Koaksialni kabel: definicija, zgradba in uporaba v televiziji ter omrežjih

Koaksialni kabel je poseben električni kabel, namenjen prenosu visokofrekvenčnih ali širokopasovnih signalov. Zaradi svoje konstrukcije je posebej izoliran in zato pogosto bolj tog kot običajni kabli. Danes se koaksialni kabli pogosto uporabljajo za kabelsko televizijo, satelitske priklope, sistemske priklope za kabelski modem (DOCSIS), videonadzor (CCTV) in v nekaterih omrežjih računalniška omrežja (npr. MoCA). V 21. stoletju so jih v številnih aplikacijah nadomestili kabli z zvitimi pari in optični kabli, vendar imajo koaksialni kabli še vedno pomembne prednosti pri prenosu RF-signala na srednje dolge razdalje.

Zgradba koaksialnega kabla

Takšni kabli so običajno sestavljeni iz več plasti:

Notranji vodnik: običajno iz bakrene žice ali bakrene prevlečene jeklene žice (copper-clad steel). Ta vodi signal.
Dielektrik (izolacija): plast izolacijskega materiala okoli notranjega vodnika (npr. polietilen, PE; penasti PE za nižjo izgubo). Ta določa karakteristično impedanco kabla.
Zunanji vodnik / zaščita: lahko je pletenica (tkanina iz kovinskih vlaken), folija ali kombinacija obeh. Ta plast ščiti pred zunanjo elektromagnetno motnjo in služi kot povratni vodnik.
Zunanji plašč (jacket): vgrajen iz PVC, PE ali drugih materialov za mehansko zaščito in odpornost proti vremenskim vplivom.

Ker elektromagnetno polje, ki prenaša signal, obstaja (v idealnem primeru) samo v prostoru med notranjim in zunanjim vodnikom, ga zunanja elektromagnetna polja ne morejo ovirati ali motiti. To je temeljna prednost koaksialnega kabla pred nekaterimi drugimi vrstami vodnikov.

Ključne tehnične lastnosti

Impedanca: Najpogosteje 75 Ω (TV, satelit) in 50 Ω (radijska komunikacija, nekateri merilni sistemi). Za pravilno delovanje morajo biti naprave in konektorji združljivi z impedanco kabla.
Ugas (attenuacija): izguba signala se povečuje s frekvenco in dolžino kabla. Na visokih frekvencah je to pomemben dejavnik pri izbiri vrste kabla.
Ščititev: stopnja ščititve (npr. % pletenice, folija) vpliva na odpornost proti motnjam in prekrivanju (crosstalk).
Frekvenčni razpon: koaksialni kabli prenašajo širok razpon frekvenc od nekaj kHz do več GHz, odvisno od tipa kabla in kakovosti.
Materiali: notranji vodnik iz trdega bakra pomeni manjšo izgubo; copper-clad steel je cenejši, vendar nekoliko bolj izgubno ob visokih frekvencah.

Vrste in standardi

RG-6 – zelo pogosto uporabljen za kabelsko televizijo, satelit in internet (75 Ω). Boljši pri visokofrekvenčnih in daljših povezavah kot RG-59.
RG-59 – rabljen pri starejših televizijskih in CCTV sistemih (kratke razdalje), ob visokih frekvencah večja izguba kot RG-6.
RG-11 – debelejši, manjša izguba, primeren za daljše razdalje (75 Ω).
Obstajajo tudi industrijski standardi in različice z različnimi stopnjami ščititve (npr. dvojna ščititev: folija + pletenica).

Konektorji

F-konektor – najpogostejši pri TV in kabelskem modemu (75 Ω).
BNC – rabljen v profesionalnih video in CCTV sistemih, laboratorijskih merilnih napravah; obstajajo v 50 Ω in 75 Ω izvedbah.
N, SMA, TNC – uporabljen v radijskih in telekomunikacijskih aplikacijah (višje frekvence, različne impedančne vrednosti).

Uporaba v televiziji in omrežjih

Televizija in satelit: distribucija kabelskih signalov, satelitski LNB-priklopi (običajno RG-6 s F-konektorjem).
Kabelski internet (DOCSIS): povezava modem/ONu do priključne točke operaterja; zahteva kakovosten 75 Ω kabel in ustrezno terminacijo.
Videonadzor (CCTV): analogni HD in nekateri hibridni sistemi uporabljajo koaksialne kable (BNC). Uporabljajo se tudi pasivni napajalni vodi v istih kablih ali ločeno.
MoCA (Multimedia over Coax Alliance): uporablja obstoječe koaksialne napeljave v hiši za prenos Ethernet‑podobnih podatkov med napravami.
Radijske in merilne aplikacije: profesionalne povezave, antene in testne postaje pogosto uporabljajo koaksialne kable z ustrezno impedanco.

Prednosti in slabosti

Prednosti: dobra ščititev pred zunanjimi motnjami, enostavna montaža za TV priklope, primeren za širok frekvenčni razpon, relativno poceni za mnoge aplikacije.
Slabosti: večja togost in večja izguba pri daljših razdaljah kot optični kabel, omejena pasovna širina v primerjavi z optiko, lahko občutljiv na slabe priklope (slaba konektorizacija povzroči odboje in izgubo signala).

