Koaxiální kabelové inženýrství
Impedance koaxiálního kabelu: Proč 50 Ohm a 75 Ohm jen zřídka odpouštějí nesoulad
Charakteristická impedance vychází z geometrie a dielektrika, nikoli z ceny. Zde je uvedeno, jak se chovají 50 a 75 ohmůové systémy, kolik stojí nesoulad a která čísla patří do specifikace nákupu.
Instalační technik CCTV ukončí 75 ohmový RG6 pokles pomocí 50 ohmůového BNC adaptéru, protože zásuvka na díly je blíže než sklad. První den je obraz čistý. O tři týdny později klient hlásí slabé vodorovné pruhy a první je obviňována kamera, jako druhé záznamník a jako poslední je kabel.
Krátká verze před podrobnostmi: každý prvek v řetězci musí souhlasit s impedancí, včetně kabelu, konektoru a portu zařízení. Pokud tomu tak není, část signálu se odráží zpět po lince, místo aby dosáhla k přijímači, a tyto odrazy jsou škodlivější, jak se frekvence zvyšuje a prodlužuje se běh.
Následující pojednává o tom, co je to charakteristická impedance, proč se průmysl ustálil na 50 a 75 ohmech, jak se neshoda projevuje na testovacím zařízení a na obrazovce a co zapsat do specifikace, aby se problém nikdy nedostal na místo.
Co vlastně měří impedance koaxiálního kabelu
Charakteristická impedance není odpor. Je to poměr napětí k proudu pro vlnu pohybující se podél vedení a existuje, i když na vzdáleném konci není nic připojeno. In fyzická konstrukce koaxiálního kabelu je dána třemi věcmi: průměrem středního vodiče (d), vnitřním průměrem stínění nebo dielektrika, které vyplňuje prostor (D), a dielektrickou konstantou tohoto materiálu.
Pro koaxiální vedení je klasický pracovní vzorec Z0 = 138 děleno druhou odmocninou dielektrické konstanty, násobeno základním deseti logaritmem D děleno d. Posuňte vodič a stínění dále od sebe nebo snižte dielektrickou konstantu a impedance se zvýší.
Komerčně jsou důležité dva důsledky:
- Impedance se s délkou nemění. 5m a 500m kus stejného RG6 mají oba asi 75 ohmů.
- Impedanci nelze odečíst multimetrem. Ověření vyžaduje reflektometr v časové oblasti, síťový analyzátor nebo test rozmítání proti známé zátěži.
Stejnosměrný odpor je samostatná specifikace a stále na něm záleží. Satelitní přijímač, který dlouhodobě tlačí napájení LNB, musí překonat odpor smyčky, o čemž impedance nic neříká.
Charakteristická impedance popisuje postupnou vlnu, takže se aplikuje podél celého kabelu spíše než v jednom bodě na něm. Kabel je spárován pouze tehdy, když zdroj, linka a zátěž sdílejí stejnou impedanci.
Proč se 50 Ohm a 75 Ohm staly standardy
Ani jedno číslo není libovolné. U vzduchového dielektrického koaxiálního kabelu je útlum nejnižší blízko 77 ohmů, zatímco výkonová manipulace vrcholí poblíž 30 ohmů. Mikrovlnní inženýři potřebovali jak nízkou ztrátu, tak použitelný výkon, takže 50 ohmů se stalo pracovním kompromisem a vžilo se do vojenské a později i komerční praxe. Vysílací inženýři si dali záležet na nízkých ztrátách při dlouhých přenosech videa s nízkou spotřebou, takže 75 ohmů, které se blíží minimu útlumu, se stalo standardem pro video a kabelovou televizi.
Padesát ohmů je kompromisem mezi výkonem a ztrátou; sedmdesát pět ohmů se přiklání ke ztrátě. Obojí je inženýrská volba, nikoli kvalitativní třídy.
Viditelné rozdíly spočívají především v ovládání napájení a v rodinách konektorů, jak ukazuje níže uvedené srovnání.
| Charakteristický | 50 ohm | 75 ohm |
|---|---|---|
| Typické aplikace | Bezdrátové a RF spoje, anténní napáječe, LTE, testovací zařízení | CATV, MATV, satelitní IF, CCTV, video v základním pásmu |
| Společné rodiny konektorů | BNC 50 ohmů, N, SMA, TNC | F, BNC 75 ohmů, video RCA |
| Manipulace s výkonem | vyšší | Nižší |
| Útlum při srovnatelné geometrii | Mírně vyšší | Mírně nižší |
| Vzdálenost od minima ztráty blízko 77 ohmů | Dále | Blíže |
| Typické příklady kabelů | RG58, RG174, RG213, LMR400 | RG6, RG59, RG11, S5CFB |
| Publikovaná tolerance impedance | Často kolem 2 ohmů | Často kolem 3 ohmů |
U rozvodů 75 ohmů je stínící struktura obvykle dalším rozhodnutím po impedanci. Standardní štít vyhovuje krátkým úsekům předplatitelů, tri-shield přidává fólii a oplet pro hlučnější prostředí a čtyř-štít je zvolen tam, kde je omezená ztráta na vstupu a zpětné ztrátě.
Nesoulad v číslech: Ztráta návratu, VSWR a viditelné příznaky
Odraz je předvídatelný. Napájejte zátěž 75 ohmů z 50 ohmového zdroje a koeficient odrazu je 0,2, což je VSWR asi 1,5 ku 1, ztráta odrazem blízko 14 dB a odražená zhruba 4 procenta dopadajícího výkonu. Čtyři procenta zní neškodně a na krátkém patch vodiči to obvykle je. Na kmenu 300 m nebo v husté sestavě kanálů tomu tak není, protože odražená vlna přichází pozdě a poté se přidává k přímému signálu nebo od něj odečítá.
