Koaxiális kábel – definíció, működés, felhasználás és típusok
Koaxiális kábel: definíció, működés, felhasználás és típusok átfogó útmutató — megbízható jelátvitel, alkalmazások (TV, hálózat), szabványok és választási tippek.
A koaxiális kábel egy speciális elektromos kábel, amelyet elsősorban rádiófrekvenciás jelek továbbítására terveztek. A szerkezete lehetővé teszi a jelek nagyobb zavartatással szembeni védelmét, ezért ma is széles körben használják például a kábeltelevízió rendszerekben és a vezetékes internetszolgáltatásoknál (DOCSIS). Bár korábban számítógépes hálózatokhoz (például 10BASE2) is elterjedt volt, a sodrott érpáras és optikai kábelek megjelenésével ez a felhasználás mára visszaszorult.
Felépítés és anyagok
Tipikus koaxiális kábel rétegei belülről kifelé:
- Vezetőmag (core) – általában egyetlen vezetőhuzal, amely lehet tömör réz vagy rézzel bevont acél (copper-clad steel).
- Szigetelő dielektrikum – a vezető és a külső árnyékoló közötti dielektrikum (habosított PE, szilárd PE stb.), amely meghatározza a capacitást és a terjedési sebességet (velocity factor).
- Külső vezető / árnyékolás – fonatból és/vagy fóliából áll, ez biztosítja a külső elektromágneses mezők elleni védelmet és a visszatérő áram útját.
- Külső köpeny – mechanikai védelem, általában PVC vagy PE anyagból.
Működés elve
A koaxiális kábel jellemzően TEM (transverse electromagnetic) vagy közel TEM módon vezeti a jelet, ahol az elektromágneses tér főként a belső vezető és a külső vezető (árnyékolás) közötti térben helyezkedik el. Emiatt a külső zavaró mezők kevésbé hatnak a jelre, illetve a kábel nem sugároz jelentős mértékben. A rendszer fontos paraméterei:
- Jellemző impedancia – tipikus értékek 50 Ω (távirányítási és rádiós alkalmazások) és 75 Ω (televízió, videó, kábel-modem).
- Csillapítás (attentuáció) – frekvenciafüggő; magasabb frekvencián nagyobb csillapítás lép fel. A csillapítást dB/100 m-ben adják meg.
- Terjedési sebesség – a dielektrikumtól függ; jellemzően a fénysebesség ~60–90%-a.
- Reflexiók, illesztés – impedanciaeltérés reflexiókat okoz; ezért fontos a csatlakozók és hosszabbítók megfelelő illesztése.
Típusok és szabványok
Számos ipari jelölés és szabvány létezik, példák a gyakoribb típusokra:
- RG-6 – 75 Ω, gyakori a lakossági kábeltelevízió és kábelmodem bekötéseknél.
- RG-59 – szintén 75 Ω, rövidebb távolságokra és alacsonyabb frekvenciákra; CCTV rendszerekben gyakori.
- RG-58 – 50 Ω, régebbi adat- és rádióalkalmazásoknál (pl. 10BASE2 Ethernet korábban).
- RG-11 – vastagabb, alacsonyabb csillapítású típus hosszabb távokra.
Árnyékolási megoldások szerint beszélünk egyszeres (braid), dupla (foil+braid) vagy többrétegű árnyékolásról; a jobb árnyékolás alacsonyabb külső interferenciát és kisebb veszteséget eredményez.
Csatlakozók és szerelés
- F-típusú – gyakori televíziós és kábelmodem csatlakozásoknál (75 Ω).
- BNC – 50 Ω és 75 Ω változatban is elérhető, laborokban és profi AV/CCTV rendszerekben használják.
- N, SMA, TNC – rádiós és nagyfrekvenciás alkalmazásoknál.
Fontos a megfelelő csatlakozó és a jó sátorozás: laza vagy nem megfelelően preparált csatlakozó jelentős jelet veszít és reflexiót okozhat. Kültéri szerelésnél figyelni kell a vízszigetelésre és a földelésre (villámvédelem).
Felhasználási területek
- Kábeltelevízió és műsorszórás
- Kábelmodemes (DOCSIS) internetkapcsolatok
- Videomegfigyelő rendszerek (CCTV)
- Rádiófrekvenciás antennák, amatőr rádió
- Professzionális audio/videó összeköttetések
- Régebbi adatkommunikációs hálózatok (pl. 10BASE2)
Előnyök és hátrányok
- Előnyök: jó árnyékolás, stabil impedancia, egyszerű csatlakoztatás, széles frekvenciatartomány.
