Расчет затухания по коаксиальному кабелю

Расчёт коаксиального тракта

Сейчас, когда весь эфир пестрит множеством частот и форматов передачи телевизионного сигнала, часто задают вопрос – а нужны ли вообще ТВ-антенны. Сигнал со спутника можно принять везде, качество несравненно лучше. Аналогично и с цифровым ТВ.
Но не забывайте – сколько программ одновременно включено, столько должно быть приёмных трактов. Конечно, использование мультисвича позволяет уменьшить количество конверторов и спусков, но проблема с количеством каналов приёма остаётся. Если здание имеет много помещений, на приём ставят многоканальный приёмник, от которого модулированные сигналы расходится по помещениям. Получается, что как при использовании приёмных антенн, так и при включении ТВ-сеть сигналов со спутниковых приёмников, нужна кабельная сеть. Длина линий может превышать сотню метров.
Приходится решать проблему прокачки сигнала и оптимизации конфигурации сети.
На каждый антенный кабель РК-75 / RG6 в документации есть контрольные значения погонного затухания. На каталогах приводится затухание на частоте 800мГц или 2150мГц, в зависимости от того, для чего предназначен кабель.
Для разветвления сигнала применяются сплиттеры, выполненные в виде отдельных изделий, или в виде розеток. Сплиттеры бывают с равномерным разделением сигнала на 2, 3, 4, 6, 8 выходов,

бывают проходные с 1, 2, 4, 6, 8 отводами.

Затухание сигнала на отводах сплиттера и на длине кабеля выражают в логарифмической форме, т.е. в децибелах (db). В каталогах для сплиттеров указано затухание на выводах, кратно десятичному логарифму 2 или 3, т.е. 3.1 или 4.8. Обычно эти числа «округляют» до 4 и 6, включая перестраховку на технологические потери в разъёмных соединениях. На этикетке сплиттера пишут, в каком частотном диапазоне он работает. Если в диапазоне частот ТВ-вещания, написано 800мГц, если в диапазоне ТВ-вещания и на промежуточной частоте спутникового ТВ, написано 2150мГц.
При разделении сигнала пополам потеря составляет -4дб, если на три равные части, — 6дб, на 4 части – 8дб.
В конфигурации кабельной сети также используются ответвители. Ответвители бывают с одним ответвлением -6дб, -8дб и так далее до -24дб, бывают с двумя ответвлениями по -8дб и более и т.д. Розетка представляет собой проходной сплиттер с отводом. Отводы бывают -4дб на оконечных розетках и от -6дб до -24дб на проходных. Оконечная розетка – это ничто иное, как сплиттер, к одному из выходов подключен терминатор – заглушка с сопротивление 75ом.

Обычно в заграничных розетках установлен разъём для диапазона FM. При покупке таких розеток надо быть особо внимательным. В каталогах фирм-производителей указывают, для какого стандарта вещания изготовлена розетка. Если для европейского, то такая розетка не пропускает в ТВ-тракт третий ТВ-канал 78мГц – он вырезается FM-фильтром. Поэтому надо уточнить, приспособлена ли эта розетка к нашему стандарту вещания. В фирмах, торгующим ТВ-оборудованием все розетки подходят к нашим стандартам, более того, они могут продаваться без внешнего оформления. В непрофильных магазинах – электротоваров, строительных материалов –этому просто могут не придать значения.

Погонное затухание в коаксиальном кабеле зависит от частоты и снижается с повышением частоты. Так, для кабеля формата RG-6 потери на частоте 2150мГц достигают 27…31дб, на частоте 800мГц — 19. 21дб, для RG-11 – 13дб на 800мГц, для промежуточного варианта SAT-501 – 26дб.
Коаксиальные кабели в последнее время часто делают из стали с покрытием из меди, но как показывает опыт, это не снижает его потребительские свойства – на рабочих частотах благодаря скин-эффекту определяющим оказывается именно внешний тонкий слой меди.
Кстати, коаксиальный кабель имеет погонную ёмкость порядка 13пФ/м. Эта цифра может оказаться полезной при поиске разрывов.

Итак, что мы имеем. Кабель, съедающий 3дб на каждых 12 метрах длины. Разветвители, в зависимости от конфигурации подсаживающие сигнал на величину от 2дб на проходе и 8дб на четырёх-кратном разветвлении. Далее – простая арифметика.

