Coaxkabel

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie

Een coaxkabel is een kabel voor het geleiden van hoogfrequentsignalen (bijvoorbeeld een televisiesignaal of een signaal in een computernetwerk). De 'kern' (binnenste koperen geleider) en de 'mantel' (omhullende buitenste geleider) zijn de twee stroomvoerende verbindingen. Door de Wet van Lenz blijven deze elkaar opheffende stromen dicht bij elkaar lopen. Omdat de assen van beide geleiders samenvallen (vanwaar de naam: co-axiale kabel) heffen de elektrische en magnetische velden van binnen- en buitengeleider elkaar buiten de kabel op, waardoor geen stoorsignalen naar binnen of naar buiten kunnen lekken.

Inhoud 1 Opbouw van een coaxkabel 2 Kenmerken van een coaxkabel 2.1 Karakteristieke impedantie 2.2 Verliezen 2.3 Overdrachtsfunctie 2.4 Demping 2.5 Bandbreedte 3 Zie ook

[bewerk] Opbouw van een coaxkabel

1. In het midden van de kabel bevindt zich de binnengeleider of kern waardoor het signaal overgedragen wordt. Deze is gemaakt van massief of geslagen koper. Soms wordt de kern verzilverd, voor een verbeterde geleiding.
2. Om de kern bevindt zich het elektrisch isolerende diëlectricum. Soms is dat lucht, en in dat geval moeten er afstandhouders in de kabel worden aangebracht.
3. Om het diëlectricum heen bevindt zich de buitengeleider of mantel. Deze is meestal van koper en kan massief en/of gevlochten zijn.
4. Rondom de buitengeleider bevindt zich een kunststoflaag om de kabel tegen weersinvloeden te isoleren en beschermen.

[bewerk] Kenmerken van een coaxkabel

Coaxkabels hebben een aantal kenmerken die in hun specificaties zijn terug te vinden. Hieronder volgen een aantal belangrijke.

[bewerk] Karakteristieke impedantie

Een coaxkabel heeft een bepaalde zogenoemde karakteristieke impedantie. Dat is de elektrische spanning gedeeld door de elektrische stroom in een oneindig lange kabel. De karakteristieke impedantie Z_k is ongeveer gelijk aan de vierkantswortel uit de inductantie over de capacitantie per lengte-eenheid.

De meeste kabels die in de handel zijn hebben een karakteristieke impedantie van:

• 50 Ohm (voor netwerken en radiocommunicatie-apparatuur), of:
• 75 Ohm (voor radio, tv en videoapparatuur).

Opdat er geen reflectie van het signaal zou optreden waar de kabel aan het apparaat aangesloten wordt, moet dat apparaat een ingangsimpedantie hebben die gelijk is aan de karakteristieke impedantie. Dikwijls is die ingang hoogohmig en wordt er een afzonderlijke weerstand van 50 of 75 Ohm, een zogenaamde terminator, op het einde van de kabel geplaatst. Een hoogohmige ingang laat toe meerdere apparaten op dezelfde kabel aan te sluiten, b.v. bij de vroegere 'thin ethernet' netwerken of bij SCSI-randapparaten.

[bewerk] Verliezen

De twee verlieseffecten in de coaxkabel zijn:

1. skin-effect
2. diëlektrische verliezen.

Het skin-effect is het verschijnsel dat de indringingsdiepte van de elektromagnetische golf afhankelijk is van de frequentie, bij een geleider met soortelijke weerstand ongelijk aan nul. Hierdoor lopen zeer hoogfrequente golven alleen in de huid van de geleider terwijl golven onder de skin-afsnijfrequentie het hele oppervlak gebruiken. De indringingsdiepte δ_s kan als volgt uitgerekend worden:

,

en de skin-afsnijfrequentie f_sa als volgt:

,

waarin μ de magnetische permeabiliteit is, σ de elektrische geleidbaarheid en a de straal van de geleider. Bij de RG-58U coaxkabel (zie ook hieronder) ligt f_sa rond de 22kHz.

De diëlektrische verliezen worden veroorzaakt doordat het diëlektricum bij hogere frequenties energie dissipeert, ten gevolge van diëlektrische polarisatie en relaxatie.

[bewerk] Overdrachtsfunctie

Een goede benadering H(f) van de overdrachtsfunctie van de kabel is als volgt:

,

waarin de tijdsconstantes τ₀, τ₁ en τ₂ respectievelijk de looptijd, de skin-effect verliezen en de dielektrische verliezen aangeven.

D.m.v. inverse Fourier-transformatie kan de tijddomein impulsresponsie h_c(t) van de coaxkabel worden berekend:

h_c(t) = h₀(t) * h₁(t) * h₂(t),

waarin '*' de convolutie-integraal weergeeft, en waarin

(δ(t) is de Dirac-impuls),

, en

,

waarbij moet worden opgemerkt dat h₂(t) in werkelijkheid minder symmetrisch is (korter aan de linkerkant).

[bewerk] Demping

De elektrische demping per lengte-eenheid, meestal 100 meter, wordt uitgedrukt in decibel. Hoe hoger deze waarde, des te slechter is de kabel. De demping is afhankelijk van de frequentie van het signaal dat door de kabel wordt getransporteerd. Als voorbeeld staat in de figuur hiernaast de demping van 100m RG-58U kabel. Dit is een goedkope, gangbare standaard coaxkabel, die van ca 1985 tot ca 2000 veel voor thinwire computernetwerken werd gebruikt.

[bewerk] Bandbreedte

Als bandbreedte wordt de frequentie aangehouden waarbij de demping van de kabel 3 dB bedraagt. Bij een demping van 3 dB gaat de helft van het elektrisch vermogen verloren; bij een demping van 6 dB de helft van de elektrische spanning.

[bewerk] Zie ook

• Hybrid Fiber Coax