Kabllo koaksiale

Kablloja koaksiale, ose koaksi, është një lloj kablloje që ka një përçues të brendshëm të rrehtuar nga një shtresë tubulare izoluese, i rrehtuar nga një mburojë tubulare. Shumë kabllo koaksiale kanë një veshje të jashtme izoluese ose xhaketë. Termi “koaksial” vjen nga një përçues i brendshëm dhe një mburojë e jashtme që ndajnë një bosht gjeometrik. Kablloja koaksiale u zbulua nga inxhinieri dhe matematikanti anglez Oliver Heaviside, i cili e bëri dizajnin në vitin 1880.^[1] Kablloja koaksiale ndryshon nga kabllot e tjera të mbrojtura të përdorura për mbajtjen e sinjaleve me frekuencë të ulët, si audio sinjalet.

Aplikimet

Kablloja koaksiale përdoret vi transmetues linjor për sinjalet e frekuencave të radiove. Aplikimi i saj përfshin kabllot që lidhin transmetuesit e radioeve dhe pranuesit me antenat e tyre, lidhjet e rrjeteve kompjuterike, dhe shpërndarjen e sinjaleve kabllore televizive. Një avantazh i koaksialeve mbi tipat e tjerë të transmetuesve linjor të radios është se në kabllon ideale koaksiale fusha elektromagnetike që mban sinjalet ekziston vetëm në hapësirën në mes të përçuesit të jashtëm dhe të brendshëm. Kjo ua lejon kabllove koaksiale të instalohen afër objekteve metalike si ulluqet pa humbje të fuqisë që ndodh në tipat e tjerë të transmetuesve linjor. Kablloja koaksiale po ashtu ofron mbrojtje të sinjaleve nga interferenca e jashtme elektromagnetike.

Përshkrimi

Coaxial cable cutaway (not to scale)

Kablloja koaksiale përsjell sinjalin elektrik duke përdorur përçues të brendshëm (zakonisht bakër të fortë, bakër të bllokuar ose bakër me çelik) i rrethuar nga një shtresë izoluese dhe e gjitha e rrethuar me një mburojë. Kablloja është e mbrojtur nga një xhaketë e jashtme e izoluar. Normalisht, mburoja mbahet në potencial tokësor dhe një tension është i aplikuar në përçuesin qendror për të mbajtur sinjalet elektrike. Avantazhi i dizajneve koaksiale është se fushat elektrike dhe magnetike janë të mbyllura në dielektrike me një rrjedhje të vogël jashtë mburojës. Anasjelltas, fushat elektrike dhe magnetike jashtë kabllos mbahen larg nga shkaktimi i interferencës në sinjalet brenda kabllos. Kabllot me diametër më të madh dhe kabllot me mburoja të shumëfishta kanë më pak rrjedhje. Kjo veti i bën kabllot koaksiale të favorshme për mbajtjen e sinjaleve të dobëta që nuk e tolerojnë interferencën nga mjedisi ose sinjalet e larta elektrike që nuk duhet të lejohen të rrezatojnë ose çiftëzohen në struktura të afërta ose në qarqe.^[2]

Aplikime të ngjashme të kabllos koaksiale përfshijnë shpërndarjen e kabllove të televizorit dhe atyre të videove, transmetimin e mikrovalëve, dhe lidhjen e kompjuterëve. ^[3]

Impedanca karakterisitke e kabllos (Z₀) është e përcaktuar nga konstanta dielektrike e izolatorit të brendshëm dhe rrezeve të përçuesve të jashtëm dhe të brendshëm. Impedanca karakteristike e një kablloje të kontrolluar është e rëndësishme sepse burimi dhe impedanca duhet të përshtaten për të siguruar transferimin maksimal të fuqisë dhe minimumin e raportit të qëndrimit të valëve. Veti të tjera të rëndësishme të kabllos koaksiale përfshijnë lehtësimin si funksion i frekuencës, trajtimin e tensionit dhe cilësinë e mburojes.^[2]

Lidhësit

Një lidhës koaksial (male N-type).

Fundet e kabllove koaksiale zakonisht janë lidhësit. Lidhësit koaksial janë të projektuar për të mbajtur një formë koaksiale rreth lidhjes dhe kanë të njëjtën impedancë si kablloja e lidhur. Lidhësit janë zakonisht të ndërtuar me metale me përçueshmëri të lartë si argjendi ose ari rezisten ndaj nxirjes. Për shkak të efektit të mbulesës, sinjali RF mbahet vetëm duke i gërshëtuar në frekuenca të larta dhe nuk depërtojnë në trupin lidhës. Argjendi megjithatë nxihet shpejtë dhe sulfidi i argjendit i pordhuar është përçues i dobët, duke e ulur performancën e lidhësit, duke e bërë argjendin një zgjidhje të dobët për këtë aplikim.

Parametra të rëndësishëm

Prezantimi skematik i elementeve përbërëse të një transmetuesi linjor.

