Koaxiális kábelek tervezése
Koaxiális kábel impedancia: Miért bocsátja meg ritkán az 50 ohm és a 75 ohm az eltérést
A karakterisztikus impedancia a geometriából és a dielektrikumból adódik, nem az árból. Íme, hogyan viselkednek az 50 és 75 ohmos rendszerek, mennyibe kerül valójában az eltérés, és mely számok tartoznak a vásárlási specifikációhoz.
A CCTV-szerelő egy 75 ohmos RG6-eset egy 50 ohmos BNC adapterrel zár le, mivel az alkatrészfiók közelebb van, mint a raktárhelyiség. A kép az első napon tiszta. Három héttel később az ügyfél halvány vízszintes sávozást jelent, és először a kamerát, a másodikat a felvevőt, utoljára a kábelt hibáztatják.
A rövid változat, a részletek előtt: a lánc minden elemének meg kell egyeznie az impedanciában, beleértve a kábelt, a csatlakozót és a berendezés portját. Ha ez nem történik meg, a jel egy része visszaverődik a vonalon, ahelyett, hogy elérné a vevőt, és ezek a visszaverődések károsabbá válnak, ahogy a frekvencia emelkedik, és a futások hosszabbak lesznek.
A következőkben bemutatjuk, hogy valójában mi a jellemző impedancia, miért számolt az iparág 50 és 75 ohm mellett, hogyan jelenik meg az eltérés a tesztfelszerelésen és a képernyőn, és mit kell írni a specifikációba, hogy a probléma soha ne érje el a helyszínt.
Mit mér a koaxiális kábel impedanciája
A karakterisztikus impedancia nem ellenállás. Ez a vonal mentén haladó hullám feszültség és áram aránya, és akkor is létezik, ha a túlsó végén semmi sincs csatlakoztatva. In a koaxiális kábel fizikai felépítése három dolog határozza meg: a középső vezető átmérője (d), az árnyékolás vagy a teret kitöltő dielektrikum belső átmérője (D), és az adott anyag dielektromos állandója.
Egy koaxiális egyenes esetében a klasszikus munkaképlet Z0 = 138 osztva a dielektromos állandó négyzetgyökével, megszorozva D tíz alapú logaritmusával osztva d-vel. Tolja távolabb egymástól a vezetőt és az árnyékolást, vagy csökkentse a dielektromos állandót, és megnő az impedancia.
Két következmény számít kereskedelmi szempontból:
- Az impedancia nem változik a hosszúsággal. Egy 5 m-es és egy 500 m-es darab ugyanabból az RG6-ból egyaránt körülbelül 75 ohmon áll.
- Az impedancia nem leolvasható multiméterrel. Az ellenőrzéshez időtartomány-reflektorméterre, hálózati elemzőre vagy egy ismert terhelés melletti sweep tesztre van szükség.
Az egyenáramú ellenállás külön specifikáció, és továbbra is számít. Egy műholdvevőnek, amely hosszú távon az LNB tápfeszültségét erősíti, le kell győznie a hurokellenállást, amiről az impedancia nem mond semmit.
A karakterisztikus impedancia a haladó hullámot írja le, tehát a kábel egészére vonatkozik, nem pedig annak egy pontjára. A kábel csak akkor illeszkedik, ha a forrás, a vonal és a terhelés azonos impedanciával rendelkezik.
Miért az 50 Ohm és a 75 Ohm lett a szabvány?
Egyik szám sem önkényes. Levegő dielektromos koax esetén a csillapítás 77 ohm közelében a legalacsonyabb, míg a teljesítménykezelés csúcsa 30 ohm közelében van. A mikrohullámú mérnököknek mind alacsony veszteségre, mind hasznosítható teljesítményre volt szükségük, így az 50 ohm lett a működő kompromisszum, és bekerült a katonai, majd a kereskedelmi gyakorlatba. A műsorszóró mérnökei törődtek az alacsony veszteséggel a hosszú, kis teljesítményű videófutások során, így a csillapítási minimumhoz közelebb eső 75 ohm lett a video- és kábeltelevíziós szabvány.
