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同轴电缆

导读:

      同轴电缆(Coaxial Cable)是指有两个同心导体,而导体和屏蔽层又共用同一轴心的电缆。最常见的同轴电缆由绝缘材料隔离的铜线导体组成,在里层绝缘材料的外部是另一层环形导体及其绝缘体,然后整个电缆由聚氯乙烯或特氟纶材料的护套包住  。

      同轴电缆可用于模拟信号和数字信号的传输,适用于各种各样的应用,其中最重要的有电视传播、长途电话传输、计算机系统之间的短距离连接以及局域网等。同轴电缆作为将电视信号传播到千家万户的一种手段发展迅速,这就是有线电视。一个有线电视系统可以负载几十个甚至上百个电视频道,其传播范围可以达几十千米。长期以来同轴电缆都是长途电话网的重要组成部分。今天,它面临着来自光纤、地面微波和卫星的日益激烈的竞争  。

历史发展

      同轴电缆的发展主要分为四代:第一代是19世纪中期开始利用聚乙烯材料作为实芯绝缘介质;第二代是利用化学发泡PE材料作为绝缘介质;第三代是藕芯纵孔PE材料作为绝缘介质;第四代是利用物理发泡PE材料作为绝缘介质。同轴电缆按照结构可分为:泄漏同轴电缆、多芯同轴电缆、细径化同轴电缆、复合同轴电缆。

      同轴电缆行业发展至今经历了一系列的变迁。由于全球电子产业在2000年进入高峰期,作为电子产业一部分, 同轴电缆市场规模也达到历史的高峰期。在随后的三年内,随着全球经济增长率进入低谷,同轴电缆产业也随着下游需求的萎缩而进入低迷期,直到2003年下半年才出现复苏迹象。从2004年开始,全球同轴电缆行业进入新一轮的增长期。随着移动通信信号覆盖面的不断扩大,基站数扩增,以及交通、能源、医疗等领域对移动信号要求的不断提高,全球射频同轴电缆行业的市场发展前景依然看好 。

发展概况

      中国经济持续快速的增长,为线缆产品提供了巨大的市场空间,中国市场强烈的诱惑力,使得世界都把目光聚焦于中国市场,在改革开放短短的几十年,中国线缆制造业所形成的庞大生产能力让世界刮目相看。随着中国电力工业、数据通信业、城市轨道交通业、汽车业以及造船等行业规模的不断扩大,对电线电缆的需求也将迅速增长,未来电线电缆业还有巨大的发展潜力。

主要分类

同轴电缆可分为两种基本类型,基带同轴电缆和宽带同轴电缆。

      基带同轴电缆的屏蔽层通常是用铜做成的网状结构,其特征阻抗为50Ω。该电缆用于传输数字信号,常用的型号一般有RG-8(粗缆)和RG-58(细缆)。

      粗缆与细缆最直观的区别在于电缆直径不同。粗缆适用于比较大型的局部网络,它的标准距离长,可靠性高;但是粗缆网络必须安装收发器和收发器电缆,安装难度也大,因此总体造价高。相反,细缆则比较简单,造价较低;但由于安装过程中要切断电缆,因而当接头较多时容易产生接触不良的隐患 。

      无论是使用粗缆还是细缆连接的网络,故障点往往会影响到整根电缆上的所有机器,故障的诊断和修复都很麻烦。因此,基带同轴电缆已逐步被非屏蔽双绞线或光缆所取代  。

宽带同轴电缆

      宽带同轴电缆的屏蔽层通常是用铝冲压而成的,其特征阻抗为75Ω。这种电缆通常用于传输模拟信号,常用型号为RG-59,是有线电视网中使用的标准传输线缆,可以在一根电缆中同时传输多路电视信号。宽带同轴电缆也可用作某些计算机网络的传输介质 。

工作原理

      同轴电缆由里到外分为四层:中心铜线(单股的实心线或多股绞合线),塑料绝缘体,网状导电层和电线外皮。中心铜线和网状导电层形成电流回路。因为中心铜线和网状导电层为同轴关系而得名。

      同轴电缆传导交流电而非直流电,也就是说每秒钟会有好几次的电流方向发生逆转  。

如果使用一般电线传输高频率电流,这种电线就会相当于一根向外发射无线电的天线,这种效应损耗了信号的功率,使得接收到的信号强度减小 。

      同轴电缆的设计正是为了解决这个问题。中心电线发射出来的无线电被网状导电层所隔离,网状导电层可以通过接地的方式来控制发射出来的无线电 。

      同轴电缆也存在一个问题,就是如果电缆某一段发生比较大的挤压或者扭曲变形,那么中心电线和网状导电层之间的距离就不是始终如一的,这会造成内部的无线电波会被反射回信号发送源。这种效应减低了可接收的信号功率。为了克服这个问题,中心电线和网状导电层之间被加入一层塑料绝缘体来保证它们之间的距离始终如一。这也造成了这种电缆比较僵直而不容易弯曲的特性 。

      同轴电缆的屏蔽材料实质上主要是对外导体进行改进,从最初的管状外导体,依次发展为单层编织、双层金属。管状外导体虽然屏蔽性能非常好,但不易弯曲,使用不方便。单层编织的屏蔽效率最差,双层编织比一层编织的转移阻抗减少3倍,可见双层编织的屏蔽效果比单层有了很大的改善。各大同轴电缆制造商都在不断改进电缆的外导体结构以保持其性能。

