صفر تا صد کابل کواکسیال؛ تعاریف، انواع و کاربردهای آن

کابل کواکسیال (Coaxial Cable)، یک نوع کابل مسی است که با یک سپر فلزی و سایر اجزا محصور شده است تا تداخل سیگنال را به حداقل برساند. در کشورهای خارجی کابل کواکسیال اصولاً توسط شرکت‌های تلویزیونی کابلی برای اتصال ایستگاه‌های آنتن ماهواره خود به منازل و شرکت‌ها به کار می‌رود.

گاهی اوقات شرکت‌های تلفن نیز از کابل کواکسیال برای اتصال دفاتر مرکزی به ایستگاه‌های تلفن نزدیک مشترکان استفاده می‌کنند. برخی از منازل و دفاتر از کابل کواکسیال استفاده می‌کنند، اما کابل‌های جفت دوقلو به عنوان روش ارتباطی اترنت در شرکت‌ها و مراکز داده به طور گسترده کاربرد دارند.

نام کابل کواکسیال به دلیل این است که شامل یک کانال فیزیکی است که سیگنال را به همراه دارد و دور آن یک کانال فیزیکی متمرکز دیگر وجود دارد که هر دو به طول همان محور کشیده می‌شوند. کانال داخلی‌تر معمولاً یک سیم مسی است که سپس توسط یک لایه عایق بین آن و کانال خارجی احاطه شده است. کانال خارجی به عنوان زمین عمل می‌کند، معمولاً به عنوان شبکه مسی. یک لایه دیگر از عایق هر دو کانال داخلی و خارجی را احاطه می‌کند. بسیاری از این کابل‌ها یا جفت لوله‌های کواکسیال می‌توانند در یک پوشش خارجی بکار گرفته شوند و اطلاعات را تا فواصل طولانی حمل کنند.

کابل کواکسیال چگونه عمل می‌کند؟

کابل‌های کواکسیال دارای لایه‌های مرکزی از رسانای الکتریکی و مواد عایق هستند. این ساختار اطمینان می‌دهد که سیگنال‌ها درون کابل قرار گرفته و از ورود نویز الکتریکی به سیگنال جلوگیری می‌کند.

لایه مرکزی یک سیم رساننده نازک است، که ممکن است از مس جامد یا مفتول مسی باشد. سپس لایه عایقی از مواد عایق با خصوصیت‌های الکتریکی مشخص سیم مرکزی را احاطه می‌کند. سپس یک لایه پوششی از فویل فلزی یا مش مفتولی از مس، لایه عایق را احاطه می‌کند. سپس کل این لایه ها توسط یک لایه خارجی عایق پوشانده می‌شود. لایه فلزی پوششی خارجی از کابل کواکسیال معمولاً در اتصال‌گرها در هر دو طرف به زمین متصل می‌شود تا سیگنال‌ها را محافظت کند و به عنوان محلی برای تشتُت ناخواسته سیگنال‌های تداخلی عمل کند.

رابطه طراحی کابل کواکسیال با میزان خطا

طراحی کابل کواکسیال بستگی به کنترل ابعاد و مواد کابل دارد. کنترل این عوامل کمک می‌کند تا یک مقدار ثابت برای امپدانس مشخصه یک کابل کواکسیال ایجاد شود. سیگنال‌های فرکانس بالا در مواردی به اندازه‌ای منعکس می‌شوند که اختلاف‌های امپدانس را ایجاد کرده و خطاهایی را به وجود می‌آورند.

امپدانس مشخصه به فرکانس سیگنال حساس است. در فرکانس‌های بالای ۱ گیگاهرتز، تولیدکننده کابل باید از یک عایق استفاده کند که سیگنال را به اندازه کافی متاثر نکند یا امپدانس مشخصه را به گونه‌ای تغییر دهد که باعث انعکاس سیگنال شود.

ویژگی‌های الکتریکی کابل کواکسیال وابسته به برنامه است و برای عملکرد خوب حیاتی هستند. دو امپدانس مشخصه استاندارد عبارتند از:

• ۵۰ اهم، که در محیط‌های قدرت متوسط ​​مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• ۷۵ اهم، که برای اتصال به آنتن‌ها و نصب‌ مناطق مسکونی استفاده می‌شود.