- Hátrányok: nagyobb csillapítás magas frekvencián és hosszú vonalakon, merevebb és vastagabb, mint a sodrott érpár; végső soron rövidebb távolságokra hatékonyabb, mint az optika.
Karbantartás, mérés és biztonság
A kábelek állapotát TDR-rel (time-domain reflectometer) vagy spektrum/mérésekkel lehet ellenőrizni. Szereléskor figyelni kell a hajlítási sugarra (minimális bend radius), a csatlakozók szoros illeszkedésére, valamint a kültéri futtatásnál a felület védelmére és földelésre (villámvédelem). A rossz földelés vagy sérült árnyékolás jelentős zavarokat és veszteséget okozhat.
Összefoglalás
A koaxiális kábel egyszerű, megbízható megoldás rádiófrekvenciás és szélessávú jelek továbbítására. Felépítése miatt jó védelmet nyújt külső interferenciával szemben, de alkalmazása ma már esettanulság: egyes területeken a jobb ár/teljesítmény arány miatt a sodrott érpár vagy az optikai kábelek váltották fel. A megfelelő típus, árnyékolás és csatlakozás kiválasztása kulcsfontosságú a jó jelteljesítményhez és hosszú élettartamhoz.
Egy koaxiális kábel sematikus rajza
Idővonal
- 1880 - Oliver Heaviside szabadalmaztatja a koaxiális kábelt Angliában, 1,407-es szabadalom.
- 1884 - A Siemens & Halske szabadalmaztatja a koaxiális kábelt Németországban (28,978 számú szabadalom, 1884. március 27.).
- 1894 - Oliver Lodge bemutatja a hullámvezető átvitelt a Royal Institutionban.
- 1929 - Lloyd Espenschied és Herman Affel, az AT&T Bell Telephone Laboratories munkatársai szabadalmaztatják az első modern koaxiális kábelt.
- 1936 - Az 1936-os berlini nyári olimpiai játékokról Lipcsébe tartó első zárt láncú televíziós képátvitel koaxiális kábelen.
- 1936 - A világ első víz alatti koaxiális kábelét telepítik az ausztráliai Melbourne melletti Apollo Bay és a tasmániai Stanley között. A 300 km hosszú kábel egy 8,5 kHz-es műsorszóró csatornát és hét telefoncsatornát képes továbbítani.
- 1936 - Az AT&T kísérleti koaxiális telefon- és televíziós kábelt telepít New York és Philadelphia között, tíz mérföldenként automatikus erősítőállomásokkal. A decemberben elkészült kábel egyszerre 240 telefonhívást képes továbbítani.
- 1936 - A General Post Office (ma BT) koaxiális kábelt fektetett le London és Birmingham között, 40 telefoncsatornát biztosítva.
- 1941 - Az AT&T első kereskedelmi célú használata az USA-ban, a minnesotai Minneapolis és a wisconsini Stevens Point között. L1 rendszer, egy TV-csatorna vagy 480 telefonkör kapacitása.
- 1956 - Az első transzatlanti koaxiális kábel lefektetése, a TAT-1.
Kérdések és válaszok
K: Mi az a koaxiális kábel?
V: A koaxiális kábel egy speciális elektromos kábel, amelyet jelek továbbítására használnak.
K: Mi a célja a koaxiális kábel szigetelésének?
V: A koaxiális kábelen lévő szigetelés arra szolgál, hogy merevvé tegye azt, és megakadályozza, hogy a jelet hordozó elektromágneses mezőt külső elektromágneses mezők zavarják vagy zavarják.
K: Milyen gyakori felhasználási módjai vannak a koaxiális kábeleknek?
V: A koaxiális kábeleket általában a kábeltelevízióhoz használják, és számítógépes hálózatokhoz is használhatók, bár ez a 21. században ritkaságszámba ment.
K: Hogyan épülnek fel a koaxiális kábelek?
V: A koaxiális kábelek jellemzően egy szigeteléssel ellátott vezetőhuzalból, egy másik vezetőanyag-rétegből és egy köpenyből állnak.
K: Mi a feladata a vezetőhuzalnak és a vezető anyagnak a koaxiális kábelben?
V: A vezetőhuzal és a vezető anyag nagyfrekvenciás vagy szélessávú jel továbbítására szolgál.
K: Hogyan létezik a jelet hordozó EM-mező a koaxiális kábel belső és külső vezetőjéhez képest?
V: A jelet hordozó elektromágneses mező ideális esetben csak a belső és a külső vezető közötti térben létezik.
K: Vannak különböző típusú koaxiális kábelek?
V: Igen, léteznek különböző típusú koaxiális kábelek, amelyek különböző szabványoknak felelnek meg.
Keres