Koaksiaalkaabel — mõiste, ehitus, tööpõhimõte ja kasutusalad

Koaksiaalkaabel on spetsiaalne elektrikaabel, mis on mõeldud signaalide edastamiseks nii, et väline häiring oleks minimaalne. Tänapäeval kasutatakse koaksiaalkaableid laialdaselt näiteks kaabeltelevisiooni, kaamera- ja satelliitsüsteemides ning ka mõnes andmeside- ja raadiotehnika rakenduses. Varem oli koaksiaalkaabel populaarne ka arvutivõrkudes, kuid 21. sajandil asendus see suuresti keeratud paarikaablite ja kiudoptilise kaabliga.

Ehitus

Koaksiaalkaabel koosneb mitmest kihist, mis tagavad signaali varjestuse ja mehaanilise kaitse. Põhilised kihid on:

Sisemine juht — tavaliselt üks vasktraat (solid) või traadistatud südamik (stranded), mis kannab signaali.
Dielektrikum ehk isolatsioon — sisemise ja välimise juhtme vahel asuv isolatsioonimaterjal (nt PVC, polüetüleen, vahtpolüetüleen), mis määrab kaabli impedantsi ja kiirusteguri.
Välisvarjestus — kasitud traatvõrk (braid), alumiinium- või vaskvolditud foolium või nende kombinatsioon, mis kaitseb väliste elektromagnetväljade eest.
Välimine mantel — mehaaniline kaitse (PVC, PE, LSZH jt), mõeldud UV-, niiskuse- ja kulumiskaitseks.

Tööpõhimõte

Koaksiaalkaabli toimimise aluseks on see, et signaali kandev elektromagnetväli paikneb (ideaaljuhul) ainult sisemise ja välimise juhtme vahelises ruumis. See piirab lekkeid ja välist häiringut ning annab hea varjestuse. Kaabli iseloomulik parameeter on takistus ehk iseloomulik impedants (Z0), mis sõltub sisemise juhi ja dielektrikumi geomeetriast ning materjalidest. Levinumad impedantsid on 50 Ω (RF- ja mõõtmissüsteemid) ja 75 Ω (video- ja kaabel-TV).

Tüübid ja standardid

RG-seeria (nt RG-6, RG-59, RG-11) — tavalised tele- ja videokaablid, erinevad paksuse, varjestuse ja kaotuse poolest.
Koaksiaalid mõõtmiseks ja RF-ühenduseks — tüübid nagu RG-213, RG-58 ning professionaalsed kaablid madala kadudega.
Spetsiaalsed välitingimustele mõeldud ja otseselt maasse paigaldatavad kaablid, paigaldustsoonile vastavad välismaterjalid (UV-, niiskuskindlus, LSZH).

Olulised parameetrid

Iseloomulik impedants (tüüpiliselt 50 Ω või 75 Ω) — oluline signaali peegelduste vältimiseks ja seadmete ühilduvuseks.
Kaotus (attenuation) — väljendatakse dB/100 m; kaotus kasvab sagedusega ja on määrav edastuskauguses ilma võimendita.
Kiirustegur (velocity factor) — näitab signaali faasikiirust võrreldes valguse kiirusega tühjas ruumis (tüüpiliselt 0,66–0,85).
VSWR / tagastuskaotus — kirjeldab impedantsi sobivust ning peegeldusi; halvad ühendused või vale impedants põhjustavad signaali kadu.
Sagedusala — koaksiaalkaablid töötavad madaltest sagedustest kuni mitme GHz-ni, valik sõltub kaabli konstruktsioonist.

Ühendused ja pistikud

Koaksiaalsetel juhtmetel kasutatakse eri tüüpi pistikuid olenevalt rakendusest:

F-tüüpi — laialt levinud kaabeltelevisioonis ja kodustes süsteemides.
BNC/TNC — videoseadmetes ja laboriühendustes (BNC kiireks ühendamiseks, TNC kruviga stabiilsemaks ühenduseks).
N- ja SMA-pistikud — sagedusaladel, kus on vaja madala kaduga RF-ühendust (antennid, mõõteseadmed).

Õige pistiku ja liitmike paigaldus (krimpimine, keevitamine) ning korralik maandus on edastuskvaliteedi seisukohalt väga olulised.

Kasutusalad

Kaabeltelevisioon ja satelliit — signaali edastamine majapidamisse ja ruumides sisejaotusteks.
Video- ja turvasüsteemid — CCTV kaamerad, DVR/ NVR ühendused (tavaliselt 75 Ω kaablid nagu RG-59 või RG-6).
Raadio- ja antennisüsteemid — paigaldused, stuudiod ning amatöörraadio (50 Ω kaablid).
Mõõteseadmed ja laborid — signaalide viimine instrumentidesse, tarkade meetoditega mõõtmised.
Andmeside — varem Etherneti jaoks kasutatud, nüüd sagedamini optika või paarikaabel; koaks on aga endiselt kasutusel DOCSIS ja kaabelmodemites.

