Inženjering koaksijalnih kabela
Impedancija koaksijalnog kabela: Zašto 50 Ohm i 75 Ohm rijetko opraštaju neusklađenost
Karakteristična impedancija dolazi od geometrije i dielektrika, a ne od cijene. Evo kako se ponašaju sustavi od 50 i 75 ohmaa, koliko zapravo košta neusklađenost i koji brojevi pripadaju kupovnoj specifikaciji.
Instalater CCTV-a prekida RG6 pad od 75 ohma s BNC adapterom od 50 ohmaa jer se ladica s dijelovima nalazi bliže od skladišta. Slika je čista prvog dana. Tri tjedna kasnije klijent izvješćuje o slabim vodoravnim prugama, a prvo se okrivljuje kamera, drugi snimač, a posljednji kabel.
Kratka verzija, prije detalja: svaki element u lancu mora se složiti oko impedancije, uključujući kabel, konektor i port opreme. Kada to ne učine, dio signala reflektira se natrag niz liniju umjesto da stigne do prijemnika, a te refleksije postaju sve štetnije kako frekvencija raste i duljina traje.
Ono što slijedi pokriva što je zapravo karakteristična impedancija, zašto se industrija odlučila za 50 i 75 ohma, kako se neusklađenost pojavljuje na ispitnoj opremi i na ekranu i što napisati u specifikaciji kako problem nikada ne bi stigao do mjesta.
Što zapravo mjeri impedancija koaksijalnog kabela
Karakteristična impedancija nije otpor. To je omjer napona i struje za val koji putuje duž linije, a postoji čak i kada ništa nije spojeno na udaljenom kraju. u fizičku strukturu koaksijalnog kabela određuju ga tri stvari: promjer središnjeg vodiča (d), unutarnji promjer oklopa ili dielektrika koji ispunjava prostor (D) i dielektrična konstanta tog materijala.
Za koaksijalni vod, klasična radna formula je Z0 = 138 podijeljeno s kvadratnim korijenom dielektrične konstante, pomnoženo s logaritmom baze deset od D podijeljeno s d. Razdvojite vodič i oklop ili smanjite dielektričnu konstantu i impedancija raste.
Dvije su posljedice komercijalno važne:
- Impedancija se ne mijenja s duljinom. Komad od 5 m i 500 m istog RG6 ima oko 75 ohma.
- Impedancija se ne može očitati multimetrom. Za njegovu provjeru potreban je reflektometar u vremenskoj domeni, mrežni analizator ili test brisanja u odnosu na poznato opterećenje.
Istosmjerni otpor je zasebna specifikacija i još uvijek je važan. Satelitski prijamnik koji dugoročno pojačava LNB mora svladati otpor petlje, nešto o čemu impedancija ne govori ništa.
Karakteristična impedancija opisuje putujući val, tako da se primjenjuje duž cijelog kabela, a ne na jednu točku na njemu. Kabel je usklađen samo ako izvor, vod i opterećenje dijele istu impedanciju.
Zašto su 50 Ohm i 75 Ohm postali standardi
Niti jedan broj nije proizvoljan. Kod zračnog dielektrika koaksijalni kabel, slabljenje je najniže blizu 77 ohma, dok je maksimum upravljanja snagom blizu 30 ohma. Mikrovalni inženjeri trebali su i male gubitke i upotrebljivu snagu, pa je 50 ohma postalo radni kompromis i ušlo u vojnu, a kasnije i komercijalnu praksu. Inženjeri za emitiranje brinuli su o niskim gubicima na dugim video prikazima male snage, tako da je 75 ohma, što je bliže minimumu prigušenja, postalo standard za video i kabelsku televiziju.
Pedeset ohma je kompromis između snage i gubitka; sedamdeset pet ohma naginje ka gubitku. Oba su inženjerski izbori, a ne ocjene kvalitete.
Vidljive razlike leže uglavnom u upravljanju napajanjem i obiteljima konektora, kao što pokazuje usporedba u nastavku.
| Karakteristično | 50 ohm | 75 ohm |
|---|---|---|
| Tipične primjene | Bežične i RF veze, antenski vodovi, LTE, ispitna oprema | CATV, MATV, satelitski IF, CCTV, video u osnovnom pojasu |
| Uobičajene obitelji konektora | BNC 50 ohma, N, SMA, TNC | F, BNC 75 ohma, video RCA |
| Rukovanje snagom | viši | Niže |
| Prigušenje pri usporedivoj geometriji | Malo viši | Nešto niže |
| Udaljenost od minimalnog gubitka blizu 77 ohma | Nadalje | Bliže |
| Tipični primjeri kabela | RG58, RG174, RG213, LMR400 | RG6, RG59, RG11, S5CFB |
| Objavljena tolerancija impedancije | Često oko 2 ohma | Često oko 3 ohma |
Za rad distribucije od 75 ohma, zaštitna struktura obično je sljedeća odluka nakon impedancije. Standardni štit odgovara kratkim stazama pretplatnika, tri-shield dodaje foliju plus pletenicu za bučnija okruženja, a četverostruki štit je odabran tamo gdje su margine ulaznog i povratnog gubitka niske.
Neusklađenost u brojevima: povratni gubitak, VSWR i vidljivi simptomi
Odraz je predvidljiv. Napajajte opterećenje od 75 ohma iz izvora od 50 ohma i koeficijent refleksije je 0,2, što je VSWR od oko 1,5 do 1, povratni gubitak blizu 14 dB i otprilike 4 posto reflektirane snage upada. Četiri posto zvuči bezopasno, a na kratkom tragu obično i jest. Na stablu od 300 m, ili u gustom rasporedu kanala, nije, jer reflektirani val dolazi kasno i zatim dodaje ili oduzima izravni signal.