      同轴电缆的优点是可以在相对长的无中继器的线路上支持高带宽通信,而其缺点也是显而易见的:一是体积大,细缆的直径就有3/8英寸粗,要占用电缆管道的大量空间;二是不能承受缠结、压力和严重的弯曲,这些都会损坏电缆结构,阻止信号的传输;最后就是成本高,而所有这些缺点正是双绞线能克服的,因此在现在的局域网环境中,基本已被基于双绞线的以太网物理层规范所取代 。

安装方法

      同轴电缆一般安装在设备与设备之间。在每一个用户位置上都装备有一个连接器,为用户提供接口。接口的安装方法如下  :

(1)细缆:将细缆切断,两头装上BNC头,然后接在T型连接器两端  。

(2)粗缆:粗缆一般采用一种类似夹板的Tap装置进行安装,它利用Tap上的引导针穿透电缆的绝缘层,直接与导体相连。电缆两端头设有终端器,以削弱信号的反射作用。用于传输速率为10Mbit/s的网络 。

参数指标

电气参数

(1)同轴电缆的特性阻抗:同轴电缆的平均特性阻抗为50±2Ω,沿单根同轴电缆的阻抗的周期性变化为正弦波,中心平均值±3Ω,其长度小于2米 。

(2)同轴电缆的衰减:一般指500米长的电缆段的衰减值。当用10MHz的正弦波进行测量时,它的值不超过8.5db(17db/公里);而用5MHz的正弦波进行测量时,它的值不超过6.0db(12db/公里)  。

(3)同轴电缆的传播速度:需要的最低传播速度为0.77C(C为光速) 。

(4)同轴电缆直流回路电阻:电缆的中心导体的电阻与屏蔽层的电阻之和不超过10毫欧/米(在20℃下测量) 。

物理参数

      同轴电缆是由中心导体、绝缘材料层、网状织物构成的屏蔽层以及外部隔离材料层组成 。

      同轴电缆具有足够的可柔性,能支持254mm(10英寸)的弯曲半径。中心导体是直径为2.17mm±0.013mm的实芯铜线。绝缘材料必须满足同轴电缆电气参数。屏蔽层是由满足传输阻抗和ECM规范说明的金属带或薄片组成,屏蔽层的内径为6.15mm,外径为8.28mm。外部隔离材料一般选用聚氯乙烯(如PVC)或类似材料  。

质量检测

1、查绝缘介质的整度

      标准同轴电缆的截面很圆整,电缆外导体、铝泊贴于绝缘介质的外表面。介质的外表面越圆整,铝箔与它外表的间隙越小,越不圆整间隙就越大。实践证明,间隙越小电缆的性能越好,另外,大间隙空气容易侵入屏蔽层而影响电缆的使用寿命 。

2、测同轴电缆绝缘介质的一致性

      同轴电缆缘介质直径波动主要影响电缆的回波系数,此项检查可剖出一段电缆的绝缘介质,用千分尺仔细栓查各点外径,看其是否一致 。

3、测同轴电缆的编织网

      同轴电缆的纺织网线对同轴电缆的屏蔽性能起着重要作用,而且在集中供电有线电视线路中还是电源的回路线,因此同轴电缆质量检测必须对纺织网是否严密平整进行察看,方法是剖开同轴电缆外护套,剪一小段同轴电缆编织网,对编织网数量进行鉴定,如果与所给指标数值相符为合格,另外对单根纺织网线用螺旋测微器进行测量,在同等价格下,线径越粗质量越好 。

4、查铝箔的质量

      同轴电缆中起重要屏蔽作用的是铝箔,它在防止外来开路信号干扰与有线电视信号混淆方面具有重要作用,因此对新进同轴电旨应检查铝箔的质量。首先,剖开护套层,观察编织网线和铝箔层表面是否保持良好光泽;其次是取一段电缆,紧紧绕在金属小轴上,拉直向反向转绕,反复几次,再割开电缆护套层观看铝箔有无折裂现象,也可剖出一小段铝箔在手中反复揉搓和拉伸,经多次揉搓和拉伸仍未断裂,具有一定韧性的为合格品,否则为次品 。

5、查外护层的挤包紧度

      高质量的同轴电缆外护层都包得很紧,这样可缩小屏蔽层内间隙,防止空气进入造成氧化,防止屏蔽层的相对滑动引起电性能飘移,但挤包太紧会造成剥头不便,增加施工难度。检查方法是取1m长的电缆,在端部肃去护层,以用力不能拉出线芯为合适 。

应用

      在有线电视传输中,由于同轴电缆造价低、易施工,在中、小传输系统中得到了广泛的应用。特别是在HFC(Hybrid Fiber-Coaxial,混合光纤同轴电缆)网络"最后1公里"传输中,是无法用其他电缆所代替的。许多无源器件、有源器件及用户都需电缆连接,凡是用同轴电缆连接的各个器件之间都需达到阻抗匹配。如果不匹配,会使信号在元器件与电缆之间产生反射,增加噪声及重影对传输图像的影响。现市场出售的不同厂家生产的同种规格电缆,质量相差很大。但是只要选择正规厂家生产的电缆(价格偏高),其原材料、电气性能及生产工艺都能得到保证,质量也值得信赖。

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