Ötven ohm kompromisszum a teljesítmény és a veszteség között; hetvenöt ohm a veszteség felé hajlik. Mindkettő mérnöki választás, nem minőségi besorolás.
A látható különbségek főként a teljesítménykezelésben és a csatlakozócsaládokban vannak, amint azt az alábbi összehasonlítás is mutatja.
| Jellemző | 50 ohm | 75 ohm |
|---|---|---|
| Tipikus alkalmazások | Vezeték nélküli és RF kapcsolatok, antenna adagolók, LTE, tesztberendezések | CATV, MATV, műholdas IF, CCTV, alapsávi videó |
| Gyakori csatlakozócsaládok | BNC 50 ohm, N, SMA, TNC | F, BNC 75 ohm, videó RCA |
| Erőkezelés | Magasabb | Lejjebb |
| Csillapítás hasonló geometriánál | Kicsit magasabban | Kissé lejjebb |
| Távolság a veszteség minimumától 77 ohm közelében | Tovább | Közelebb |
| Tipikus kábelpéldák | RG58, RG174, RG213, LMR400 | RG6, RG59, RG11, S5CFB |
| Közzétett impedancia tolerancia | Gyakran körülbelül 2 ohm | Gyakran körülbelül 3 ohm |
A 75 ohmos elosztási munkáknál általában az árnyékolási szerkezet a következő döntés az impedancia után. A szabványos pajzs rövid előfizetői futáshoz illeszkedik, a tri-shield fóliát és fonatot ad hozzá a zajosabb környezetekhez, és a négypajzsot választják ott, ahol szűk a bemeneti és visszatérési veszteség.
Nem egyezik a számok: megtérülési veszteség, VSWR és látható tünetek
A tükrözés kiszámítható. Tápláljon 75 ohmos terhelést egy 50 ohmos forrásból, és a visszaverődési együttható 0,2, ami körülbelül 1,5–1 VSWR, a visszatérési veszteség közel 14 dB, és a beeső teljesítmény nagyjából 4 százaléka visszaverődik. A négy százalék ártalmatlannak hangzik, és egy rövid patch-elvezetésen általában az is. 300 m-es törzsön, vagy sűrű csatornasoron nem, mert a visszavert hullám későn érkezik, majd hozzáad, vagy kivon a közvetlen jelből.
Az impedanciahibák általában néhány felismerhető módon jelentkeznek:
- Halvány szellemkép, csengetés vagy egy második él az analóg videón
- Sávos, csillogás vagy időszakos lemorzsolódás a digitális CATV és IPTV csatornákon
- Növekvő hibaarány a fejállomáson, amelyet semmilyen erősítő beállítás nem javít
- VSWR riasztás egy távadónál, amely tiszta terhelést tesztel
- Egy link, amely egyszer áthalad, és meghibásodik, amikor egy másik eszköz csatlakozik a lánchoz
Ugyanazon család ötven és hetvenöt ohmos csatlakozói nem cserélhetők fel, még akkor sem, ha úgy tűnik, hogy párosulnak. A 75 ohmos BNC vékonyabb középső tűt hordoz, mint az 50 ohmos BNC. A rossz dugó erőltetése szétteríti a dugaszolóaljzat érintkezőjét, vagy laza kötést hagy maga után, ami egy mechanikai hibát halmoz fel az elektromos csatlakozóra.
Impedancia illesztése a telepítéshez
A legtöbb impedanciahiba az átadási pontokon történik, nem pedig a kábel belsejében. Először állítsa be a követelményt az alkalmazásból:
- Műholdas IF és DTH: 75 ohm az LNB-től a vevőig, F csatlakozókkal. Az LNB DC tápellátása ugyanazon a középső vezetéken halad, így a hurokellenállás és az impedancia is a specifikációhoz tartozik.
- CATV, MATV és IPTV terjesztés: 75 ohm végig. RG11 az antennaesésekhez és hosszú törzsekhez, RG6 a tipikus előfizetői futásokhoz, RG59 a berendezések mögötti rövid foltokhoz.
- CCTV: 75 ohm a videopáron keresztül, beleértve a sziámi konstrukciókat is, amelyek egyenáramot is hordoznak a koax mellett.