Prezantimi skematik i një transmetuesi linjor koaksial, duke treguar impedancën karakterisikte

Z_{0}

.

Kablloja koaksiale është një lloj i veçantë i transmetuesve linjor, kështu që modelet qarkore të zhvilluara për transmetuesit e përgjithshëm linjor janë të përshtatshme.

Parametrat fizik

Gjatësia e kabllos $h$ .
Diametri i jashtëm i përçuesit të brendshëm $d$ .
Diametri i brendshëm i mburojës $D$ .
Konstanta dielektrike e izolatorit, $\epsilon$ . Konstanta dielektrike shpesh shprehet si konstante dielektrike relative $\epsilon _{r}$ , duke iu referuar konstantës dielektrike të hapësirës së lirë $\epsilon _{0}$ : $\epsilon =\epsilon _{r}\epsilon _{0}$ . Kur izolatori është përzierje e materialeve dielektrike, atëherë përdoret termi konstantë dielektrike efektive $\epsilon _{eff}$ .
Permeabiliteti magnetike i izolatorit $\mu$ . Permeabiliteti shpesh shprehet si permeabilitet relativ $\mu _{r}$ , duke iu referuar permeabilitetit të hapësirsë së lirë $\mu _{0}$ : $\mu =\mu _{r}\mu _{0}$ . Permeabiliteti relativ gjithmonë është 1.

Parametrat themelor elektrikë

Kapaciteti shunt për njësi të gjatësisë, në farad për metër. ^[4]

\left({\frac {C}{h}}\right)={2\pi \epsilon  \over \ln(D/d)}={2\pi \epsilon _{0}\epsilon _{r} \over \ln(D/d)}

Induktiviteti serik për njësi të gjatësisë, në henr për metër.

\left({\frac {L}{h}}\right)={\mu  \over 2\pi }\ln(D/d)={\mu _{0}\mu _{r} \over 2\pi }\ln(D/d)

Rezistenca serike për njësi të gjatësisë, në ohm për metër. Rezistenca për njësi të gjatësisë është vetëm rezistenca e përçuesit të brendshëm dhe mburoja në frekuenca të ulëta. Në frekuenca të larta, efekti i mbulojës rrit rezistencën efektive duke kufizuar përçueshmërinë në shtresat e holla të secilin përçues.
Kapaciteti shunt për njësi të gjatësisë, në siemens për metër. Kapaciteti shunt zakonisht është i vogël sepse përdoren izolatorët me veti të mira dielektrike.

Parametrat elektrik të nxjerrë

Impednaca karakterisike në ohm. Duke neglizhuar rezistencën për njësi të gjatësisë për shumicën e kabllos koaksiale, impedanca karakteristike është e përcaktuar nga kapaciteti për njësi të gjatësisë (C) dhe induktivitet për njësi të gjatësisë (L). Shprehja e thjeshtuar është ( $Z_{0}={\sqrt {L/C}}$ ). Këta parametra janë të përcaktuar nga raporti i diametrit të brendshëm (d) dhe të jashtëm (D) dhe konstantës dielektrike **. Impedanca karakteristike është e dhënë nga:^[5]

Z_{0}={\frac {1}{2\pi }}{\sqrt {\frac {\mu }{\epsilon }}}\ln {\frac {D}{d}}\approx {\frac {60\Omega }{\sqrt {\epsilon _{r}}}}\ln {\frac {D}{d}}\approx {\frac {138\Omega }{\sqrt {\epsilon _{r}}}}\log _{10}{\frac {D}{d}}

Atenutacioni (humbja) për njësi të gjatësisë, në decibel për metër. Kjo varet nga humbja në materialin dielektrik që e rrethon kabllon, dhe humbjet rezistive në përçuesin qendror dhe mburojën e jashtme. Këto humbje janë të varura nga frekuenca, humbjet rriten ndërkohë që rritet frekuenca.

Shpejtësia e përhapjes, në metra për sekondë. Shpejtësia e përhapjes varet nga konstanta dielektrike dhe permeabiliteti.

v={1 \over {\sqrt {\epsilon \mu }}}={c \over {\sqrt {\epsilon _{r}\mu _{r}}}}

Banda e modeleve të vetme. Në kabllo koaksiale, modeli dominant ( me frekuencën më të ulët) është ai TEM, frekuenca e të cilit është zero. Modeli tjetër me frekuencën më të ulët është TE₁₁. Ky model ka një “valë” që shkon rreth perimetrit të kabllos. Për një përafrim të mirë kushti që modeli TE₁₁ të përhapet është që gjatësia valore në dielektrik nuk është rrjedhje në perimetër në izolatorit; frekuenca në fund është

f_{c}\approx {1 \over \pi ({D+d \over 2}){\sqrt {\mu \epsilon }}}={c \over \pi ({D+d \over 2}){\sqrt {\mu _{r}\epsilon _{r}}}}

.

Prandaj, kjo mund të përdoret deir në 90%^[6] në praktikë me këtë frekuencë.