Paigaldus- ja hooldusnõuanded

Jälgi kaabli minimaalset painutusradiaalset — liiga terav painutus suurendab kaotust ja võib kahjustada dielektrikut.
Kasutage õigeid pistikuid ja tööriistu (krimpeerimine/keevitus) ning kontrollige ühenduste tihedust ja varjestuse kontakti.
Maandus korralikult — hea maandus vähendab elektromagnetilisi häireid ja suurendab ohutust pikse- või ülepingeolukordades.
Vältige pikkade vahemaade puhul ilma võimendita ühendamist; vajadusel kasutage signaalivõimendit või vaheta kiudoptiliseks lahenduseks.

Turvalisus ja piirangud

Koaksiaalkaabel ei ole mõeldud elektrivõrgu pingete kandmiseks ja sellel ei tohi olla ühendust võimeste pingetega. Välitingimustes ja otsesel maapinnal paigaldatatavad kaablid peavad olema spetsiaalselt selleks mõeldud. Kaabli valikul tuleb arvestada sagedusvahemikku, kadu, sobiva impedantsi ja mehaanilise keskkonnaga.

Kokkuvõte

Koaksiaalkaabel on robustne ja hästi varjestatud lahendus kõrgsageduslike signaalide edastamiseks. Õige tüübi, pistiku ja paigalduse valimine tagab väikese kadumise ning usaldusväärse töö nii tarbijatele mõeldud televisiooni- ja videorakendustes kui ka professionaalsetes raadio- ja mõõtesüsteemides. Kuigi koaksiaali kasutus mõnes valdkonnas väheneb, jääb see mitmetes rakendustes tänu oma varjestusele ja lihtsusele endiselt laialdaselt kasutatavaks.

Koaksiaalkaabli skemaatiline joonis

Ajakava

1880 - Oliver Heaviside patenteerib Inglismaal koaksiaalkaabli, patent nr 1,407.
1884 - Siemens & Halske patenteerib Saksamaal koaksiaalkaabli (patent nr 28,978, 27. märts 1884).
1894 - Oliver Lodge demonstreerib Kuninglikus institutsioonis lainejuhtide edastamist.
1929 - Lloyd Espenschied ja Herman Affel AT&T Bell Telephone Laboratories'ist patenteerivad esimese kaasaegse koaksiaalkaabli.
1936 - Esimene kinnise ahelaga televisioonipildi edastamine koaksiaalkaabli kaudu 1936. aasta suveolümpiamängudelt Berliinist Leipzigi.
1936 - paigaldatakse maailma esimene veealune koaksiaalkaabel Apollo Bay, Melbourne'i lähedal Austraalias, ja Stanley, Tasmaania vahel. 300 km pikkune kaabel suudab edastada ühte 8,5 kHz ringhäälingukanalit ja seitse telefonikanalit.
1936 - AT&T paigaldab New Yorgi ja Philadelphia vahel koaksiaal-telefoni- ja televisioonikaabli, mille automaatsed võimendusjaamad asuvad iga kümne miili tagant. Detsembris valminud kaabel suudab üheaegselt edastada 240 telefonikõnet.
1936 - General Post Office (praegu BT) rajab koaksiaalkaabli Londoni ja Birminghami vahel, mis pakub 40 telefonikanalit.
1941 - Esimene kommertskasutus USAs AT&T poolt Minneapolise (Minnesota) ja Stevens Point'i (Wisconsin) vahel. L1-süsteem, mille võimsus oli üks telekanal või 480 telefoniliini.
1956 - Esimene transatlantiline koaksiaalkaabel, TAT-1.

Küsimused ja vastused

K: Mis on koaksiaalkaabel?

V: Koaksiaalkaabel on spetsiaalne elektrikaabel, mida kasutatakse signaalide edastamiseks.

K: Mis on koaksiaalkaabli isolatsiooni otstarve?

V: Koaksiaalkaabli isolatsiooni kasutatakse selleks, et muuta see jäigaks ja vältida signaali kandva elektromagnetvälja häirimist või häirimist välise elektromagnetvälja poolt.

K: Millised on koaksiaalkaablite tavalised kasutusalad?

V: Koaksiaalkaableid kasutatakse tavaliselt kaabeltelevisioonis ja neid võib kasutada ka arvutivõrkudes, kuigi see muutus 21. sajandil haruldaseks.

K: Kuidas on koaksiaalkaablid konstrueeritud?

V: Koaksiaalkaablid koosnevad tavaliselt juhtivast traadist koos isolatsiooniga, teisest juhtiva materjali kihist ja mantlist.

K: Milline on koaksiaalkaabli juhtiva traadi ja juhtiva materjali funktsioon?

V: Juhtiv traat ja materjal on mõeldud kõrgsagedusliku või lairiba signaali edastamiseks.

K: Kuidas eksisteerib signaali kandev elektromagnetväli koaksiaalkaabli sisemise ja välimise juhi suhtes?

V: Signaali kandev elektromagnetväli eksisteerib ideaaljuhul ainult sisemise ja välimise juhi vahelises ruumis.

K: Kas koaksiaalkaablid on erinevat tüüpi?

V: Jah, on olemas erinevat tüüpi koaksiaalkaableid, mis vastavad erinevatele standarditele.