Koaxiálne káblové inžinierstvo
Impedancia koaxiálneho kábla: Prečo 50 Ohm a 75 Ohm zriedka odpúšťajú nesúlad
Charakteristická impedancia vychádza z geometrie a dielektrika, nie z ceny. Tu je uvedené, ako sa správajú 50 a 75 ohmovové systémy, koľko v skutočnosti stojí nesúlad a ktoré čísla patria do špecifikácie nákupu.
Inštalačný technik CCTV ukončí pokles 75 ohmov RG6 pomocou 50 ohmovového BNC adaptéra, pretože zásuvka na diely je bližšie ako sklad. Prvý deň je obraz čistý. O tri týždne neskôr klient hlási slabé vodorovné pruhy a najprv je obviňovaný fotoaparát, ako druhý rekordér a ako posledný je kábel.
Krátka verzia pred detailom: každý prvok v reťazci musí súhlasiť s impedanciou, vrátane kábla, konektora a portu zariadenia. Keď sa tak nestane, časť signálu sa odrazí späť po vedení namiesto toho, aby sa dostala k prijímaču, a tieto odrazy sú škodlivejšie, keď sa frekvencia zvyšuje a predlžujú sa.
Nasleduje popis toho, čo je v skutočnosti charakteristická impedancia, prečo sa priemysel usadil na 50 a 75 ohmoch, ako sa nesúlad prejaví na testovacom zariadení a na obrazovke a čo treba zapísať do špecifikácie, aby sa problém nikdy nedostal na miesto.
Čo vlastne meria impedancia koaxiálneho kábla
Charakteristická impedancia nie je odpor. Je to pomer napätia k prúdu pre vlnu, ktorá sa pohybuje pozdĺž vedenia, a existuje aj vtedy, keď na vzdialenom konci nie je nič pripojené. In fyzická konštrukcia koaxiálneho kábla určujú ho tri veci: priemer stredového vodiča (d), vnútorný priemer tienenia alebo dielektrika, ktoré vypĺňa priestor (D) a dielektrická konštanta tohto materiálu.
Pre koaxiálne vedenie je klasický pracovný vzorec Z0 = 138 delený druhou odmocninou dielektrickej konštanty, vynásobený základným desať logaritmom D deleným d. Posuňte vodič a tienenie ďalej od seba alebo znížte dielektrickú konštantu a impedancia sa zvýši.
Z komerčného hľadiska sú dôležité dva dôsledky:
- Impedancia sa s dĺžkou nemení. 5 m a 500 m kus toho istého RG6 majú hodnotu približne 75 ohmov.
- Impedanciu nemožno odčítať multimetrom. Na overenie je potrebný reflektometer v časovej oblasti, sieťový analyzátor alebo test rozmetania proti známemu zaťaženiu.
Jednosmerný odpor je samostatná špecifikácia a stále na ňom záleží. Satelitný prijímač, ktorý dlhodobo tlačí napájanie LNB, musí prekonať odpor slučky, o čom impedancia nič nehovorí.
Charakteristická impedancia opisuje postupnú vlnu, takže sa aplikuje pozdĺž celého kábla a nie v jednom bode na ňom. Kábel je spárovaný iba vtedy, keď zdroj, linka a záťaž zdieľajú rovnakú impedanciu.
Prečo sa 50 Ohm a 75 Ohm stali štandardmi
Ani jedno číslo nie je ľubovoľné. Vo vzduchovo dielektrickom koaxiálnom vedení je útlm najnižší v blízkosti 77 ohmov, zatiaľ čo výkonová manipulácia dosahuje vrcholy v blízkosti 30 ohmov. Mikrovlnní inžinieri potrebovali nízku stratu a využiteľný výkon, takže 50 ohmov sa stalo pracovným kompromisom a upevnilo sa vo vojenskej a neskôr komerčnej praxi. Inžinieri vysielania sa starali o nízke straty pri dlhých prenosoch videa s nízkou spotrebou energie, takže 75 ohmov, ktoré sú bližšie k minimu útlmu, sa stalo štandardom pre video a káblovú televíziu.