Namestitev in vzdrževanje

Izogibajte se ostrim upogibom in zvijanju; upogibni radij ne sme biti manjši od priporočila proizvajalca (pogosto ~10× premer kabla).
Uporabljajte pravilne konektorje in orodja za stiskanje ali navijanje, da zagotovite dobro električno in mehansko povezavo.
Zunanje kable primerno zaščitite pred UV-žarki in vlago; pri montaži zunaj uporabite kable z vremensko odporno izolacijo.
Pri dolgih zunanjih vodih poskrbite za ozemljitev in povezavo na zaščito pred prenapetostjo (surge protector), da zmanjšate tveganje poškodbe opreme ob udaru strele.
Redno preverjajte konektorje in spoje; oksidacija ali slaba stiskalna spojka lahko zviša odboj signala (VSWR) in povzroči težave.

Pogoste težave in odpravljanje napak

Izguba signala na dolgi razdalji: razmislite o uporabi kabla z manjšo izgubo (npr. RG-11) ali o namestitvi ojačevalca.
Šumenje ali motnje: preverite kakovost ščitenja, pritrjenost pletenice in stike konektorjev.
Prekinitve ali slab priklop: zamenjajte poškodovan konektor ali kos kabla; preverite kontinuiteto notranjega vodnika in kratke stike med vodnikoma.
Neujemanje impedance (refleksije): uporabljajte kabli in konektorje z enako impedanco kot oprema (npr. vse 75 Ω za TV).

Koaksialni kabel ostaja zanesljiva in razširjena rešitev za prenos RF-signala v številnih domačih in industrijskih aplikacijah. Pri izbiri kabla upoštevajte namembnost (TV, satelit, omrežje), dolžino, zahteve po ščititvi in vrste konektorjev, da zagotovite optimalno delovanje.

Shematska risba koaksialnega kabla

Časovna os

1880 - Oliver Heaviside v Angliji patentira koaksialni kabel, patent št. 1.407.
1884 - Siemens & Halske v Nemčiji patentirata koaksialni kabel (patent št. 28.978, 27. marec 1884).
1894 - Oliver Lodge v Kraljevem inštitutu predstavi valovodni prenos.
1929 - Lloyd Espenschied in Herman Affel iz laboratorijev Bell Telephone Laboratories družbe AT&T patentirata prvi sodobni koaksialni kabel.
1936 - prvi prenos televizijskih slik v zaprtem krogu po koaksialnem kablu s poletnih olimpijskih iger 1936 v Berlinu v Leipzig.
1936 - prvi podvodni koaksialni kabel na svetu med zalivom Apollo v bližini Melbourna v Avstraliji in mestom Stanley v Tasmaniji. 300 km dolg kabel lahko prenaša en 8,5-kHz radiodifuzni kanal in sedem telefonskih kanalov.
1936 - AT&T postavi poskusni koaksialni telefonski in televizijski kabel med New Yorkom in Filadelfijo z avtomatskimi ojačevalnimi postajami na vsakih deset milj. Dokončan je bil decembra in je omogočal hkratni prenos 240 telefonskih klicev.
1936 - podjetje General Post Office (zdaj BT) med Londonom in Birminghamom položi koaksialni kabel, ki zagotavlja 40 telefonskih kanalov.
1941 - Prva komercialna uporaba v ZDA s strani AT&T med Minneapolisom v Minnesoti in Stevens Pointom v Wisconsinu. Sistem L1 z zmogljivostjo enega televizijskega kanala ali 480 telefonskih tokokrogov.
1956 - položen prvi čezatlantski koaksialni kabel TAT-1.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je koaksialni kabel?

O: Koaksialni kabel je poseben električni kabel, ki se uporablja za prenos signalov.

V: Kakšen je namen izolacije na koaksialnem kablu?

O: Izolacija na koaksialnem kablu se uporablja za to, da je tog in da preprečuje, da bi elektromagnetno polje, ki prenaša signal, vplivalo na zunanja elektromagnetna polja ali da bi nanj vplivala zunanja elektromagnetna polja.

V: Katere so pogoste uporabe koaksialnih kablov?

O: Koaksialni kabli se običajno uporabljajo za kabelsko televizijo, lahko pa tudi za računalniška omrežja, čeprav je to v 21. stoletju postalo redkost.

V: Kako so zgrajeni koaksialni kabli?

O: Koaksialni kabli so običajno izdelani iz prevodne žice z izolacijo, druge plasti prevodnega materiala in plašča.

V: Kakšna je funkcija prevodne žice in prevodnega materiala v koaksialnem kablu?

O: Prevodna žica in material se uporabljata za prenos visokofrekvenčnega ali širokopasovnega signala.

V: Kako je EM polje, ki prenaša signal, povezano z notranjim in zunanjim vodnikom koaksialnega kabla?

O: Elektromagnetno polje, ki prenaša signal, v idealnem primeru obstaja samo v prostoru med notranjim in zunanjim vodnikom.

V: Ali obstajajo različne vrste koaksialnih kablov?

O: Da, obstajajo različne vrste koaksialnih kablov, ki ustrezajo različnim standardom.