Pogreške impedancije obično se najavljuju na nekoliko prepoznatljivih načina:
- Blijeda pojava duhova, zvonjenje ili drugi rub na analognom videu
- Trake, svjetlucanje ili povremeni ispadi na digitalnim CATV i IPTV kanalima
- Rastuća stopa pogreške na glavnoj stanici koju ne može popraviti nikakvo podešavanje pojačala
- VSWR alarm na odašiljaču koji ispituje čisto u lažno opterećenje
- Veza koja prolazi jednom i pada kada se drugi uređaj pridruži lancu
Priključci od pedeset i sedamdeset i pet ohma iste obitelji nisu međusobno zamjenjivi, čak i kada se čini da se spajaju. BNC od 75 ohma ima tanji središnji pin nego BNC od 50 ohma. Forsiranje pogrešnog utikača širi kontakt utičnice ili ostavlja labav spoj, što gomila mehaničku grešku povrh električne.
Usklađivanje impedancije s instalacijom
Većina pogrešaka impedancije događa se na točkama primopredaje, a ne unutar kabela. Prvo postavite zahtjev iz aplikacije:
- Satelitski IF i DTH: 75 ohma od LNB-a do prijemnika, s F konektorima. Istosmjerna struja za LNB putuje istim središnjim vodičem, tako da otpor petlje i impedancija pripadaju specifikaciji.
- CATV, MATV i IPTV distribucija: 75 ohma kroz cijeli. RG11 za padove iz zraka i duge debla, RG6 za tipične pretplatničke vožnje, RG59 za kratke zakrpe iza opreme.
- CCTV: 75 ohma preko video para, uključujući sijamske konstrukcije koje prenose istosmjernu struju uz koaksijalni kabel.
- Bežične i RF veze: 50 ohma u cijelosti. RG58 za kratke skakače, RG213 ili LMR400 gdje bi duža linija feedera inače potrošila proračun veze.
Tamo gdje sustav zaista mora prelaziti između domena, kao što je radio od 50 ohma koji pokreće antenski sustav od 75 ohma, upotrijebite odgovarajuću podlogu ili transformator umjesto adaptera i nade. Toleranciju impedancije također vrijedi odrediti u ovoj fazi, jer se kabel koji nekoliko ohma odstupa od nominalnog ponaša kao mala neusklađenost na svakom spoju duž putanje.
CCTV i mali sustavi: Gdje se skrivaju pogreške od 75 Ohma
Rad na nadzoru najteže testira disciplinu impedancije, jer se jeftini adapteri i mješovite marke kamera susreću u istom ormariću. Kompozitni CCTV prijenos je 75 ohma od izlaza kamere, preko koaksijalnog kabela, do ulaza za snimanje, a labavi BNC ili zalutali adapter od 50 ohma utječe na kraći kabel manje od dugog.
Sijamske konstrukcije kao što su KX6 s napajanjem, RG59 s napajanjem ili RG6 s napajanjem postavljaju video par od 75 ohma uz par snage od 18 ili 20 AWG. To uklanja odvojeno napajanje, ali ne mijenja pravilo: završite koaksijalni kabel kao 75 ohm na oba kraja, s 75 ohm BNC ili F konektorima i bez dijelova od 50 ohma između.
Održavajte videoput od 75 ohma od kraja do kraja: izlaz kamere, kabel, konektori, patch panel i ulaz za snimač. Svaki adapter od 50 ohma umetnut u taj lanac dodaje refleksiju koju diktafon ne može poništiti.
Što provjeriti prije kupnje
Impedancija je linija na podatkovnoj tablici koju je najlakše provjeriti i ona kojoj se najčešće vjeruje. Zatražite od dobavljača šest artikala prije naručivanja proizvodnje:
- Nazivna impedancija i tolerancija. Videokabel od 75 ohma naveden na plus ili minus 3 ohma je normalan; sve šire od plus ili minus 5 ohma zaslužuje pitanja.
- Sweep ili podaci o strukturnom povratnom gubitku preko pojasa koji ćete zapravo koristiti, a ne jedne frekvencijske točke.
- Brzina širenja, tipično 0,66 do 0,87 ovisno o tome je li dielektrik čvrst ili pjenast, što pokreće izračun vremena i duljine.
- Sučelje konektora. Potvrdite 75 ohm F ili 75 ohm BNC prema potrebi i odbacite miješani 50 ohm hardver za video sustave.
- Standardi i dokazi o usklađenosti, kao što je EN 50117 za CATV kabele ili JIS i MIL ekvivalente, plus UL, ETL, CE, CPR, RoHS ili REACH gdje ih projekt zahtijeva.
- Konzistencija duž bubnja. Promjer dielektrika koji postavlja impedanciju mora ostati stabilan cijelom dužinom, tako da je test uzorka s oba kraja isporuke razumna provjera.
Impedancija se ponaša kao lanac: 50 ili 75 ohma na svakom spoju ili refleksija na svakom spoju. Uskladite broj s aplikacijom, koristeći 75 ohma za video, CATV, satelit i CCTV, i 50 ohma za RF, bežični i testni rad, a zatim provjerite slažu li se svi kabeli, priključci, adapteri i priključci opreme. Kada problem sa signalom preživi svako drugo objašnjenje, izmjerite reflektometrom u vremenskoj domeni prije zamjene druge kamere.
