Koaksiaalikaapelitekniikka
Koaksiaalikaapelin impedanssi: miksi 50 ohmia ja 75 ohmia antavat harvoin anteeksi yhteensopimattomuuden
Ominainen impedanssi johtuu geometriasta ja dielektrisyydestä, ei hinnasta. Tässä on kuinka 50 ja 75 ohmin järjestelmät käyttäytyvät, mitä epäsuhta todellisuudessa maksaa ja mitkä luvut kuuluvat ostospesifikaatioon.
CCTV-asentaja päättää 75 ohmin RG6-pudotuksen 50 ohmin BNC-sovittimella, koska osalaatikko on lähempänä kuin varastotilaa. Kuva on puhdas ensimmäisenä päivänä. Kolme viikkoa myöhemmin asiakas ilmoittaa himmeästä vaakasuuntaisesta juovasta, ja ensin syytetään kameraa, toiseksi tallenninta ja viimeisenä kaapelia.
Lyhyt versio ennen yksityiskohtia: ketjun jokaisen elementin on sovittava impedanssista, mukaan lukien kaapeli, liitin ja laiteportti. Jos näin ei tapahdu, osa signaalista heijastuu takaisin linjaa pitkin sen sijaan, että se saavuttaisi vastaanottimen, ja nämä heijastukset kasvavat vahingollisemmiksi taajuuden noustessa ja jaksojen pidentyessä.
Seuraavassa kerrotaan, mikä ominaisimpedanssi todella on, miksi teollisuus päätyi 50 ja 75 ohmiin, kuinka epäsopivuus ilmenee testilaitteissa ja näytössä ja mitä pitää kirjoittaa spesifikaatioon, jotta ongelma ei koskaan pääse paikalle.
Mitä koaksiaalikaapelin impedanssi todella mittaa
Ominainen impedanssi ei ole vastus. Se on linjaa pitkin kulkevan aallon jännitteen ja virran suhde, ja se on olemassa myös silloin, kun mitään ei ole kytketty kauimpään. sisään koaksiaalikaapelin fyysinen rakenne sen määrää kolme asiaa: keskijohtimen halkaisija (d), suojuksen tai tilan täyttävän eristeen sisähalkaisija (D) ja kyseisen materiaalin dielektrisyysvakio.
Koaksiaaliviivalle klassinen työskentelykaava on Z0 = 138 jaettuna dielektrisyysvakion neliöjuurella, kerrottuna D:n kymmenen kantalogaritmilla jaettuna d:llä. Siirrä johdinta ja suojusta kauemmaksi toisistaan tai alenna dielektristä vakiota, jolloin impedanssi nousee.
Kahdella seurauksella on kaupallisesti merkitystä:
- Impedanssi ei muutu pituuden mukaan. Saman RG6:n 5 metrin ja 500 metrin kappaleessa on molemmat noin 75 ohmia.
- Impedanssia ei voi lukea yleismittarilla. Sen tarkistamiseen tarvitaan aikatason heijastusmittari, verkkoanalysaattori tai pyyhkäisytesti tunnettua kuormaa vastaan.
Tasavirtaresistanssi on erillinen määritys, ja sillä on edelleen merkitystä. Satelliittivastaanottimen, joka työntää LNB-virtaa pitkällä aikavälillä, on voitettava silmukan vastus, josta ei kerrota mitään.
Ominainen impedanssi kuvaa liikkuvaa aaltoa, joten se pätee koko kaapelia pitkin eikä sen yhteen kohtaan. Kaapeli sovitetaan vain, kun lähteellä, linjalla ja kuormalla on sama impedanssi.
Miksi 50 ohmista ja 75 ohmista tuli standardeja
Kumpikaan luku ei ole mielivaltainen. Ilmadielektrisessä koaksiaalissa vaimennus on alhaisin lähellä 77 ohmia, kun taas tehonkäsittelyn huippu on lähellä 30 ohmia. Mikroaaltoinsinöörit tarvitsivat sekä pienihäviötä että käyttökelpoista tehoa, joten 50 ohmista tuli toimiva kompromissi, ja se karkaistui sotilaalliseen ja myöhemmin kaupalliseen käytäntöön. Broadcast-insinöörit pitivät pienistä häviöistä pitkillä pienitehoisilla videoajoilla, joten 75 ohmista, joka oli lähempänä vaimennusminimiä, tuli video- ja kaapelitelevisiostandardi.