- Vezeték nélküli és RF kapcsolatok: 50 ohm végig. RG58 rövid jumperekhez, RG213 vagy LMR400, ahol a hosszabb feeder futás egyébként felemészti a link költségvetését.
Ha egy rendszernek valóban át kell lépnie a tartományok között, például egy 50 ohmos rádiónak, amely egy 75 ohmos antennarendszert vezérel, akkor adapter helyett használjon megfelelő padot vagy transzformátort, és reménykedjen. Az impedanciatűrést is érdemes ebben a szakaszban rögzíteni, mert a névlegestől több ohmot sodródó kábel a futás során minden csatlakozásnál kis eltérésként viselkedik.
CCTV és kis rendszerek: ahol 75 ohmos hibák rejtőznek
A felügyeleti munka teszteli a legkeményebben az impedancia fegyelmet, mivel az olcsó adapterek és a vegyes kamerák márkái ugyanabban a szekrényben találkoznak. A kompozit CCTV futás 75 ohmos a kamera kimenetétől a koaxon keresztül a rögzítő bemenetéig, és egy laza BNC vagy egy kósza 50 ohmos adapter kevésbé érinti a rövid kábelt, mint egy hosszút.
Az olyan sziámi konstrukciók, mint a KX6 tápellátással, az RG59 tápegységgel vagy az RG6 tápellátással egy 75 ohmos videópárt helyeznek el a 18 vagy 20 AWG teljesítménypár mellett. Ez megszünteti a külön tápellátást, de nem változtat a szabályon: mindkét végén 75 ohmos koaxiális zárral, 75 ohmos BNC vagy F csatlakozókkal, és nincs közöttük 50 ohmos alkatrész.
Tartsa a videó útvonalat 75 ohm végtől végig: kamerakimenet, kábel, csatlakozók, javítópanel és felvevő bemenet. Minden ebbe a láncba behelyezett 50 ohmos adapter olyan visszaverődést ad, amelyet a felvevő nem tud visszavonni.
Mit kell ellenőrizni vásárlás előtt
Az impedancia a legkönnyebben ellenőrizhető sor az adatlapon, és a leggyakrabban a bizalomra épülő sor. Gyártási rendelés leadása előtt kérjen be egy beszállítótól hat terméket:
- Névleges impedancia és tolerancia. A plusz-mínusz 3 ohmon feltüntetett 75 ohmos videokábel normális; minden plusz-mínusz 5 ohmnál szélesebb kérdéseket érdemel.
- Sweep vagy strukturális megtérülési veszteségadatok a ténylegesen használt sávon keresztül, nem egyetlen frekvenciaponton.
- A terjedési sebesség, jellemzően 0,66 és 0,87 között van attól függően, hogy a dielektrikum szilárd vagy habos, ami az időzítési és hosszszámításokat hajtja végre.
- Csatlakozó interfész. Szükség esetén erősítse meg a 75 ohmos F vagy 75 ohmos BNC-t, és utasítsa el a vegyes 50 ohmos hardvert a videorendszerekhez.
- Szabványok és megfelelőségi bizonyítékok, például az EN 50117 szabvány a CATV kábelekre vagy a JIS és MIL megfelelőire, valamint az UL, ETL, CE, CPR, RoHS vagy REACH, ahol a projekt megköveteli.
- Konzisztencia a dob mentén. Az impedanciát beállító dielektromos átmérőnek a teljes hosszban stabilnak kell maradnia, ezért a mintavétel a szállítás mindkét végéről ésszerű ellenőrzés.
Az impedancia láncként viselkedik: 50 vagy 75 ohm minden csatlakozásnál, vagy visszaverődés minden csatlakozásnál. Illessze a számot az alkalmazáshoz, használjon 75 ohmot videóhoz, kábeltelevízióhoz, műholdas és CCTV-hez, és 50 ohmot rádiófrekvenciás, vezeték nélküli és tesztelési munkákhoz, majd győződjön meg arról, hogy a kábelek, csatlakozók, adapterek és berendezések portjai megegyeznek. Ha a jelprobléma minden más magyarázatot túlél, mérje meg az időtartomány reflektométerét, mielőtt másik kamerát cserélne.