انواع کابل کواکسیال

کابل های کواکسیال انواع مختلفی دارند که در جدول زیر برخی از آن ها را بیان کرده ایم:

نوع کابل	توضیحات
کابل کواکسیال سخت	از لوله‌های مسی دایره‌ای و پوشش فلزی مانند آلومینیوم یا مس استفاده می‌کند، برای اتصال فرستنده به آنتن مورد استفاده قرار می‌گیرد.
کابل سه لایه	دارای لایه سومی از پوشش است که به زمین وصل شده است تا سیگنال‌های ارسالی را در کابل محافظت کند.
کابل خطی سخت	از لوله‌های مسی دوقلو ساخته شده است که به عنوان لوله‌های غیر قابل انعطاف عمل می‌کنند و برای استفاده در داخل فرستنده‌های فرکانس رادیویی با توان بالا مناسب است.
کابل تابشی	این کابل شکاف‌های تنظیم شده در پوشش خود دارد که با طول موج RF که کابل در آن عمل می‌کند همخوانی دارند و برای استفاده در آسانسورها، تجهیزات نظامی و تونل‌های زیرزمینی مناسب است.

انواع کانکتور های کابل کواکسیال

انواع این کانکتور ها به شرح زیر هستند:

• BNC: برای تلویزیون، سیگنال ویدیویی و رادیویی با فرکانس زیر ۴ گیگاهرتز.
• TNC: نسخه پیچ و مهره از اتصالات BNC، که در گوشی‌های همراه به کار می‌رود و تا ۱۲ گیگاهرتز عمل می‌کند.
• SMA: برای گوشی‌های همراه، سیستم‌های آنتن وایرلس، سیستم‌های مایکروویو و رادیوها، که تا ۱۸ گیگاهرتز کار می‌کند.
• SMB: برای سخت‌افزارهای ارتباطی.
• QMA: نوعی متغیر قفل کردن سریع از اتصالات SMA، که در صنعت و ارتباطات استفاده می‌شود.
• RCA: برای صدا و ویدیو، که معمولاً برای تلویزیون‌های قدیمی و استفاده‌های صدا و تصویر مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• اتصالات F: استفاده شده در تلویزیون‌های دیجیتال و کابلی، معمولاً با کابل‌های RG-6 یا RG-59.

موارد استفاده و کاربرد از کابل کواکسیال

کابل‌های کواکسیال کوتاه برای تلویزیون کابلی، تجهیزات ویدئوی خانگی، تجهیزات رادیویی و دستگاه‌های اندازه‌گیری استفاده می‌شوند. در گذشته، کابل‌های کواکسیال همچنین به عنوان یک شکل اولیه از اترنت استفاده می‌شدند که سرعت‌های تا ۱۰ مگابیت بر ثانیه را پشتیبانی می‌کردند. اما بعدها با کابل های دیگری جایگزین شدند.

با این حال، کابل‌های کواکسیال همچنان به طور گسترده برای اینترنت پهنای باند کابلی استفاده می‌شوند. کابل‌های کواکسیال همچنین در خودروها، هواپیماها، تجهیزات نظامی و پزشکی، و همچنین برای اتصال دیش‌های ماهواره، آنتن‌های رادیویی و تلویزیونی به گیرنده‌های مربوطه خود استفاده می‌شوند.

پارامترهای مشخصه کابل کواکسیال

عواملی که در استاندارد کابل های کواکسیال نقش دارند، عبارتند از:

مقاومت یا امپدانس در کابل کواکسیال

امپدانس به معنای مقاومت یک سیم در برابر جریان الکتریکی تعریف می‌شود. به طور دقیق‌تر، این نشان دهنده مقدار مقاومتی است که با اعمال اختلاف پتانسیل در مقابل جریان الکتریکی به وجود می‌آید، و این مقاومت به عنوان امپدانس شناخته می‌شود. بر اساس قانون اهم، امپدانس برابر نسبت ولتاژ به جریان است که با Z نمایش داده می‌شود.

در اکثر کابل‌های کواکسیال، امپدانس معمولاً ۵۰، ۵۲، ۷۵ یا ۹۳ اهم است. کابل‌های RG-6 با دو یا چهار محافظ و امپدانس ۷۵ اهم، به عنوان رایج‌ترین نوع کابل کواکسیال در صنعت تلویزیون شناخته می‌شوند.

