同轴电缆结构与工作原理(同轴电缆的基本结构)

同轴电缆(Coaxial Cable)是一种电线及信号传输线,一般是由四层物料造成:最内里是一条导电铜线,线的外面有一层塑胶(作绝缘体、电介质之用)围拢,绝缘体外面又有一层薄的网状导电体(一般为铜或合金),然后导电体外面是最外层的绝缘物料作为外皮。

同轴电缆结构与工作原理(同轴电缆的基本结构)

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 。

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。

同轴电缆结构与工作原理(同轴电缆的基本结构)

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。

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 。

同轴电缆结构与工作原理(同轴电缆的基本结构)

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。

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

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50。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75。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 。

优缺点:

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。

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。

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