Коаксиальный кабель: что такое и где используется

Коаксиальный кабель до недавнего времени был распространен наиболее широко, что связано с его высокой помехозащищенностью (благодаря металлической оплетке), а также более высокими, чем в случае витой пары, допустимыми скоростями передачи данных (до 500 Мбит/с) и большими допустимыми расстояниями передачи (до километра и выше). Каждый описанный коаксиальный кабель обладает хорошей гибкостью. К нему труднее механически подключиться для несанкционированного прослушивания сети, он также дает заметно меньше электромагнитных излучений вовне. Однако монтаж и ремонт коаксиального кабеля суще¬ственно сложнее, чем витой пары, а стоимость его выше (он дороже примерно в 1,5-3 раза по сравнению с кабелем на основе витых пар). Сложнее и установка разъемов на концах кабеля. Поэтому его сейчас применяют реже, чем витую пару.

Передача видеосигнала по витой паре

Витую пару можно использовать и в качестве альтернативного способа соединения видеорегистратора и обычных (нецифровых) камер наблюдения. Этот способ обычно используют, когда необходимо проложить кабель длиной более 200 метров.

Передача видеосигнала по витой паре работает по иному принципу (симметричная видеопередача), чем в случае коаксиального кабеля. Жила “коаксиала” – единственный проводник сигнала, и единственный «приёмник» электромагнитных помех. С возрастанием длины этого кабеля растёт и количество артефактов изображения: перемещающиеся горизонтальные и вертикальные полосы, задержки. Конструкция кабеля сопротивляется ЭМП, но при больших расстояниях получается неэффективно. В витой паре оба провода принимают одинаковые помехи, которые успешно погашаются активным приёмником сигнала. В схеме подключения используются дополнительные устройства: трансмиттер сигнала по витой паре (расположен рядом с камерой) и упомянутый выше приёмник (его расположение – рядом с видеорегистратором).

Такая передача оправдана и в случае прокладки одного кабеля к 2-4 камерам, расположенным примерно в одной стороне. Дело в том, что “пара” – не совсем пара. Кабели UTP – несколько пар проводников (обычно – 4), заключённых в единую оболочку. Провод к источникам сигнала тянется один, но внутри него достаточно «инфраструктуры», чтобы транслировать видеопоток сразу с нескольких камер. На небольших расстояниях до 30-40 метров возможна и подача по одной из четырёх пар видеосигнала, а по другой – питания.

Надёжность передачи видеосигнала по витой паре велика, даже если кабелю предстоит висеть за пределами стабильного климата помещения. Дожди и похолодания – не слишком серьёзная помеха для «заквартирных» метров UTP категории 5 или 5e (кабель уровнем ниже брать не следует даже для коротких участков, да и встретить его в продаже – нетривиальная задача).

Единственным недостатком этого типа передачи состоит в том, что помимо расходов на кабель в общую смету необходимо добавить выше упомянутый трансмиттер и приемник видеосигнала, а если какое из этих устройств выйдет из строя передача видеосигнала так же прекратиться.

Тем не менее, такой недостаток компенсируется большими расстояниями, для пассивных приемопередатчиков это до 600 метров, а для активных до 2400 метров.

Основные нормируемые характеристики

• Волновое сопротивление
• Погонное ослабление на разных частотах
• Погонная ёмкость
• Погонная индуктивность
• Коэффициент укорочения
• Диаметр центральной жилы
• Внутренний диаметр экрана
• Внешний диаметр оболочки
• Коэффициент стоячей волны
• Максимальная передаваемая мощность
• Максимальное допустимое напряжение
• Минимальный радиус изгиба кабеля

Расчёт характеристик

Номограмма для определения волнового сопротивления кабеля. Определение погонной ёмкости, погонной индуктивности и волнового сопротивления коаксиального кабеля по известным геометрическим размерам проводится следующим образом.