RG در کابل های کواکسیال به چه معناست؟

در بازار، انواع گوناگونی از کابل‌های کواکسیال وجود دارد که اختلافات آن‌ها در امپدانس و اندازه قرار دارد. اندازه این کابل‌ها به عنوان ضخامت آن‌ها مشخص می‌شود و با استفاده از شماره‌های RG یا “Radio Guide” سنجیده می‌شود. هرچه این شماره بزرگتر باشد، به این معناست که هسته مرکزی کابل باریک‌تر است و برای انتقال داده‌ها در فواصل بزرگتر، حتی تا ۵۰۰ متر، موثر است.

بنابراین، این کابل‌ها در زمینه‌های مختلفی مانند شبکه‌های کامپیوتری، سیستم‌های رادیویی، کابل‌های ماهواره و دوربین‌های مداربسته قابل استفاده هستند. به عنوان نمونه، کابل‌های کواکسیال با شماره‌های RG کمتر، برای دوربین‌های مداربسته و کاربردهای کنترل از راه دور مناسب نیستند، اما برای شبکه‌های کامپیوتری و سیستم‌های رادیویی مانند بی سیم‌های نظامی مناسب هستند.

استانداردها

تقریباً ۵۰ استاندارد متمایز برای کابل‌های کواکسیال وجود دارد که اغلب برای موارد استفاده خاص در رادیوی آماتوری یا تلویزیون کابلی با افت فراوان طراحی شده‌اند. به عنوان مثال، کابل RG-59/U برای انتقال سیگنال پهنای باند از سیستم‌های تلویزیون بسته و کابل RG-214/U برای انتقال سیگنال‌های با فرکانس بالا.

اتصالات

اتصالات کواکسیال از اتصال‌گرهای تکی ساده تا ترکیبات پیچیده از چندین لینک کواکسیال نازک، ترکیب شده با قدرت و اتصالات سیگنال دیگر، که به طور معمول در الکترونیک نظامی و هواپیماها پیدا می‌شوند، متغیر هستند.

سختی مکانیکی

سختی مکانیکی به طور قابل توجهی متغیر است و به ساخت داخلی و نوع استفاده از کابل کواکسیال بستگی دارد. به عنوان مثال، کابل‌های با توان بالا اغلب دارای عایق‌های ضخیم و سفت هستند.

انواع کابل های کواکسیال

در حالت کلی، کابل های هم محور به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند:

1. کابل های Thinnet
2. کابل های Thicknet

در ادامه هریک را بررسی خواهیم کرد:

۱. کابل کواکسیال Thinnet

• انعطاف‌پذیر و قطر حدود ۰٫۲۵ اینچ.
• برای تقریباً تمام شبکه‌ها قابل استفاده و مورد استفاده در شبکه‌های کامپیوتری و سیستم‌های رادیویی است.
• دارای امپدانس ۵۰ اهم و مناسب برای انتقال تصاویر دوربین مداربسته و سیستم‌های کنترل از راه دور.

۲. کابل کواکسیال Thicknet

• انعطاف‌پذیر و قطر حدود ۰٫۵ اینچ.
• از نوع کابل اولیه در معماری شبکهٔ اِتِرنِت بوده است.
• دارای هستهٔ مسی ضخیم‌تر و مناسب برای اتصالات در مسافت‌های طولانی‌تر.
• قابلیت انتقال سیگنال‌ها بدون تضعیف تا فاصلهٔ ۵۰۰ متر.

کابل های کواکسیال بر اساس RG

کابل های کواکسیال برحسب RG در بازار را میتوان در جدول زیر خلاصه کرد:

