Ingineria cablurilor coaxiale
Impedanța cablului coaxial: de ce 50 ohmii și 75 ohmii rareori iartă o nepotrivire
Impedanța caracteristică vine din geometrie și dielectric, nu din preț. Iată cum se comportă sistemele de 50 și 75 ohmi, cât costă de fapt o nepotrivire și ce numere aparțin unei specificații de achiziție.
Un instalator CCTV termină o cădere de 75 ohmi RG6 cu un adaptor BNC de 50 ohmi, deoarece sertarul de piese se află mai aproape decât depozitul. Poza este curată în prima zi. Trei săptămâni mai târziu, clientul raportează o bandă orizontală slabă, iar camera este acuzată mai întâi, înregistratorul al doilea și cablul ultimul.
Versiunea scurtă, înainte de detaliu: fiecare element din lanț trebuie să fie de acord asupra impedanței, inclusiv cablul, conectorul și portul echipamentului. Când nu o fac, o parte a semnalului se reflectă înapoi în jos pe linie în loc să ajungă la receptor, iar acele reflexii devin mai dăunătoare pe măsură ce frecvența crește și rulările devin mai lungi.
Ceea ce urmează acoperă ce este cu adevărat impedanța caracteristică, de ce industria s-a stabilit pe 50 și 75 ohmi, cum apare o nepotrivire pe echipamentul de testare și pe un ecran și ce să scrieți într-o specificație, astfel încât problema să nu ajungă niciodată la fața locului.
Ce măsoară de fapt impedanța cablului coaxial
Impedanța caracteristică nu este rezistența. Este raportul dintre tensiune și curent pentru o undă care călătorește de-a lungul liniei și există chiar și atunci când nimic nu este conectat la capătul îndepărtat. În construcția fizică a unui cablu coaxial este stabilit de trei lucruri: diametrul conductorului central (d), diametrul interior al scutului sau al dielectricului care umple spațiul (D) și constanta dielectrică a materialului respectiv.
Pentru o linie coaxială, formula clasică de lucru este Z0 = 138 împărțit la rădăcina pătrată a constantei dielectrice, înmulțit cu logaritmul de bază zece al lui D împărțit la d. Deplasați conductorul și scutul mai departe sau reduceți constanta dielectrică, iar impedanța crește.
Două consecințe contează din punct de vedere comercial:
- Impedanta nu se schimba cu lungimea. O bucată de 5 m și o bucată de 500 m din același RG6 stau ambele la aproximativ 75 ohmi.
- Impedanța nu poate fi citită cu un multimetru. Verificarea necesită un reflectometru în domeniul timpului, un analizor de rețea sau un test de baleiaj împotriva unei sarcini cunoscute.
Rezistența DC este o specificație separată și încă contează. Un receptor de satelit care împinge alimentarea LNB pe termen lung trebuie să depășească rezistența buclei, ceva despre impedanța nu spune nimic.
Impedanța caracteristică descrie valul care se deplasează, deci se aplică de-a lungul întregului cablu, mai degrabă decât într-un punct al acestuia. Un cablu este potrivit numai atunci când sursa, linia și sarcina împărtășesc aceeași impedanță.
De ce 50 Ohm și 75 Ohm au devenit standardele
Niciun număr nu este arbitrar. La coaxial dielectric de aer, atenuarea este cea mai scăzută aproape de 77 ohmi, în timp ce puterea de manipulare atinge vârfuri aproape de 30 ohmi. Inginerii cu microunde aveau nevoie atât de pierderi reduse, cât și de putere utilizabilă, așa că 50 ohmi au devenit compromisul de lucru și s-au întărit în practică militară și comercială mai târziu. Inginerilor de transmisie le-a pasat pierderea redusă pe rulajele video lungi și de putere redusă, așa că 75 ohmi, mai aproape de minimul de atenuare, au devenit standardul de televiziune video și prin cablu.