Viisikymmentä ohmia on kompromissi tehon ja häviön välillä; seitsemänkymmentäviisi ohmia kallistuu tappioon. Molemmat ovat teknisiä valintoja, eivät laatuluokkia.
Näkyvät erot ovat pääasiassa tehonkäsittelyssä ja liitinperheissä, kuten alla oleva vertailu osoittaa.
| Ominaista | 50 ohm | 75 ohm |
|---|---|---|
| Tyypillisiä sovelluksia | Langattomat ja RF-linkit, antennisyöttölaitteet, LTE, testilaitteet | CATV, MATV, satelliitti IF, CCTV, baseband video |
| Yleiset liitinperheet | BNC 50 ohm, N, SMA, TNC | F, BNC 75 ohm, video RCA |
| Tehon käsittely | Korkeampi | Alempi |
| Vaimennus vertailukelpoisella geometrialla | Hieman korkeampi | Hieman matalampi |
| Etäisyys häviön minimiin lähellä 77 ohmia | Edelleen | lähempänä |
| Tyypillisiä kaapeliesimerkkejä | RG58, RG174, RG213, LMR400 | RG6, RG59, RG11, S5CFB |
| Julkaistu impedanssitoleranssi | Usein noin 2 ohmia | Usein noin 3 ohmia |
75 ohmin jakelutöissä suojausrakenne on yleensä seuraava päätös impedanssin jälkeen. Vakiokilpi sopii lyhyille tilaaja-ajoille, tri-shield lisää kalvon ja punoksen meluisampiin ympäristöihin, ja quad-shield valitaan, kun sisääntulo- ja paluuhäviömarginaalit ovat tiukat.
Luvut eivät täsmää: palautustappio, VSWR ja näkyvät oireet
Heijastus on ennakoitavissa. Syötä 75 ohmin kuorma 50 ohmin lähteestä ja heijastuskerroin on 0,2, mikä on VSWR noin 1,5-1, paluuhäviö lähellä 14 dB ja noin 4 prosenttia tulevasta tehosta heijastuu. Neljä prosenttia kuulostaa vaarattomalta, ja lyhyellä patch-johdolla se yleensä on. 300 metrin rungossa tai tiheässä kanavajonossa se ei ole, koska heijastunut aalto saapuu myöhään ja lisää tai vähentää suorasta signaalista.
Impedanssivirheet ilmoittavat itsestään muutamalla tunnistettavissa olevalla tavalla:
- Heikko haamukuviointi, soittoääni tai toinen reuna analogisessa videossa
- Banding, kimallus tai ajoittaiset katkeamiset digitaalisilla CATV- ja IPTV-kanavilla
- Nouseva virheprosentti pääosassa, jota mikään vahvistimen säätö ei korjaa
- VSWR-hälytys lähettimessä, joka testaa puhtautta valekuormaksi
- Linkki, joka kulkee kerran läpi ja epäonnistuu, kun toinen laite liittyy ketjuun
Saman perheen 50 ja 75 ohmin liittimet eivät ole keskenään vaihdettavissa, vaikka ne näyttäisivätkin pariutuvan. 75 ohmin BNC:ssä on ohuempi keskitappi kuin 50 ohmin BNC:ssä. Väärän pistokkeen pakottaminen levittää pistorasian kosketinta tai jättää löysän liitoksen, joka pinoaa mekaanisen vian sähköisen päälle.
Impedanssin sovittaminen asennukseen
Useimmat impedanssivirheet tapahtuvat kanavanvaihtopisteissä eikä kaapelin sisällä. Aseta vaatimus ensin sovelluksesta:
- Satelliitti IF ja DTH: 75 ohmia mikropäästä vastaanottimeen, F-liittimillä. LNB:n tasavirta kulkee samalla keskijohtimella, joten silmukkaresistanssi ja impedanssi kuuluvat sekä spesifikaatioon.
- CATV-, MATV- ja IPTV-jakelu: 75 ohmia kauttaaltaan. RG11 ilmapudoille ja pitkille rungoille, RG6 tyypillisille tilaaja-ajoille, RG59 lyhyille laitteille laitteiden takana.