نام کابل	امپدانس	کاربرد	ویژگی‌ها
RG-6	۷۵	سیگنال تلویزیونی، نصب ماهواره	هادی و عایق ضخیم‌تر، کیفیت سیگنال بهتر در فواصل طولانی
RG-59	۷۵	برنامه‌های ویدئویی مسکونی، دوربین‌های مداربسته	نازک‌تر، کاهش کیفیت سیگنال در فواصل بزرگ
RG-11	۷۵	کابل‌های طولانی، انتقال فرکانس بالا	مناسب برای دوربین‌های مداربسته از راه دور و اینترنت با پهنای باند بالا
RG-174	۵۰	کاربردهای کوتاه مانند GPS، آنتن‌های Wi-Fi	نازک و منعطف
RG-213	۵۰	انتقال توان بالا، تاسیسات رادیویی آماتور	ضخیم‌تر و مناسب برای انتقال توان بالا
RG-58	۵۰-۵۲	شبکه‌های کامپیوتری و فرکانس رادیویی	انعطاف پذیری و هزینه نسبتا کم
RG-8	۵۰	انتقال رادیویی و اتصالات داده با فرکانس بالا	مشابه RG-213 اما با امپدانس متفاوت
RG-316	۵۰	کابل کواکسیال با ابعاد کوچک و انعطاف پذیر	ویژگی‌های کوچک و انعطاف‌پذیر

تفاوت کابل RG-6 با RG-59

کابل‌های RG-59 و RG-6 به طور رایج در تلویزیون ماهواره‌ای و مودم‌های کابلی استفاده می‌شوند. در سال های دورتر، ابتدا از کابل RG-59 استفاده می‌شد و پس از آن کابل RG-6 معرفی شد. کابل RG-59 نسبت به کابل RG-6 نازک‌تر است با اندازه AWG 20 و دارای هسته مرکزی از مس. این کابل به طور معمول در ساختمان‌های قدیمی یافت می‌شود و برای سیستم‌های مداربسته و ویدئوی آنالوگ مناسب‌تر است.

کابل RG-6 نیز یک کابل با AWG 18 بزرگتر است و همچنین دارای هسته مرکزی از مس است. این کابل RG-6 با سخت‌افزار با پهنای باند و فرکانس بالا استفاده می‌شود، جایی که سیگنال‌های اینترنت و ماهواره می‌توانند در فرکانس بالاتری نسبت به ویدئوی آنالوگ سنتی ارسال شوند.

انتخاب کابل مناسب بیشتر بستگی به فرکانس دارد. برای نیازهای بالای ۵۰ مگاهرتز، بهتر است از کابل RG-6 استفاده شود.

مشکلات تداخل در کابل های کواکسیال

در کابل‌های کواکسیال ممکن است انواع مختلفی از تداخلات رخ دهد و باعث نشت سیگنال شود. زمانی که میدان الکترومغناطیسی از طریق پوشش خارجی کابل عبور می‌کند این نشت اتفاق می افتد. در موارد دیگر، یک سیگنال خارجی ممکن است از طریق عایق نشت کند.

کابل کواکسیال از نظر نوع ساخت و مواد فنی

مواد فنی:

در این کابل هادی مرکزی ممکن است از مواد و ساختارهای مختلفی ساخته شود. اکثر سازه‌های معمولی هادی‌های جامد یا هفت رشته ای هستند. هادی های جامد در کاربردهای دائمی و ثابت که به ندرت جابجایی دارند و یا با انعطاف کم و هادی های رشته ای در کاربردهای کابل انعطاف پذیر استفاده می‌شود. مواد متداول عبارتند از مس، مس قلع اندود یا نقره، فولاد با روکش مس و آلومینیوم با روکش مس. مس آبکاری شده برای کمک به لحیم کاری اتصالات یا به حداقل رساندن اثرات خوردگی استفاده می‌شود. به دلیل پدیده ای به نام اثر پوستی، مواد روکش مس ممکن است در کاربردهای فرکانس بالاتر (> 50 مگاهرتز) و از طرفی برای بهبود استحکام کششی و کاهش وزن و هزینه استفاده شوند. (اثر پوستی نتیجه سیگنال های فرکانس بالاتر است که در امتداد خارجی ترین سطح یا پوسته هادی منتشر می شود.)