Chyby impedance mají tendenci se samy hlásit několika rozpoznatelnými způsoby:
- Slabý duch, zvonění nebo druhý okraj na analogovém videu
- Páskování, jiskření nebo občasné výpadky na digitálních kanálech CATV a IPTV
- Rostoucí chybovost na koncové stanici, kterou nevyřeší žádné nastavení zesilovače
- Alarm VSWR na vysílači, který testuje čištění do slepé zátěže
- Spojení, které jednou projde a selže, když se k řetězu připojí další zařízení
Konektory 50 a 75 ohmů stejné rodiny nejsou zaměnitelné, i když se zdá, že k sobě pasují. 75 ohmový BNC nese tenčí středový kolík než 50 ohmový BNC. Zatlačením na špatnou zástrčku se roztáhne kontakt zásuvky nebo zůstane uvolněný spoj, který naskládá mechanickou závadu na elektrickou.
Přizpůsobení impedance k instalaci
K většině chyb impedance dochází spíše v bodech předání než uvnitř kabelu. Nejprve nastavte požadavek z aplikace:
- Satelitní IF a DTH: 75 ohmů od LNB k přijímači, s F konektory. Stejnosměrné napájení pro LNB prochází stejným středním vodičem, takže odpor smyčky i impedance patří do specifikace.
- Distribuce CATV, MATV a IPTV: 75 ohm v celém rozsahu. RG11 pro vzdušné dropy a dlouhé tratě, RG6 pro typické předplatitelské běhy, RG59 pro krátké záplaty za zařízením.
- CCTV: 75 ohmů přes video pár, včetně siamských konstrukcí, které přenášejí stejnosměrné napájení podél koaxiálního kabelu.
- Bezdrátové a RF spojení: 50 ohm v celém rozsahu. RG58 pro krátké propojky, RG213 nebo LMR400, kde by delší provoz podavače jinak spotřeboval rozpočet na propojení.
Tam, kde systém skutečně musí přecházet mezi doménami, jako je 50 ohmové rádio napájející 75 ohmový anténní systém, použijte spíše odpovídající podložku nebo transformátor než adaptér a doufejte. Tolerance impedance se v této fázi také vyplatí, protože kabel, který se odchyluje o několik ohmů od nominální hodnoty, se chová jako malý nesoulad v každém spoji podél trasy.
CCTV a malé systémy: Kde se skrývají chyby 75 Ohmů
Dozorčí práce testuje disciplínu impedance nejtvrději, protože levné adaptéry a různé značky fotoaparátů se setkávají ve stejné skříni. Kompozitní CCTV provoz je 75 ohmů od výstupu kamery přes koaxiální kabel ke vstupu rekordéru a uvolněný BNC nebo bludný 50 ohmový adaptér ovlivňuje krátký kabel, který je menší než dlouhý.
Siamské konstrukce jako KX6 s napájením, RG59 s napájením nebo RG6 s napájením umísťují 75 ohmový video pár vedle výkonového páru 18 nebo 20 AWG. To odstraňuje samostatné napájení, ale nemění to pravidlo: ukončit koaxiální kabel jako 75 ohmů na obou koncích, s 75 ohmovými BNC nebo F konektory a bez 50 ohmových částí mezi nimi.
Udržujte video cestu 75 ohmů od konce ke konci: výstup kamery, kabel, konektory, propojovací panel a vstup rekordéru. Každý 50 ohmový adaptér zasunutý do tohoto řetězce přidává odraz, který rekordér nemůže vrátit zpět.
Co zkontrolovat před nákupem
Impedance je nejsnáze ověřitelný řádek v datovém listu a ten, který se nejčastěji bere jako důvěryhodný. Před zadáním výrobní zakázky požádejte dodavatele o šest položek:
- Nominální impedance a tolerance. Videokabel 75 ohmů s hodnotou plus nebo mínus 3 ohmy je normální; cokoli širšího než plus nebo mínus 5 ohmů si zaslouží otázky.
- Data rozmítání nebo strukturální návratnosti v celém pásmu, které budete skutečně používat, ani jeden frekvenční bod.
- rychlost šíření, typicky 0,66 až 0,87 v závislosti na tom, zda je dielektrikum pevné nebo pěnové, což řídí načasování a výpočty délky.
- Rozhraní konektoru. Potvrďte 75 ohm F nebo 75 ohm BNC podle potřeby a odmítněte smíšený 50 ohmový hardware pro video systémy.
- Normy a důkazy o shodě, jako je EN 50117 pro kabely CATV nebo ekvivalenty JIS a MIL, plus UL, ETL, CE, CPR, RoHS nebo REACH tam, kde to projekt vyžaduje.
- Konzistence podél bubnu. Dielektrický průměr, který nastavuje impedanci, musí zůstat stabilní po celé délce, takže test vzorku z obou konců dodávky je rozumnou kontrolou.
Impedance se chová jako řetěz: 50 nebo 75 ohmů v každém kloubu nebo odraz v každém kloubu. Přiřaďte číslo k aplikaci, použijte 75 ohmů pro video, CATV, satelit a CCTV a 50 ohmů pro RF, bezdrátovou a testovací práci, poté se ujistěte, že kabely, konektory, adaptéry a porty zařízení souhlasí. Když problém se signálem přežije každé další vysvětlení, před výměnou jiné kamery změřte reflektometrem v časové oblasti.