Tensioni Kulmor. Tensioni kulmor është set i tensionit të dobësuar në izolator. Një uebfaqe^[7] jep:

V_{p}=1150\,S_{\text{mils}}\,d_{\text{in}}\,\log _{10}\left({\frac {D}{d}}\right)

ku

S_mils është rënia e tensionit të izolatorit në volt për mil

d_in diametri i brendshëm në inch

Faktori 1150 konverton inchat (diametrin) në mils (rrezja) dhe log₁₀ në ln.

Shprehja e mësipërme mund të rishkruhet^[8] si

V_{p}=0.5\,S\,d\,\ln \left({\frac {D}{d}}\right)

ku

S është rënia e tensionit të izolatorit në volt për metër

d diametri i brendshëm në metra

Tensioni kulmor i llogaritur shpesh reduktohet nga faktori i sigurisë.

Referime

^ Nahin, Paul J. (2002). Oliver Heaviside: The Life, Work, and Times of an Electrical Genius of the Victorian Age. ISBN 0-8018-6909-9. {{cite book}}: Mungon ose është bosh parametri |language= (Ndihmë!)
^ ^a ^b H. Ward Silver, N0AX, and Mark J. Wilson, K1RO, red. (2010). "Chapter 20: Transmission Lines". The ARRL Handbook for Radio Communications (bot. 87th). The American Radio Relay League. ISBN 0-87259-144-1. {{cite book}}: Mungon ose është bosh parametri |language= (Ndihmë!)Mirëmbajtja CS1: Emra shifrorë: lista e redaktorëve (lidhja) Mirëmbajtja CS1: Emra të shumëfishtë: lista e redaktorëve (lidhja)
^ Martin J. Van Der Burgt. "Coaxial Cables and Applications" (PDF). Belden. fq. 4. Arkivuar nga origjinali (PDF) më 28 korrik 2011. Marrë më 11 korrik 2011. {{cite web}}: Mungon ose është bosh parametri |language= (Ndihmë!)
^ Pozar, David M. (1993). Microwave Engineering Addison-Wesley Publishing Company. ISBN 0-201-50418-9.
^ Elmore, William C.; Heald, Mark A. (1969). Physics of Waves. ISBN 0-486-64926-1. {{cite book}}: Mungon ose është bosh parametri |language= (Ndihmë!)
^ Kizer, George Maurice (1990). Microwave communication. Iowa State University Press. fq. 312. ISBN 978-0-8138-0026-4. {{cite book}}: Mungon ose është bosh parametri |language= (Ndihmë!)
^ "Coaxial Cable Equations Formulas". RF Cafe. Marrë më 2012-01-25. {{cite web}}: Mungon ose është bosh parametri |language= (Ndihmë!)
^ See "field enhancement" discussion at http://www.microwaves101.com/encyclopedia/why50ohms.cfm Arkivuar 14 korrik 2014 tek Wayback Machine

[1] Nahin, Paul J. (2002). Oliver Heaviside: The Life, Work, and Times of an Electrical Genius of the Victorian Age. ISBN 0-8018-6909-9. {{cite book}}: Mungon ose është bosh parametri |language= (Ndihmë!)

[Hdbk87_20-2] H. Ward Silver, N0AX, and Mark J. Wilson, K1RO, red. (2010). "Chapter 20: Transmission Lines". The ARRL Handbook for Radio Communications (bot. 87th). The American Radio Relay League. ISBN 0-87259-144-1. {{cite book}}: Mungon ose është bosh parametri |language= (Ndihmë!)Mirëmbajtja CS1: Emra shifrorë: lista e redaktorëve (lidhja) Mirëmbajtja CS1: Emra të shumëfishtë: lista e redaktorëve (lidhja)

[3] Martin J. Van Der Burgt. "Coaxial Cables and Applications" (PDF). Belden. fq. 4. Arkivuar nga origjinali (PDF) më 28 korrik 2011. Marrë më 11 korrik 2011. {{cite web}}: Mungon ose është bosh parametri |language= (Ndihmë!)

[4] Pozar, David M. (1993). Microwave Engineering Addison-Wesley Publishing Company. ISBN 0-201-50418-9.

[5] Elmore, William C.; Heald, Mark A. (1969). Physics of Waves. ISBN 0-486-64926-1. {{cite book}}: Mungon ose është bosh parametri |language= (Ndihmë!)

[6] Kizer, George Maurice (1990). Microwave communication. Iowa State University Press. fq. 312. ISBN 978-0-8138-0026-4. {{cite book}}: Mungon ose është bosh parametri |language= (Ndihmë!)

[7] "Coaxial Cable Equations Formulas". RF Cafe. Marrë më 2012-01-25. {{cite web}}: Mungon ose është bosh parametri |language= (Ndihmë!)

[8] See "field enhancement" discussion at http://www.microwaves101.com/encyclopedia/why50ohms.cfm Arkivuar 14 korrik 2014 tek Wayback Machine

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]