عایق یا ماده دی‌الکتریک

• برای جداسازی بین هادی‌ها استفاده می شود. مطلوب است که این ماده دارای ویژگی های الکتریکی پایدار (ثابت دی الکتریک و ضریب اتلاف) در یک محدوده فرکانس وسیع باشد.
• رایج ترین مواد مورد استفاده پلی اتیلن (PE)، پلی پروپیلن (PP)، اتیلن پروپیلن فلوئوردار (FEP) و پلی تترا فلوئورواتیلن (PTFE) هستند.
• PE و PP در کاربردهای کم هزینه، توان و دمای محدود مطلوب هستند (PE 85درجه سانتیگراد، PP 105درجه سانتیگراد).
• FEP و PTFE برای کاربردهای توان و محدوده دمای بالاتر (۲۰۰ درجه سانتیگراد) هستند و برخی از خواص مقاومت محیطی اضافی را ارائه می دهند. با این حال، هزینه آنها نیز بسیار بالاتر است.
• مواد ممکن است به شکل طبیعی خود (جامد) استفاده شوند یا با حباب های هوا (فوم یا سلولی) برای بهبود ثابت دی الکتریک و خواص الکتریکی مواد و کابل تزریق شوند.
• برخی از طرح ها همچنین دارای طرح های تک رشته ای یا دیسکی هستند که گاهی اوقات به عنوان شکاف هوا از آن یاد می شود.

محدوده دمای کابل

• اغلب با انتخاب مواد و پوشش (ژاکت) روی کابل محدود می‌شود.
• هادی بیرونی معمولاً از تعدادی هادی آلومینیومی یا مسی کوچکتر ساخته شده است.
• این هادی ها به یکدیگر بافته می شوند تا یک نوار در اطراف هسته دی الکتریک تشکیل دهند.
• برای کاربردهای فرکانس بالاتر، نوارهای بافته دوم یا فویل آلومینیومی اغلب برای بهبود میرایی و اثربخشی محافظ اضافه می‌شوند.
• مواد ژاکت به عنوان یک پوشش محافظ در برابر محیط عمل می کند و همچنین ممکن است برای افزودن خواص بازدارنده شعله کابل به طور کلی عمل کند.
• مواد معمولی عبارتند از پلی وینیل کلراید (PVC)، PE، FEP و پلی وینیلیدین فلوراید (PVDF).

ویژگی های الکتریکی

•  رایج ترین ویژگی الکتریکی که در کابل کواکسی به آن اشاره می‌شود، امپدانس مشخصه یا به سادگی امپدانس است.
• امپدانس مخالفت کامل با جریان انرژی الکتریکی در کابل است. این یک مقدار پیچیده است که توسط مقاومت کابل، ظرفیت خازنی، اندوکتانس و رسانایی تعریف می‌شود و مقدار معادل ترکیب این موارد است.
• این مهمترین مشخصه ای است که باید مورد بحث قرار گیرد زیرا از تمام خواص الکتریکی دیگر در کابل ناشی می‌شود.
• به طول وابسته نیست و در اهم بیان می شود. کابل کواکس معمولاً بسته به کاربرد به صورت ۵۰ اهم، ۷۵ اهم و ۹۳ اهم طراحی می شود.

یک فرمول ساده برای تعیین امپدانس کابل کواکسیال:

• Z_۰=۱۳۸*V_p*
• Zo = امپدانس مشخصه
• Vp = سرعت انتشار
• D = قطر دی الکتریک
• d = قطر هادی

است؛ امپدانس مشخصه معمولاً با استفاده از یک بازتاب سنج (رفلکتور) دامنه زمانی (TDR)، مانند اسیلوسکوپ نمونه برداری دیجیتال Tektronix 11801C با سر نمونه برداری SD-24، بر روی یک کابل به طول ۱۰ فوت اندازه گیری می شود.

الزامات استانداردهای فنی، آژانسی و سازمانی: کابل های کواکسی معمولاً بر اساس امپدانس یا نوع RG Radio Guide, شناسایی یا طبقه بندی می شوند. RG یا راهنمای رادیویی روشی است که ارتش برای شناسایی خطوط انتقال داده استفاده می‌کند.

متداول ترین الزام آژانس این است که کابل برای استفاده و کاربرد مورد نظر خود با کد ملی برق (NFPA70) مطابقت داشته باشد. این سند برای ایمنی به خواص فیزیکی مواد و ویژگی‌های شعله/دود خاصی نیاز دارد.

جدول زیر لیست های متداول NEC را برای کابل های ارتباطی (ماده ۸۰۰ مدارهای ارتباطی) فهرست می کند:

 

منابع:

https://fa.wikipedia.org/wiki/%DA%A9%D8%A7%D8%A8%D9%84_%DA%A9%D9%88%D8%A7%DA%A9%D8%B3%DB%8C%D8%A7%D9%84

https://www.techtarget.com/searchnetworking/definition/coaxial-cable-illustrated