Например, техническое задание – четырёхуровневый загородный дом, 13 телевизоров. Каждый телевизор должен получить уровень сигнала не менее 60дбмкВ, но не более 90дбмкв.

Выбираем самую удалённую (в смысле потерь) точку.
Тракт прохождения сигнала в рассматриваемой линии на рисунке показан синим цветом. Оконечная розетка с затуханием -4дб. Линия 12 метров. Разветвитель на 4 направления (-8дб). Магистральный кабель 12м метров. На магистральном кабеле на двух верхних этажах нанизаны два проходных сплиттера с затуханием на проходе 2.5 и 4.5дб, и на мансардном этаже врезан ещё один ответвитель с затуханием на проходе 2дб. Антенный усилитель выдал на «Звезде» (порядка 800мГц) 82дбмкВ и 102дбмкв на НТВ (192мГц). Уровни сигнала остальных каналов находятся в створе максимального и минимального уровней.

Кстати, для проверки уровня сигнала на различных частотах используется прибор, типа такого.

Считаем: 2+2+1+2.5+1+4.5+1+8+3+4=29дб – это потеря в тракте.
Считаем дальше – что должен выдать антенный усилитель для получения сигнала на выходе линии 60дбмкв? 60+29=89дбмкВ – много, антенный усилитель выдаёт только 82.
Для подкачки ставим усилитель (магистральный, домовый…). У всех усилителей этого класса есть два регулятора – усиление и регулировка АЧХ (амплитудно-частотная характеристика). Регулировка АЧХ сводится к завалу более низких частот по отношению к высшим частотам рабочего диапазона регулятором Slope.

Иногда используются двухполосные усилители, усиливающие раздельно частоты метрового и дециметрового диапазонов, они называются Split Amplifier.

В нашем примере максимальный уровень сигнала — в метровом диапазоне на частоте 192мГц. Очевидно, при максимальном усилении этот сигнал перегрузит домовый усилитель 102+28=130дбмкв, что больше максимального допустимого уровня усилителя. Здесь надо прибегнуть к помощи имеющегося в усилителе регулятора ослабления частот метрового диапазона.
При конфигурации, приведённой в рассматриваемом примере, домовый усилитель есть смысл ставить после мансардного ответвления. Обычно в больших загородных домах домовый усилитель ставится в слаботочном щите на третьем или на мансардном этаже.
Следует отметить, что в зависимости от конкретного места, расстояния от телебашни, направления, некоторые каналы могут приниматься очень плохо, и никакое усиление исправить положение не поможет. В лучшем случае, проблемный канал будет работать, как источник информации, не более.
Ориентироваться в расчётах надо на самый слабый канал в ДМВ-диапазоне с качественным сигналом. В приведённом примере это 800мГц. Если в принятом канале присутствуют повторы изображения, двоения, характерные волнообразные серии штрихов от близко расположенной высоковольтной линии – эти помехи относятся к категории неустранимых.
В случае, если Вы хотите замешать в телевизионный тракт сигнал от телекамеры, квадратора, видеодомофона, небходим модулятор. Модулятор должен работать в диапазоне свободных частот, на которых не ведётся телевизионное вещание. В загородных домах обычно свободны частоты от 215 до 400мГц. В загородных домах замешивать сигнал с модулятора следует перед домовым усилителем. В городских квартирах все частоты обычно заняты кабельным вещанием, поэтому при необходимости замешивания сигнала от телекамеры необходимо тщательно просканировать весь диапазон вещания. Мне однажды попался объект в центре Москвы, где всё кабельное вещание велось только на частотах дециметрового диапазона.
Ещё одна рекомендация для городских квартир – чтобы сигнал от телекамер или квадратора не уходил в общую сеть, на входе в квартиру ставится буферный усилитель, а сигнал с модулятора замешивается после него.
Вопрос о смешивании сигналов ТВ и сигнала промежуточной частоты спутникового вещания.
Если конфигурация имеет лучевую структуру, то проблем обычно не бывает. В мультисвиче есть вход для ТВ-сигнала, и с выходов идёт смешанный сигнал в диапазоне до 2.4гГц. В конце каждой линии ставится розетка, в которой сигнал делится на ТВ и SAT. Такие розетки бывают с двумя или с тремя разъёмами.
Если конфигурация тракта более сложная, с проходными розетками, с разветвлениями, спутниковую и телевизионную сети лучше выстраивать отдельно. Дело в том, что спутниковая сеть по сути своей интерактивна, тюнер (ресивер) получает информационный сигнал, но отправляет сигналы, управляющие частотой и поляризацией. Поэтому сплиттеры должны иметь проход по питанию, но тогда возникнет следующая проблема – в конфликте управляющих напряжений 14 и 18 В всегда будет «выигрывать» 18 В. Поэтому для спутниковой системы всегда лучше планировать лучевую конфигурацию.