Сначала необходимо измерить внутренний диаметр D

экрана, сняв защитную оболочку с конца кабеля и завернув оплетку (внешний диаметр внутренней изоляции). Затем измеряют диаметрd центральной жилы, сняв предварительно изоляцию. Третий параметр кабеля, который необходимо знать для определения волнового сопротивления, — диэлектрическая проницаемость ε материала внутренней изоляции.

Погонная ёмкость Ch

(в Международной системе единиц (СИ), результат выражен в фарадах на метр) вычисляется по формуле ёмкости цилиндрического конденсатора: C h = 2 π ε 0 ε ln ⁡ ( D / d ) , {\displaystyle C_{h}={\frac {2\pi \varepsilon _{0}\varepsilon }{\ln(D/d)}},} где ε0 — электрическая постоянная.

Погонная индуктивность Lh

(в системе СИ, результат выражен в генри на метр) вычисляется по формуле L h = μ 0 μ 2 π ln ⁡ ( D / d ) , {\displaystyle L_{h}={\frac {\mu _{0}\mu }{2\pi }}\ln(D/d),} где μ0 — магнитная постоянная, μ — относительная магнитная проницаемость изоляционного материала, которая во всех практически важных случаях близка к 1.

Волновое сопротивление коаксиального кабеля в системе СИ:

Z = L h C h = 1 2 π μ μ 0 ε ε 0 ln ⁡ D d ≈ lg ⁡ ( D / d ) ε ⋅ 138 Ω {\displaystyle Z={\sqrt {\frac {L_{h}}{C_{h}}}}={\frac {1}{2\pi }}{\sqrt {\frac {\mu \mu _{0}}{\varepsilon \varepsilon _{0}}}}\ln {\frac {D}{d}}\approx {\frac {\lg(D/d)}{\sqrt {\varepsilon }}}\cdot 138~\Omega }

(приближённое равенство справедливо в предположении, что μ = 1).

Волновое сопротивление коаксиального кабеля можно также определить по номограмме, приведённой на рисунке. Для этого необходимо соединить прямой линией точки на шкале D/d

(отношения внутреннего диаметра экрана и диаметра внутренней жилы) и на шкале ε (диэлектрической проницаемости внутренней изоляции кабеля). Точка пересечения проведённой прямой со шкалойR номограммы соответствует искомому волновому сопротивлению.

Скорость распространения сигнала в кабеле вычисляется по формуле

v = 1 ε ε 0 μ μ 0 = c ε μ , {\displaystyle v={\frac {1}{\sqrt {\varepsilon \varepsilon _{0}\mu \mu _{0}}}}={\frac {c}{\sqrt {\varepsilon \mu }}},}

где c

— скорость света. При измерениях задержек в трактах, проектировании кабельных линий задержек и т. п. бывает полезно выражать длину кабеля в наносекундах, для чего используется обратная скорость сигнала, выраженная в наносекундах на метр: 1/v = √ε·3,33 нс/м.

Предельное электрическое напряжение, передаваемое коаксиальным кабелем, определяется электрической прочностью S

изолятора (в вольтах на метр), диаметром внутреннего проводника (поскольку максимальная напряжённость электрического поля в цилиндрическом конденсаторе достигается возле внутренней обкладки) и в меньшей степени диаметром внешнего проводника: V p = S d 2 ln ⁡ ( D / d ) . {\displaystyle V_{p}={\frac {Sd}{2}}\ln(D/d).}

Особенности монтажа

Греющий кабель: виды и сферы применения

Радиус поворота при прокладке не должен превышать 12 кратной величины радиуса оболочки кабеля. Перегибы могут со временем привести к продавливанию центральной жилой диэлектрического слоя и замыканию на экран. Не желательно подвешивать кабель на длительное время, под собственным весом на расстоянии более 15 м, это приводит к растяжению и обрыву центральной жилы. Большое значение имеет правильная разделка концов кабеля для присоединения разъёмов.

Последовательность и описание разделки кабеля для крепления разъёмов

Оболочка кабеля рассчитана для защиты его от влаги и внешних повреждений при эксплуатации в помещениях и на поверхности. Не прокладывайте кабель под водой или под землёй. Капиллярное просачивание воды разрушит экранирующую оболочку и центральный стержень.