Cincizeci de ohmi este un compromis între putere și pierdere; șaptezeci și cinci de ohmi se înclină spre pierdere. Ambele sunt alegeri de inginerie, nu clase de calitate.
Diferențele vizibile se află în principal în gestionarea puterii și familiile de conectori, așa cum se arată în comparația de mai jos.
| Caracteristic | 50 ohm | 75 ohm |
|---|---|---|
| Aplicații tipice | Legături wireless și RF, alimentatoare de antene, LTE, echipamente de testare | CATV, MATV, satelit IF, CCTV, video în bandă de bază |
| Familii de conectori comune | BNC 50 ohmi, N, SMA, TNC | F, BNC 75 ohmi, RCA video |
| Manevrarea puterii | Mai sus | Mai jos |
| Atenuare la geometrie comparabilă | Puțin mai sus | Puțin mai jos |
| Distanța de la pierderea minimă aproape de 77 ohmi | Mai departe | Mai aproape |
| Exemple tipice de cabluri | RG58, RG174, RG213, LMR400 | RG6, RG59, RG11, S5CFB |
| Toleranță de impedanță publicată | Adesea aproximativ 2 ohmi | Adesea aproximativ 3 ohmi |
Pentru lucrări de distribuție de 75 ohmi, structura de ecranare este de obicei următoarea decizie după impedanță. Scutul standard se potrivește curselor scurte ale abonaților, tri-shield adaugă o folie plus împletitură pentru medii mai zgomotoase, iar scutul quad este ales în cazul în care marjele de pierdere de intrare și retur sunt strânse.
Nepotrivire în numere: pierdere de returnare, VSWR și simptome vizibile
Reflecția este previzibilă. Alimentați o sarcină de 75 ohmi de la o sursă de 50 ohmi și coeficientul de reflexie este de 0,2, care este un VSWR de aproximativ 1,5 la 1, o pierdere de retur de aproape 14 dB și aproximativ 4% din puterea incidentă reflectată. Patru la sută sună inofensiv și, de obicei, este pe un scurt patch lead. Pe un trunchi de 300 m, sau într-un aliniament dens de canale, nu este, deoarece unda reflectată ajunge târziu și apoi se adaugă sau scade din semnalul direct.
Erorile de impedanță tind să se anunțe în câteva moduri recunoscute:
- Fantomă slabă, sunete sau o a doua margine pe videoclipul analogic
- Banding, sclipire sau întreruperi intermitente pe canalele digitale CATV și IPTV
- O rată de eroare în creștere la headend pe care nicio ajustare a amplificatorului nu o remediază
- O alarmă VSWR la un transmițător care testează curățarea într-o sarcină falsă
- O verigă care trece o dată și eșuează atunci când un alt dispozitiv se alătură lanțului
Conectorii de cincizeci și șaptezeci și cinci de ohmi din aceeași familie nu sunt interschimbabili, chiar și atunci când par să se cupleze. Un BNC de 75 ohmi poartă un pin central mai subțire decât un BNC de 50 ohmi. Forțarea ștecherului greșit extinde contactul prizei sau lasă o îmbinare slăbită, care adună o defecțiune mecanică peste cea electrică.
Potrivirea impedanței la instalație
Cele mai multe erori de impedanță apar în punctele de transfer, mai degrabă decât în interiorul cablului. Setați mai întâi cerințele din aplicație:
- IF și DTH prin satelit: 75 ohmi de la LNB la receptor, cu conectori F. Puterea de curent continuu pentru LNB se deplasează pe același conductor central, astfel încât rezistența buclei și impedanța aparțin ambelor specificații.
- Distribuție CATV, MATV și IPTV: 75 ohmi pe tot parcursul. RG11 pentru căderi aeriene și trunchiuri lungi, RG6 pentru curse tipice de abonat, RG59 pentru patch-uri scurte în spatele echipamentelor.
- CCTV: 75 ohmi pe perechea video, inclusiv construcții siameze care transportă curent continuu alături de coaxial.