Как правильно ставить F-разъёмы. Если не наработана достаточная сноровка в правильной зачистке коаксиального кабеля ножом, можно использовать специальный инструмент. Внутри рабочей зоны имеются два ножа, регулируемые по рабочему радиусу. Один срезает внешнюю изоляцию, второй оплётку и внутренний изоляционный слой.

Хочу обратить внимание на специфику откусывания центральной жилы кабеля — откусывать надо так, чтобы конец центральной жилы имел форму зубила. Для этого кусачки надо располагать пологим урезом рабочей кромке к кабелю. Это имеет большое значение при вставлении центральной жилы в подпружиненную пару контактных лепестков в F-разъёмном соединении. Особенно, если центральная жила стальная.

Корпуса F-разъёмов имеют, как минимум четыре внутренних размера. На самом деле, надо подбирать партию разъёмов к конкретному кабелю. При этом какая-то партия лучше подходит к RG-59, какая-то к SAT-703 и.т.д., при этом маркировка на всех разъёмах — для RG-6.

Разъём должен навинчиваться на внешний изоляционный слой кабеля плотно, обеспечивая надёжный контакт с отвёрнутой наружу оплёткой и фольгой. При этом оплётка и фольга не должны быть срезаны. В большинстве случаев приходится применить небольшой уплотняющий сло изоляционной ленты.

F-разъём привинчивается к сплиттерам, бочкам, штекерам или ослабителям. Ослабитель применяется при необходимости уравнивания сигналов в сложных конфигурациях.

F-разъёмы используются также в низкочастотных цепях — иногда в видео- и аудио-тракте предпочтительно использование кабеля типа RG-6. На фотографии приведены примеры использования F-соединения на разъёмах RCA и BNC

В заключение, ещё один пример. Городская квартира. Этаж 6/17. Три комнаты, кухня , холл. Пять телевизоров. Заказчик хочет смотреть везде кабельное телевидение, НТВ-плюс и Армянский канал с Eutelsat. Хозяин — Барин.

На крыше на вентиляционной шахте установлены две антенны — диаметром 0.9м с конвертором Twin с круговой поляризацией для приёма НТВ-плюс, и 1.2м с конвертором с четырьмя выходами для приёма со спутника Hot Bird. Размеры антенн взяты с запасом в расчёте на потери в длинных линиях 45м от антенн до мультисвичей.

Через технический этаж жгут из шести кабелей SAT703 вводится в вертикальный кабельный канал (стояк) в подъезде и пропускается до 6-этажа. Организационно сложно — у всех угловые пары квартир отдделены дополнительной дверью — но ничего, удалось протащить. На этаже у заказчика установлены два мультисвича. Первый — с 2 входами и шестью выходами для НТВ-плюс, второй с 4 входами и 8 выходами для Hot Bird. Поскольку точек только 5, было задействовано по 5 выходов. Мультисвич с четырьмя спутниковыми входами имеет дополнительный вход для ТВ-сигнала. Внутри проводится смешивание сигналов, таким образом в антенную сеть попадает смешанный сигнал ТВ+SAT. Пары выходов мультисвичей через коммутаторы DiSEqC были соединены с розетками. Длина линий — от 12 до 20 метров. Розетки — оконечные с F-разъёмом для подключения телевизионной аппаратуры и спутникового тюнера. Два квадратора с сигналами от 8 скрытых телекамер через модуляторы были также подключены на ТВ-вход мультисвича.

Источник

Расчет затухания в коаксиальном кабеле

Калькулятор позволяет автоматизировать расчет потерь в коаксиальном кабеле.

Отечественные коаксиальные кабели:

Зарубежные коаксиальные кабели:

Погонное затухание (основные потери) в коаксиальном кабеле (dB/m) на радиочастотах приблизительно можно определить по формуле:

где f — частота (Мгц)
k1 — коэффициент, характеризующий потери в проводниках (учитывает скин-эффект), пропорциональные корню из частоты.
k2 — коэффициент, характеризующий потери в диэлектрике внутренней изоляции, пропорциональные частоте. На СВЧ преобладают.