Допускается эксплуатация на поверхности в дождливую погоду, но в местах соединения рекомендуется использовать силиконовые герметики, в крайнем случае, изоленту и пластилин. Существуют специальные влагоустойчивые разъёмы, модели SO-239 или PL-259, PL-258.

Последовательность расположения соединительных разъёмов PL-259 и PL-258

Соединения выполнены пайкой, изменяют величину волнового сопротивления, являются источником отражённых волн, что приводит к искажению сигнала. Используйте промышленные соединительные разъёмы.

Классификация

По назначению — для систем кабельного телевидения, для систем связи, авиационной, космической техники, компьютерных сетей, бытовой техники и т. д.

По волновому сопротивлению (хотя волновое сопротивление кабеля может быть любым), стандартными являются пять значений по российским стандартам и три по международным:

   * 50 Ом — наиболее распространённый тип, применяется в разных областях радиоэлектроники. Причиной выбора данного номинала была, прежде всего, возможность передачи радиосигналов c минимальными потерями в кабеле, а также близкие к предельно достижимым показания электрической прочности и передаваемой мощности (Изюмова, Свиридов, 1975, стр. 51-52);
   * 75 Ом — распространённый тип, применяется преимущественно в телевизионной и видеотехнике (был выбран по причине хорошего отношения механической прочности и себестоимости и применяется там, где мощности небольшие, а метраж велик; при этом потери в кабеле чуть выше, чем для 50 Ом);
   * 100 Ом — применяется редко, в импульсной технике и для специальных целей;
   * 150 Ом — применяется редко, в импульсной технике и для специальных целей, международными стандартами не предусмотрен;
   * 200 Ом — применяется крайне редко, международными стандартами не предусмотрен;
   * Имеются и иные номиналы; а также, есть коаксиальные кабели с ненормируемым волновым сопротивлением: наибольшее распространение они получили в аналоговой звукотехнике.

По диаметру изоляции:

   * субминиатюрные — до 1 мм;
   * миниатюрные — 1,5—2,95 мм;
   * среднегабаритные — 3,7—11,5 мм;
   * крупногабаритные — более 11,5 мм.

По гибкости (стойкость к многократным перегибам и механический момент изгиба кабеля):

   * жёсткие;
   * полужёсткие;
   * гибкие;
   * особогибкие.

По степени экранирования:

   * со сплошным экраном:
         o с экраном из металлической трубки
         o с экраном из лужёной оплётки
   * с обычным экраном
         o с однослойной оплёткой
         o с двух- и многослойной оплёткой и с дополнительными экранирующими слоями
   * излучающие кабели, имеющие намеренно низкую (и контролируемую) степень экранировки

Обозначения Обозначения советских кабелей

По ГОСТ 11326.0-78 марки кабелей должны состоять из букв, означающих тип кабеля, и трёх чисел (разделённых дефисами).

Первое число означает значение номинального волнового сопротивления. Второе число означает:

   * для коаксиальных кабелей — значение номинального диаметра по изоляции, округлённое до ближайшего меньшего целого числа для диаметров более 2 мм (за исключением диаметра 2,95 мм, который должен быть округлен до 3 мм, и диаметра 3,7 мм, который округлять не следует):
   * для кабелей со спиральными внутренними проводниками — значение номинального диамет­ра сердечника;
   * для двухпроводных кабелей с проводниками в отдельных экранах — значение диаметра по изоляции, округлённое так же, как и для коаксиальных кабелей;
   * для двухпроводных кабелей с проводниками в общей изоляции или скрученных из отдельно изолированных проводников — значение наибольшего размера по заполнению или диаметра по скрутке.

Третье — двух- или трёхзначное число — означает: первая цифра — группу изоляции и катего­рию теплостойкости кабеля, а последующие цифры означают порядковый номер разработки. Кабелям соответствующей теплостойкости присвоено следующее цифровое обозначение:

   * 1 — обычной теплостойкости со сплошной изоляцией;
   * 2 — повышенной теплостойкости со сплошной изоляцией;
   * 3 — обычной теплостойкости с полувоздушной изоляцией;
   * 4 — повышенной теплостойкости с полувоздушной изоляцией;
   * 5 — обычной теплостойкости с воздушной изоляцией;
   * 6 — повышенной теплостойкости с воздушной изоляцией;
   * 7 — высокой теплостойкости.