Päťdesiat ohmov je kompromisom medzi výkonom a stratou; sedemdesiatpäť ohmov sa prikláňa k strate. Obe sú inžinierskymi voľbami, nie stupňami kvality.
Viditeľné rozdiely spočívajú najmä v napájaní a rodinách konektorov, ako je uvedené v porovnaní nižšie.
| Charakteristický | 50 ohm | 75 ohm |
|---|---|---|
| Typické aplikácie | Bezdrôtové a RF linky, anténne napájače, LTE, testovacie zariadenia | CATV, MATV, satelitné IF, CCTV, video v základnom pásme |
| Bežné rodiny konektorov | BNC 50 ohmov, N, SMA, TNC | F, BNC 75 ohm, video RCA |
| Manipulácia so silou | Vyššie | Nižšia |
| Útlm pri porovnateľnej geometrii | O niečo vyššie | O niečo nižšie |
| Vzdialenosť od minima straty blízko 77 ohmov | Ďalej | Bližšie |
| Typické príklady káblov | RG58, RG174, RG213, LMR400 | RG6, RG59, RG11, S5CFB |
| Publikovaná tolerancia impedancie | Často okolo 2 ohmov | Často okolo 3 ohmov |
Pre 75 ohmovú distribučnú prácu je tieniaca štruktúra zvyčajne ďalším rozhodnutím po impedancii. Štandardný štít vyhovuje krátkym úsekom predplatiteľov, tri-štít pridáva fóliu a oplet pre hlučnejšie prostredia a štvorité štíty sa vyberajú tam, kde sú tesné hranice straty vniknutím a spätným tokom.
Nesúlad v číslach: Strata návratu, VSWR a viditeľné príznaky
Odraz je predvídateľný. Napájajte 75 ohmovú záťaž z 50 ohmového zdroja a koeficient odrazu je 0,2, čo je VSWR asi 1,5 ku 1, strata spätného toku takmer 14 dB a odrazené zhruba 4 percentá dopadajúceho výkonu. Štyri percentá znejú neškodne a na krátkom náplasťovom zvode to zvyčajne je. Na kmeni 300 m alebo v hustej zostave kanálov to tak nie je, pretože odrazená vlna prichádza neskoro a potom sa pridáva k priamemu signálu alebo od neho uberá.
Chyby impedancie sa zvyčajne prejavujú niekoľkými rozpoznateľnými spôsobmi:
- Slabý duch, zvonenie alebo druhý okraj na analógovom videu
- Pásmo, iskrenie alebo občasné výpadky na digitálnych kanáloch CATV a IPTV
- Rastúca chybovosť na koncovej stanici, ktorú neopraví žiadne nastavenie zosilňovača
- Alarm VSWR na vysielači, ktorý testuje čistenie do slepej záťaže
- Spojenie, ktoré raz prejde a zlyhá, keď sa do reťazca pripojí ďalšie zariadenie
Konektory 50 a 75 ohmov tej istej rodiny nie sú zameniteľné, aj keď sa zdajú byť párom. 75 ohmový BNC nesie tenší stredový kolík ako 50 ohmový BNC. Zatlačením nesprávnej zástrčky sa roztiahne kontakt zásuvky alebo zanechá uvoľnený spoj, čím sa mechanická porucha nahromadí na elektrickú.
Prispôsobenie impedancie inštalácii
Väčšina chýb impedancie sa vyskytuje skôr v bodoch odovzdania než vo vnútri kábla. Najprv nastavte požiadavku z aplikácie:
- Satelitné IF a DTH: 75 ohm z LNB do prijímača, s F konektormi. Jednosmerný prúd pre LNB prechádza rovnakým stredovým vodičom, takže odpor slučky aj impedancia patria do špecifikácie.
- CATV, MATV a IPTV distribúcia: 75 ohm v celom rozsahu. RG11 pre vzdušné pády a dlhé trate, RG6 pre typické predplatiteľské trasy, RG59 pre krátke záplaty za zariadením.
- CCTV: 75 ohmov naprieč video párom, vrátane siamských konštrukcií, ktoré prenášajú jednosmerný prúd spolu s koaxiálnym kábelom.