- CCTV: 75 ohmia videoparin poikki, mukaan lukien siamilaiset rakenteet, jotka kuljettavat tasavirtaa koaksiaalin rinnalla.
- Langattomat ja RF-linkit: 50 ohmia kauttaaltaan. RG58 lyhyille jumppereille, RG213 tai LMR400, joissa pidempi syöttöajo kuluttaisi muuten linkkibudjetin.
Jos järjestelmän on aidosti ristettävä toimialueiden välillä, kuten 50 ohmin radio, joka ohjaa 75 ohmin antennijärjestelmää, käytä sovitinta tai muuntajaa sovittimen ja toivon sijaan. Myös impedanssitoleranssi kannattaa kiinnittää tässä vaiheessa, koska kaapeli, joka ajautuu useita ohmeja nimellisarvosta, käyttäytyy pienen epäsovituksena jokaisessa liitoksessa ajon aikana.
CCTV ja pienet järjestelmät: Missä 75 ohmin virheet piiloutuvat
Valvontatyö testaa impedanssikuria vaikeimmin, koska edulliset sovittimet ja sekakameramerkit kohtaavat samassa kaapissa. Komposiitti CCTV-ajo on 75 ohmia kameran lähdöstä koaksiaalin kautta tallentimen tuloon, ja löysä BNC tai hajallaan oleva 50 ohmin sovitin vaikuttaa lyhyeen kaapeliin, joka on vähemmän kuin pitkä.
Siamilaiset rakenteet, kuten KX6 teholla, RG59 teholla tai RG6 teholla, sijoittavat 75 ohmin videoparin 18 tai 20 AWG tehoparin viereen. Tämä poistaa erillisen tehonkäytön, mutta se ei muuta sääntöä: päätä koaksiaali 75 ohmiin molemmissa päissä, 75 ohmin BNC- tai F-liittimillä eikä 50 ohmin osia välissä.
Pidä videopolku 75 ohmin päästä päähän: kameran lähtö, kaapeli, liittimet, välipaneeli ja tallentimen tulo. Jokainen tähän ketjuun asetettu 50 ohmin sovitin lisää heijastuksen, jota tallennin ei voi kumota.
Mitä tulee tarkistaa ennen ostamista
Impedanssi on tietolomakkeen helpoin todennettavissa oleva rivi, ja se on useimmiten luottamuksen arvoinen rivi. Pyydä toimittajalta kuusi tuotetta ennen tuotantotilauksen tekemistä:
- Nimellisimpedanssi ja toleranssi. 75 ohmin videokaapeli, jonka arvo on plus tai miinus 3 ohmia, on normaali; kaikki leveämpi kuin plus tai miinus 5 ohmia ansaitsee kysymyksiä.
- Lakaisu- tai rakenteelliset palautustappiotiedot käyttämäsi kaistan yli, ei yhtä taajuuspistettä.
- Etenemisnopeus, tyypillisesti 0,66 - 0,87 riippuen siitä, onko eriste kiinteää vai vaahdotettua, mikä ohjaa ajoitus- ja pituuslaskelmia.
- Liittimen käyttöliittymä. Vahvista 75 ohm F tai 75 ohm BNC tarpeen mukaan ja hylkää sekoitettu 50 ohmin laitteisto videojärjestelmille.
- Standardit ja vaatimustenmukaisuustodistus, kuten EN 50117 CATV-kaapeleille tai JIS- ja MIL-vastaaville sekä UL, ETL, CE, CPR, RoHS tai REACH, jos projekti niitä vaatii.
- Johdonmukaisuus pitkin rumpua. Impedanssin asettavan dielektrisen halkaisijan on pysyttävä vakaana koko pituuden ajan, joten näytetesti toimituksen molemmista päistä on järkevä tarkistus.
Impedanssi käyttäytyy kuin ketju: 50 tai 75 ohmia jokaisessa liitoksessa tai heijastus jokaisessa liitoksessa. Yhdistä numero sovellukseen käyttämällä 75 ohmia videolle, CATV:lle, satelliitti- ja CCTV:lle ja 50 ohmia RF-, langattomille ja testitöille. Varmista sitten, että kaapelit, liittimet, sovittimet ja laiteportit sopivat yhteen. Kun signaaliongelma selviää kaikista muista selityksistä, mittaa aika-alueen heijastusmittarilla ennen toisen kameran vaihtamista.