Для большинства марок коаксиального кабеля коэффициенты k1 и k2 индивидуальны. Калькулятор считает по этой формуле упрощенным алгоритмом, с точностью, достаточной для прикидочных расчетов.

Калькулятор также учитывает потери рассогласования состоящие из двух компонентов:

1. Дополнительные тепловые потери возникающие в фидере из-за повышенного КСВ — extra loss. Расчет ведется на основании формулы [2.51б] из книги «Беньковский 3., Липинский Э. Любительские антенны Коротких и Ультракоротких волн» стр.31:
2. Потери из-за того, что не вся мощность попадает в нагрузку и часть ее возвращается в источник — mismatch loss. Расчет ведется по следующей формуле:

Источник

Коаксиальный кабель

Это английское изобретение известно еще с 19-го века. Основной конструктивной особенностью считаются два проводника, расположенные на одной оси и разделенные во внешней оболочке диэлектрическим материалом. В самом начале коаксиальный кабель применялся в общественных телевизионных антеннах для передачи сигнала к телевизорам. В дальнейшем он стал широко использоваться в компьютерных сетях, кабельном телевидении, системах видеонаблюдения и других инженерных радиотехнических комплексах.

Устройство и принцип работы

Простейшая конструкция коаксиального кабеля включает в себя медную жилу, заключенную в изоляцию, металлическую экранирующую оплетку и внешнюю оболочку. В некоторых модификациях дополнительно присутствует слой фольги, что означает двойную экранизацию. Наиболее сильные помехи преодолеваются кабелями, содержащими четыре экранизации, включающей два слоя фольги и два слоя металлической оплетки. Это наиболее простой ответ на вопрос, как выглядит данная конструкция и что содержит внутри.

Некоторые кабели могут быть снаружи покрыты металлической сеткой, выполняющей функцию дополнительного экрана. Он обеспечивает надежную защиту данных, передаваемых по кабелю, одновременно поглощая помехи или шумы в виде внешних электромагнитных сигналов. Наличие такого экрана не позволяет помехам искажать передаваемые данные.

Кодировка данных осуществляется с помощью электрических сигналов, передаваемых по жиле. Она может быть сплошной и состоять из одного медного провода или из нескольких проводков. Жилу окружает слой изоляции, отделяющей ее от металлической оплетки. Сама оплетка выполняет функцию заземления, устраняя электрические шумы и перекрестные помехи. Эти помехи являются электрическими наводками, появляющимися под влиянием проводов, расположенных рядом.

Не допускается соприкосновение металлической оплетки и проводящей жилы, поскольку это может привести к короткому замыканию. Помехи проникнут в жилу и разрушат передаваемые данные. Дополнительная защита от помех обеспечивается за счет наружной непроводящей оболочки, которая может быть резиновой, пластиковой или тефлоновой.

Где используется

До недавних пор коаксиальный кабель широко применялся в различных областях. Его технические характеристики обеспечивали надежную защиту от помех, высокую допустимую скорость передачи данных на значительные расстояния. Некоторые качества кабеля значительно выше, чем у витой пары. Поэтому вопроса, для чего нужен такой кабель, ни у кого не возникало. Однако со временем витая пара стала применяться все чаще, поскольку ее монтаж значительно проще и быстрее, по сравнению с коаксиальным кабелем, стоимость которого также более высокая.

Тем не менее, данные кабели широко применяются для соединения локальных компьютерных сетей, особенно там, где используются конфигурация в виде шины. В этих случаях концы каждой линии оборудуются специальными терминаторами, не допускающими внутренних отражений сигналов. Один из таких терминаторов подлежит обязательному заземлению, в противном случае металлическая оплетка не сможет защитить сеть от воздействия внешних помех и снизить излучение во внешнюю среду при передаче информации. Дополнительно обеспечивается и требуемая скорость коаксиального кабеля.

Кроме шин, данная продукция может использоваться в сетевых конфигурациях «звезда» и «пассивная звезда». Такие подключения выполнять значительно проще, поскольку внешние терминаторы на концы не устанавливаются.

Кабели этого типа успешно используются для передачи сигналов высокой частоты в различных электронных и электротехнических системах.