К марке кабелей повышенной однородности или повышенной стабильности параметров в конце через тире добавляют букву С.

Наличие буквы А («абонентский») в конце названия обозначает пониженное качество кабеля — отсутствие части проводников, составляющих экран.

Пример условного обозначения радиочастотного коаксиального кабеля с номи­нальным волновым сопротивлением 50 Ом, со сплошной изоляцией обычной теплостойкости, номинальным диаметром по изоляции 4,6 мм и номером разработки 1 «Кабель РК 50-4-II ГОСТ (ТУ)*».

Трудности выбора

Перед покупкой бухты коаксиального кабеля следует обратить внимание на такие технические моменты как:

• Материал выполнения проводников – лучшим вариантом по сочетанию цены и качества всегда останется медь, особенно ее луженые вариации. Медные жилы отличаются гибкостью, прекрасно способствуют надлежащей передачи информации любого типа. Алюминиевых изделий профессионалы советуют избегать (равно как и подобных им по характеристикам сплавов), даже невзирая на их доступную стоимость. Причиной тому — особая хрупкость и малая скорость передачи данных.
• Сечение и внешний диаметр – данные параметры прямо влияют на скорость проводки сигнала и быстроту его затухания. Конечно, современные технологии позволяют сделать кабель не таким уж и толстым, при этом оставив на достойном уровне вышеуказанные свойства, но все-таки качественно и во много раз снизить толщину проводки без ущерба для технических аспектов передачи сейчас не представляется возможным. Таким образом, дабы не допустить тотальной ошибки, следует руководствовать правилом, гласящем, что чем толще кабель, тем он лучше.
• Экранированная оплетка (она же фольга) – чем толще ее слой и ее крепость, тем надежнее будет защищен передаваемый сигнал от внешних помех. Толстая фольга допустит прокладку кабеля даже в местах с очень «грязным» электромагнитным фоном;
• Верхняя оболочка – для крытых помещений отлично подойдет вариант из ПВХ, а вот для прокладки на открытом воздухе уже нужно использовать оболочку из полиуретана или полиэтилена (они считаются более устойчивыми к воздействию солнечных лучей, температурным перепадам, истиранию и т.п.). Для прокладки сети в местах с большим риском возникновения возгораний нужно использовать изделия со специальной малогорючей обмоткой, способной успешно противостоять высоким температурам.

Конструктивные особенности и материалы изготовления

Рассматриваемый тип кабелей включает в себя:

• Центральный провод, находящийся внутри оплетки, который выполняется на базе одножильного/многожильного провода либо трубки из меди. Материал исполнения данного компонента напрямую обеспечивает дальность проведения сигнала и влияет на уровень его деформации при передаче.
• Изоляция из диэлектрика, которая требуется для закрепления неподвижности проводящей линии. Выполняется она обычно из совершенно разных полимеров и от нее зависит быстрота затухания сигнала, равно как и волновое сопротивление.
• Оплетка представляет собой внешний проводник, выполняющийся на базе фольги либо из алюминиевой пленки, либо проволоки из металла. Призвана обеспечить защиту от негативного воздействия внешних электромагнитных полей.
• Внешняя оболочка осуществляет общую защиту совокупности всех вышеуказанных элементов от различных механических воздействий.

Стоит отметить, что в структуре кабеля может быть предусмотрен дополнительный экран на основе фольги, что характерно для специализированных образцов.

Как правило, центральная жила может быть изготовлена из следующих материалов:

• Алюминиевая либо медная проволока;
• Стальная проволока с омеднением либо полностью алюминиевая жила с медным покрытием;
• Комбинированная структура – жила представляет собой набор мелких и тонких поволок;
• Медная проволока с посеребрением.