- Legături wireless și RF: 50 ohmi pe tot parcursul. RG58 pentru jumperii scurti, RG213 sau LMR400 unde o rulare mai lungă de alimentare ar consuma altfel bugetul de legătură.
Acolo unde un sistem trebuie cu adevărat să treacă între domenii, cum ar fi un radio de 50 ohmi care conduce un sistem de antenă de 75 ohmi, utilizați un pad sau un transformator potrivit mai degrabă decât un adaptor și sperați. Toleranța la impedanță merită, de asemenea, fixată în această etapă, deoarece un cablu care se deplasează cu câțiva ohmi față de valoarea nominală se comportă ca o mică nepotrivire la fiecare îmbinare de-a lungul cursei.
CCTV și sisteme mici: unde se ascund erorile de 75 ohmi
Lucrările de supraveghere testează cel mai greu disciplina de impedanță, deoarece adaptoarele low-cost și mărcile mixte de camere se întâlnesc în același dulap. Un circuit CCTV compozit este de 75 ohmi de la ieșirea camerei, prin coaxial, la intrarea recorderului, iar un BNC slăbit sau un adaptor de 50 ohmi afectează un cablu scurt mai puțin decât unul lung.
Construcțiile siameze precum KX6 cu putere, RG59 cu putere sau RG6 cu putere plasează o pereche video de 75 ohmi lângă o pereche de putere de 18 sau 20 AWG. Acest lucru elimină o alimentare separată, dar nu schimbă regula: terminați coaxialul la 75 ohmi la ambele capete, cu conectori BNC sau F de 75 ohmi și fără piese de 50 ohmi între ele.
Păstrați calea video de 75 ohmi cap la cap: ieșire pentru cameră, cablu, conectori, panou de corecție și intrare recorder. Fiecare adaptor de 50 ohmi introdus în acel lanț adaugă o reflexie pe care reportofonul nu o poate anula.
Ce să verificați înainte de a cumpăra
Impedanța este cea mai ușoară linie dintr-o fișă de date de verificat și cea mai des luată în încredere. Cereți unui furnizor șase articole înainte de a plasa o comandă de producție:
- Impedanta nominala si toleranta. Un cablu video de 75 ohmi cotat la plus sau minus 3 ohmi este normal; orice mai lat de plus sau minus 5 ohmi merită întrebări.
- Date privind pierderile de rentabilitate sau structurale pe banda pe care o veți folosi de fapt, nu un singur punct de frecvență.
- Viteza de propagare, de obicei, 0,66 până la 0,87, în funcție de faptul dacă dielectricul este solid sau spumos, ceea ce conduce la calculele de sincronizare și lungime.
- Interfață conector. Confirmați 75 ohmi F sau 75 ohmi BNC după cum este necesar și respingeți hardware-ul mixt de 50 ohmi pentru sistemele video.
- Standarde și dovezi de conformitate, precum EN 50117 pentru cabluri CATV sau echivalente JIS și MIL, plus UL, ETL, CE, CPR, RoHS sau REACH acolo unde proiectul le cere.
- Consecvență de-a lungul tamburului. Diametrul dielectric care stabilește impedanța trebuie să rămână stabil pe toată lungimea, așa că un test de probă de la ambele capete ale unei livrări este o verificare rezonabilă.
Impedanța se comportă ca un lanț: 50 sau 75 ohmi la fiecare articulație sau o reflexie la fiecare articulație. Potriviți numărul cu aplicația, folosind 75 ohmi pentru video, CATV, satelit și CCTV și 50 ohmi pentru RF, fără fir și lucrări de testare, apoi asigurați-vă că cablurile, conectorii, adaptoarele și porturile pentru echipamente sunt toate de acord. Când o problemă de semnal supraviețuiește oricărei alte explicații, măsurați cu un reflectometru din domeniul timpului înainte de a înlocui o altă cameră.