• Это различные виды связи
• Компьютерные и вещательные сети
• Антенно-фидерные устройства
• Системы контроля и видеонаблюдения
• Автоматики и сигнализации
• Системы измерения, дистанционного управления и контроля
• Коаксиальные кабели применяются в военной технике и многих других областях специального назначения.

Виды коаксиальных кабелей

Все коаксиальные кабели, в соответствии с техническими характеристиками, имеют две основные разновидности.

К первому варианту относится тонкий коаксиальный кабель, диаметром не более 5 мм, отличающийся повышенной гибкостью. С его помощью осуществляется передача на небольшие расстояния, поскольку затухание сигнала в нем происходит значительно быстрее, по сравнению с более толстой конструкцией. Тонкие кабели считаются наиболее оптимальным вариантом для прокладки локальных сетей и подключения к отдельным компьютерам. Использование специальных разъемов существенно упрощает монтаж, а сама конструкция не требует дополнительного оборудования.

Второй основной разновидностью является классический толстый коаксиальный кабель, диаметр которого составляет примерно 10 мм. Он отличается повышенной жесткостью, для монтажа требуются специальные дорогостоящие приспособления. Стоимость толстого кабеля в среднем в два раза дороже тонкого, поэтому он используется значительно реже, в тех случаях, когда без него совершенно не обойтись. Задержка распространения сигнала в толстом кабеле составляет примерно 4,5 нс/м, а в тонком – 5 нс/м.

Некоторые типы коаксиальных кабелей выпускаются с двумя экранами, один из которых помещается внутри другого. Для их разделения используется дополнительный изоляционный слой. За счет этого они гораздо лучше защищены от помех и от прослушивания, в связи с чем пользуются повышенным спросом, несмотря на более высокую стоимость.

Существует еще один вид данных изделий – кабель силовой коаксиальный, применяющийся в электротехнике. С его помощью осуществляется передача и распределение электроэнергии в силовых и осветительных сетях. Конструкция состоит из внутреннего одножильного провода и наружного многожильного проводника. Между ними проложена изоляция, а весь кабель целиком защищен внешней пластмассовой диэлектрической оболочкой, дополненной стальными жилами в форме токопроводящей бронирующей арматуры.

Существенным недостатком этой конструкции считается большой вес одного погонного метра кабеля, что делает невозможным его использование в воздушных линиях. Возникает реальная опасность провисания и обрыва.

Характеристики коаксиального кабеля

Независимо от разновидности, все кабели этого типа, обладают общими техническими характеристиками. Одной из основных считается волновое сопротивление коаксиального кабеля, определяющее качество проводника и передаваемого конечного сигнала. На данный параметр полностью влияет материал проводника и его свойства – диэлектрическая проницаемость, емкость, индуктивность и удельное сопротивление. От материала проводника зависит и погонное ослабление на различных частотах. Уровень сигнала понижается в зависимости от увеличения или уменьшения расстояния передачи.

Существуют такие понятия, как погонная емкость и индуктивность. В первом случае кабель характеризуется способностью к накоплению заряда, а во втором – способностью к созданию магнитного поля. Другие характеристики – диаметр центральной жилы, внутренний диаметр экрана, внешний диаметр оболочки и другие – используются в расчетах перед монтажом, для того чтобы правильно определить место установки, гарантирующее корректную работу всего кабеля.

Маркировка коаксиального кабеля

Каждый кабель имеет собственную маркировку, содержащую краткие характеристики того или иного изделия. Это значительно облегчает выбор наиболее подходящего варианта.

Например, марка КМБ-4 соответствует магистральному коаксиальному кабелю в свинцовой оболочке с броней типа Б. В нем содержится 4 коаксиальные пары и 5 четверок медных жил в бумажной изоляции, расположенных симметрично. В зависимости от маркировки, изменяется и предназначение того или иного кабеля.

Основными разновидностями считаются: кабель КМГ – коаксиальный магистральный голый, прокладываемый в канализации, КМК – с броней из круглой проволоки для прокладки под водой, КМАБп – с алюминиевой оболочкой, устойчивый к грозовым явлениям. Все данные о всех известных типах кабелей сведены в специальные таблицы, помещенные в справочники, откуда и можно получить всю необходимую информацию.

Онлайн калькулятор: расчёт затухания в коаксиальном кабеле

Источник