Для центральной жилы медь или алюминий могут быть использованы как в чистом виде, так и в сплавах, ведь данный компонент является главным и отвечает за сигнальную передачу. По ее внешнему виду вполне можно точно определить материал изготовления. Серебристый цвет будет означать алюминий или сталь, а золотистый – медь. Чем больше диаметр жильного сечения, тем лучше будет осуществляться передача сигнала (любого). Однако, у толстых образцов и стоимость выше. Кабельная изоляция же осуществляет защиту внутренней жильной структуры от перемыкания с оплеткой. Изолирование может выполняться на основе полиэтилена или полиуретана. Ее структура может быть монолитной или вспененной. Монолитный вариант считается идеальным для прокладки в помещениях, обладающих высоким уровнем влажности, он надежнее защищает от механических повреждений центральную жилу. Вспененный вариант станет комфортным решением при прокладке сети со множеством изгибов/поворотов, ибо имеет отличные показатели на сгиб. Оплетка, по сути, является дополнительной жилой, обладающей экранированным заземлением. Если она выполнена в плотном медном виде, то сигнал получает наилучшую квалитативность. И последний элемент строения – это внешняя наружная оболочка, которая предназначается исключительно для предупреждения механических негативных нагрузок на участки сети.

Конструкция коаксиального кабеля .

Конструктивно коаксиальные кабели представляют из себя несколько (чаще всего два) проводника, расположенных на одной оси и разделенных изоляторами. Рассмотрим наиболее распространенную конструкцию коаксиального кабеля с двумя проводниками, без экрана:

Использование в системах видеонаблюдения

Обычным и комбинированным коаксиальным кабелем пользуются для монтажа видеонаблюдения. В комбинированном варианте к обычному добавляется два медных изолированных провода, которые отвечают за питание оборудования. В такой комбинации видеосигнал передаётся при параллельном подключении напряжения питания.

Ключевое назначение такого типа электрического проводника – это энергетическое снабжение камер, подключение для передачи данных и питания, использование в системах видеонаблюдения чаще всего для подключения аналоговых видеокамер. Современная комбинированная модификация имеет важные преимущества. Жила, находящаяся в центре, обладает большей пропускной полосой и имеет меньшие потери информации, также у неё существует мощное экранирование, гарантирующее более качественную защиту от вероятных потерь при электромагнитных шумах.

Многоканальный аналоговый аудио кабель

• Что он делает? Многоканальный аналоговый аудио кабель использует от шести до восьми RCA кабелей для передачи 5-7 полнофункциональных каналов и один низкочастотный аудио канал.

• Когда его использовать? Если у вас нет приемника с поддержкой HDMI, то это может быть единственным вариантом для передачи Blu-Ray объемного звука высокого разрешения. Эта установка использует внутренний декодер объемного звука проигрывателя и выводит сигнал как аналог совместимого с домашним кинотеатром проигрывателя. Многоканальные выходы можно найти на DVD-проигрывателях.

• На что нужно обратить внимание? Для хорошего качества звука нужно, чтобы центральный проводник в кабеле был сделан из меди, имел двойную или тройную защиту и позолоченный RCA штекер с повышенным давлением

Где применяются такие кабели

Изначально кабель RG 58 применялся в телевизионных антеннах. Они служили для передачи сигнала к телевизорам. В дальнейшем коаксиальные кабели стали использоваться для кабельного телевидения, радиотехнических инженерных комплексов, систем видеонаблюдения, и компьютерных сетей.

Например, тонкий кабель больше всего подходит для подключения локальной сети или отдельных компьютеров. Силовой – нашел свое применение в электротехнике. Он служит для распределения электрической энергии в осветительных и силовых сетях.

Чаще всего сегодня коаксиальные кабели применяются для соединения локальных сетей типа «шина», «пассивная звезда» и «звезда». Также незаменимы такие провода в антенно-фидерных устройствах, в системах сигнализации, для дистанционного управления, в военной технике.

