escala D / d (la relación entre el diámetro interior de la pantalla y el diámetro del núcleo interior) y en la escala ε (la constante dieléctrica de la aislamiento interno del cable). El punto de intersección de la línea recta dibujada con la escala R del nomograma corresponde a la impedancia de onda deseada.
La velocidad de propagación de la señal en el cable se calcula mediante la fórmula
donde c es la velocidad de la luz . A la hora de medir retardos en trayectos, diseñar líneas de retardo de cables , etc., puede ser útil expresar la longitud del cable en nanosegundos, para lo cual se utiliza la velocidad de la señal inversa, expresada en nanosegundos por metro: 1/ v = √ ε 3,33 ns/m .
La tensión eléctrica máxima transmitida por un cable coaxial está determinada por la rigidez dieléctrica S del aislador (en voltios por metro), el diámetro del conductor interior (ya que la máxima intensidad de campo eléctrico en un condensador cilíndrico se alcanza cerca del revestimiento interior) y, en menor medida, el diámetro del conductor exterior:
Véase también
Notas
- ↑ Siempre que el conductor de la pantalla no tenga agujeros, es decir, sea macizo, y el material del que esté hecho tenga una conductividad eléctrica infinita, es decir, sea un conductor ideal
- ↑ Thomson, W., [Lord Kelvin]. Sobre la capacidad electrostática de una ampolla de Leyden y de un cable de telégrafo aislado en el eje de una vaina conductora cilíndrica Archivado el 22 de septiembre de 2014 en Wayback Machine // Phil. revista — IX. - 1885. - Pág. 531-535.
- ↑ Paul J. Nahin. Oliver Heaviside: The Life, Work, and Times of an Electrical Genius of the Victorian Age Archivado el 27 de julio de 2020 en Wayback Machine . JHU Press, 2002. - P. xvi.
- ↑ Wilfried Feldenkirchen. Werner von Siemens - Inventor y empresario internacional. - 1994. - ISBN 0-8142-0658-1 .
- ↑ http://www.microwaves101.com/encyclopedia/why50ohms.cfm Archivado el 14 de julio de 2014 en Wayback Machine , imagen inferior
- ↑ Izyumova, Sviridov, 1975, págs. 51-52
- ↑ 1 2 http://www.microwaves101.com/encyclopedia/why50ohms.cfm Archivado el 14 de julio de 2014 en Wayback Machine .
- ↑ Russian Hamradio - Tipos antiguos de cables de alta frecuencia . Fecha de acceso: 19 de enero de 2009. Archivado desde el original el 2 de enero de 2009.
- ↑ Sistema de designación de cables coaxiales de HUBER&SUHNER . Consultado el 22 de octubre de 2009. Archivado desde el original el 20 de octubre de 2009.
- ↑ 1 2 Pozar, David M. Ingeniería de microondas. Compañía editorial Addison-Wesley, 1993. ISBN 0-201-50418-9 .
- ↑ Elmore, William C.; Heald, Mark A. Física de las ondas (sin especificar) . - 1969. - ISBN 0-486-64926-1 .
Literatura
- N. I. Belorussov, I. I. Grodnev. cables de radiofrecuencia 2ª ed., revisada. — M.-L.: Gosenergoizdat, 1959.
- T. I. Izyumova, V. T. Sviridov. Guías de ondas, líneas coaxiales y de banda. — M.: Eneriya, 1975.
- D. Ya. Galperovich, A. A. Pavlov, N. N. Khrenkov. cables de radiofrecuencia — M.: Energoatomizdat, 1990.
- Cables, alambres y cordones eléctricos: Manual / N. I. Belorussov, A. E. Saakyan, A. I. Yakovleva: Ed. N. I. Belorussova. - 5ª ed., revisada. y adicional — M.: Energoatomizdat, 1987. — 536 p.; enfermo.
- Comunicación de radioaficionados en HF. ed. B. G. Stepanova. - M.: Radio y comunicación, 1991.
- Libro de referencia para un diseñador radioaficionado. ed. N. I. Chistyakova. - M.: Radio y comunicación, 1990.
- J. Davis, J. J. Carr. Guía de bolsillo del ingeniero de radio. Por. De inglés. — M.: Dodeka-XXI, 2002.
- Kashkarov A.P. Un manual popular para un radioaficionado - M .: IP "RadioSoft", 2008. - 416 p .: il. Ver pág. 250.
- GOST 11326.0-78. cables de radiofrecuencia Especificaciones generales.
- CEI 60078 (1967). Cables coaxiales de radiofrecuencia. Impedancia de onda y dimensiones.
- CEI 60096-1 (1986). cables de radiofrecuencia Parte 1: Requisitos generales y métodos de medición.
- CEI 60096-2 (1961). cables de radiofrecuencia Parte 2: Especificaciones particulares para cables.
- CEI 60096-3 (1982). cables de radiofrecuencia Parte 3: Requisitos generales y pruebas para cables coaxiales de un solo núcleo para uso en sistemas de distribución de cables.
- Cable coaxial MIL-C-17 (estándar militar de EE. UU.).
- CEI 78-67, CEI 96-0-70, CEI 96-1-86, CEI 96-3-82.
- TU 16.K99-006-2001, TU16-505.858-81, TU16-705.125-79, TU16-505.166-77.
Enlaces
- Cables de tipo antiguo de alta frecuencia Archivado el 2 de enero de 2009 en Wayback Machine . radioaficionado inglés
- Tabla de características de los cables coaxiales de RF Archivado el 2 de octubre de 2019 en Wayback Machine . Proelectro2.ru
- Cables coaxiales estadounidenses Archivado el 28 de mayo de 2008 en Wayback Machine . QRZ.RU
- Elección de un cable para videovigilancia: tipos, distancias y sutilezas de la instalación Copia archivada el 27 de agosto de 2016 en Wayback Machine . ABC Seguridad
- Características eléctricas de los cables coaxiales Archivado el 28 de mayo de 2010 en Wayback Machine . CQHAM.RU
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