- Bezdrôtové a RF spojenia: 50 ohmov v celom rozsahu. RG58 pre krátke prepojky, RG213 alebo LMR400, kde by dlhší chod podávača inak spotreboval rozpočet na prepojenie.
Tam, kde systém skutočne musí prechádzať medzi doménami, ako napríklad 50 ohmové rádio poháňajúce 75 ohmový anténny systém, použite radšej podložku alebo transformátor ako adaptér a dúfajte. Tolerancia impedancie sa v tejto fáze tiež oplatí určiť, pretože kábel, ktorý odchyľuje niekoľko ohmov od nominálnej hodnoty, sa správa ako malý nesúlad v každom kĺbe pozdĺž trasy.
CCTV a malé systémy: Kde sa skrývajú chyby 75 Ohmov
Dohľadová práca najťažšie testuje disciplínu impedancie, pretože lacné adaptéry a zmiešané značky kamier sa stretávajú v rovnakej skrini. Kompozitný CCTV chod je 75 ohmov od výstupu kamery cez koaxiálny kábel po vstup rekordéra a uvoľnený BNC alebo bludný 50 ohmový adaptér ovplyvňuje krátky kábel, ktorý je menej ako dlhý.
Siamské konštrukcie ako KX6 s napájaním, RG59 s napájaním alebo RG6 s napájaním umiestňujú 75 ohmový video pár vedľa 18 alebo 20 AWG napájacieho páru. To odstraňuje samostatné napájanie, ale nemení to pravidlo: ukončite koaxiálny kábel ako 75 ohm na oboch koncoch, so 75 ohmovými BNC alebo F konektormi a bez 50 ohmových častí medzi nimi.
Udržujte cestu videa 75 ohmov od konca po koniec: výstup kamery, kábel, konektory, prepojovací panel a vstup pre rekordér. Každý 50 ohmový adaptér vložený do tohto reťazca pridáva odraz, ktorý rekordér nemôže vrátiť späť.
Čo skontrolovať pred nákupom
Impedancia je najjednoduchší riadok v údajovom liste na overenie a ten, ktorý sa najčastejšie považuje za dôveryhodný. Pred zadaním výrobnej objednávky požiadajte dodávateľa o šesť položiek:
- Nominálna impedancia a tolerancia. 75 ohmový video kábel s hodnotou plus alebo mínus 3 ohmy je normálny; čokoľvek širšie ako plus alebo mínus 5 ohmov si zaslúži otázky.
- Sweep alebo údaje o strate štrukturálnej návratnosti v celom pásme, ktoré budete skutočne používať, nie jeden frekvenčný bod.
- Rýchlosť šírenia, typicky 0,66 až 0,87 v závislosti od toho, či je dielektrikum pevné alebo penové, čo riadi načasovanie a výpočty dĺžky.
- Rozhranie konektora. Podľa potreby potvrďte 75 ohm F alebo 75 ohm BNC a odmietnite zmiešaný 50 ohmový hardvér pre video systémy.
- Normy a dôkazy o súlade, ako napríklad EN 50117 pre káble CATV alebo ekvivalenty JIS a MIL, plus UL, ETL, CE, CPR, RoHS alebo REACH tam, kde to projekt vyžaduje.
- Konzistencia pozdĺž bubna. Priemer dielektrika, ktorý nastavuje impedanciu, musí zostať stabilný po celej dĺžke, takže test vzorky z oboch koncov dodávky je rozumnou kontrolou.
Impedancia sa správa ako reťaz: 50 alebo 75 ohmov v každom kĺbe alebo odraz v každom kĺbe. Priraďte číslo k aplikácii, použite 75 ohmov pre video, CATV, satelit a CCTV a 50 ohmov pre RF, bezdrôtové a testovacie práce, potom sa uistite, že všetky káble, konektory, adaptéry a porty zariadení súhlasia. Keď problém so signálom prežije každé ďalšie vysvetlenie, zmerajte ho pomocou reflektometra v časovej oblasti pred výmenou iného fotoaparátu.