Как выбрать

Коаксиальный кабель для видеонаблюдения важно выбрать правильно. Некачественный провод будет плохо передавать сигнал и ловить помехи

Кроме того, информация, передаваемая по нему, не будет на должном уровне защищена.

В некачественном кабеле высокий коэффициент «затухания» сигнала. Необходимо подобрать подходящее сечение жилы, а также расстояние между жилой и оплеткой, так как от геометрии напрямую зависят и характеристики.

Следует также обратить внимание на то, из какого материала изготовлен кабель, на плотность и симметричность его оплетки. Качественный кабель внутри состоит всегда только из меди

Если проводник стальной, значит кабель – подделка низкого качества и приобретать такой не стоит.

Комбинированный кабель для систем видеонаблюдения

При монтаже систем видеонаблюдения удобно использовать комбинированный кабель. Он фактически представляет сборку из двух кабелей. Такой кабель содержит под общей защитной оболочкой собственно сам коаксиальный кабель и линию для питания видеокамер.

Волновое сопротивление кабеля 75 Om, сечение жил для питания видеокамер от 0,35 до 0,75 мм2.

Наиболее популярные марки комбинированного кабеля для видеонаблюдения КВК-2П, КВК-В-2, ШСМ (используют для подключения видеодомофонов), ККСЭВ, ККСЭВГ, ККСЭПГ. Аббревиатура «КВК» расшифровывается как – Кабель Видеонаблюдения Комбинированный. Буквы и цифры, идущие за аббревиатурой, кодируют следующую информацию:

• П – кабель видеонаблюдения уличный, устойчивый к погодным условиям;
• В – оболочка ПВХ (для прокладки внутри помещений);
• А – алюминиевая жила (менее желательна, чем медная – для неё не предусмотрено буквенное обозначение);
• Пт – наличие под оболочкой несущего троса.

Кабель с тросом:

Ещё один распространённый тип кабеля ККСЭВ. Его предназначение с видеоинформацией передавать и звук с видеокамер или отдельных микрофонов. Для этого в его конструкции предусмотрена соответствующая экранированная жила не связанная гальванически с видеонаблюдением.

Кабель типа КВК не предназначен для передачи на большие расстояния. Ограничение использования не превышает 120 метров. Связано это, прежде всего на потерях напряжения питания. При более удалённой установке видеокамер рекомендуется использовать питание от внешних блоков, установленных непосредственно вблизи камер.

Вот примерная таблица передачи видеосигнала различным кабелем:

Сетевые кабеля или витая пара используется для построения достаточно длинных линий передачи видеосигнала. В зависимости от выбранного типа существуют сети протяжённостью более одного километра от видеорегистратора до видеокамеры. Существует несколько типов кабеля «витая пара». Это кабеля UTP, FTP, STP.

UTP кабель: – самый простой тип витой пары. Обычно не имеет какой-либо экранировки и представляет собой четыре скрученных пары проводников.

FTP кабель: – кабель, имеющий экранировку из алюминиевой фольги. Более защищён от паразитных наводок энергосетей и стороннего оборудования.

STP кабель: – имеет экран не из фольги, а выполненный из медной оплётки. Применяется для установки видеокамер на достаточно большом расстоянии от видеорегистратора.

1-UTP; 2-FTP; 3-STP

Вся витая пара делится на два типа:

1. Outdoor — Кабель предназначен для монтажа вне помещений.
2. Indoor — Предназначен для использования внутри зданий.

При прокладке кабеля STP необходимо заземлить экран, незаземлённый он, будет выполнять функции антенны, концентрируя на себя наводки от стороннего электрооборудования.

При подключении IP видеокамер, в зависимости от условий прокладки выбирается тип UTP, FTP или STP. Для подключения видеокамер используются коннекторы RJ-45.

Подготовленные обжатые разъемы UTP кабеля:

Сетевой кабель так же, как и коаксиальный может иметь как многожильные провода, так и одножильные. Разница очевидна, многожильные провода легче гнутся, соответственно их легче применять в помещениях. Одна цельная жила не такая гибкая, но более помехоустойчивая, а следовательно рассчитана на более протяженные расстояния для передачи данных.