Коаксиальный кабель 75 Ом
В спутниковом телевидении используется кабель с волновым сопротивлением равным 75 Ом. Для передачи принятого сигнала от конвертора до приёмника нужен специальный провод, иначе говоря коаксиальный кабель 75 Ом. В центре него располагается проводник, который окружён экраном из переплетённых между собой тонких проволочек. Кабель типа «RG-6» наиболее часто используют в индивидуальных системах спутникового телевидения.
При выборе коаксиального кабеля необходимо обратить особое внимание на степень затухания сигнала в кабеле, так как в некачественно сделанных кабелях происходит более узкое затухание сигнала в 20-30 метрах. Хорошо зарекомендовали себя кабели следующих моделей: «SAT-703», «SAT-50», «CAVEL», «TFC».
На рынках встречаются подделки, поэтому стоит обратить внимание на центральную жилу кабеля, которая должна быть медной, но в настоящее время в целях удешевления используют стальной провод, покрытый тонким слоем меди. Это можно определить, если его свернуть в кольцо диаметром 4-7 сантиметров, то кабель из медной проволоки при отпускании будет раскручиваться в исходное положение.
На хорошем коаксиальном кабеле оплётка должна быть плотной без просветов и трещин. Для хорошей экранировки оплётка должна быть из меди.
Если кабель предстоит прокладывать в местах, не защищённых от влаги, солнечных лучей и холодов, то толщина пластиковой оболочки кабеля должна соответствовать этим факторам. В некачественно сделанном кабеле оболочка при низких температурах и при воздействии осадков покрывается трещинами, через которые в кабель попадает влага, из-за чего возникают короткие замыкания, тем самым может произойти поломка спутникового приёмника.
Строение коаксиального кабеля 75 Ом
1-внутри кабеля находится проводник в виде спирали или одиночного провода (может быть многожильным или выполненным в виде трубки). Материал – медь, сплав из меди или алюминия, омеднённого алюминия, омеднённой стали, медь посеребрённая и др.
2- изоляция, обеспечивающая соосность расположения внутреннего и внешнего проводников, выполненная в виде сплошного или полувоздушного диэлектрического заполнителя (сплошной фторопласт, вспененный полиэтилен, простой полиэтилен, фторопластовая лента и др.)
3-экран или внешний проводник выполнен в виде оплётки, фольги, покрытой тонким слоем алюминия плёнки или гофрированной трубки, повива металлических лент (меди или алюминиевого сплава).
4-изоляционная оболочка, сделанная из светостабилизированного материала (поливинилхлорид, полиэтилен, повив фторопластовой ленты или другой изоляционный материал), защищающая кабель от внешних воздействий (устойчивость к ультрафиолетовому излучению).
Область применения коаксиального кабеля.
Применяется кабель 75 Ом для передачи высокочастотного сигнала в многочисленных областях техники (основное его предназначение): сети вещания, в системах связи, антенно-фидерные системы в радиотехнике, системы связи, научноисследовательские и производственные технические системы и АСУ (автоматизированная система управления), комплексы дистанционного управления, контроля и измерения, системы сигнализации и автоматики, видеонаблюдение и объективный контроль, для осуществления каналов связи различных радиоэлектронных устройств (морские суда, авиация, грузоперевозки), в областях специального применения, в бытовой технике, каналы связи, военная техника.
Также отдельные отрезки кабеля можно использовать в формирователях импульса, в фильтрах, четвертьволновые трансформаторы, устройства для симметрирования и согласования, кабельные линии задержки.
В некоторых волновое сопротивление не нормируется. Такие коаксиальные кабели 75 Ом служат для передачи низкочастотных сигналов или для работы с постоянным током высокого напряжения (в качестве экрана выступает оплётка).
Основные классы кабеля 75 Ом.
По сфере назначения – в системах кабельного телевидения, в космической технике, авиационная техника, в системах связи, в бытовой и любительской технике, прокладка компьютерных сетей.
По волновому сопротивлению – стандартные значения по российским и международным стандартам. Самый распространённый тип кабеля на 50 Ом. Применяется в различных областях радиоэлектронной техники. Передача радиосигнала по такому проводу происходит с минимальными потерями в самом кабеле и близкими по значениям электрической прочности и мощности.
Не менее популярен кабель 75 Ом. В России преимущественно применяется со сплошным диэлектриком в видео или телевизионной технике (кабельное и спутниковое телевидение). В странах США используется с вспененным диэлектриком при прокладке кабельных телевизионных сетей. Кабель 100 Ом – применяется редко, для специальных целях или в импульсной технике (на 150 Ом международными стандартами не предусмотрен). Кабель на 200 Ом применяется очень редко и международным стандартом не предусмотрен.
По диаметру изоляции – субминиатюрные (до 1 мм), миниатюрные (1,5-2,95 мм), среднегабаритные (3,7-11,5 мм), крупногабаритные (более 11,5 мм).
По степени экранирования – со сплошным экраном (экран из металлической трубки, экран из лужёной оплётки), с обычным экраном (с однослойной оплёткой, с двойной или многослойной оплёткой и с дополнительными экранирующими слоями), излучающие кабели (имеют намеренно низкую и контролируемую степень экранировки).
По гибкости материала – гибкие, особогибкие, жёсткие, полужёсткие.
Основные категории.
Наиболее распространённые категории кабеля по шкале Radio Guide:
·RG-11 и RG-8 — «толстый Ethernet» (Thicknet), 75 Ом и 50 Ом соответственно. Стандарт 10BASE-5;
·RG-58 — «тонкий Ethernet» (Thinnet), 50 Ом. Стандарт10BASE-2;
·RG-58/U — сплошной центральный проводник,
·RG-58A/U — многожильный центральный проводник,
·RG-58C/U — используется в военной технике;
RG-59 — телевизионный кабель (Broadband/Cable Television), 75 Ом. Российский аналог РК-75-х-х («радиочастотный кабель»);
RG-6 — телевизионный кабель (Broadband/Cable Television), 75 Ом. Кабель данной категории (RG-6) имеет несколько разновидностей, которые характеризируют его тип и материал исполнения. Российский аналог РК-75-х-х;
RG-11- магистральный кабель, практически незаменим, если требуется решить вопрос с большими расстояниями. Такой тип кабеля предоставляет возможность использовать его даже на расстояниях около 550-650 м. Внешняя изоляция укреплена настолько, что позволяет без проблем использовать этот кабель в агрессивных условиях (улица, колодцы). Существует вариант S1160 с тросом, который используется для надёжной проброски кабеля по воздуху, например, между домами;
Что означает 75 Ом на метр, на антенном кабеле (СМ)?
Проверил тестером центральную жилу, медь медью, никаких 75 ом.
Как уже написали, это не омическое, а волновое сопротивление. Чтобы было понятнее, кабель можно представить как водопроводную трубу определенного сечения (аналог волнового сопротивления), чтобы течение воды было ламинарным (без турбулентных завихрений, на которые расходуется кинетическая энергия потока) вся трасса должна быть выполнена трубой одного сечения. Так же и в радиотехнике: если антенна, кабель и приемник имеют одинаковые волновые сопротивления, то электромагнитная энергия максимально эффективно перейдет из антенны в приемник, при рассогласовании будет иметь место эффект отражения от неоднородностей линии — часть электромагнитной энергии будет попусту циркулировать в кабельном сегменте, образуя стоячие волны. Величина в 75 Ом выбрана в качестве стандарта, с таким же успехом можно было использовать 50 или 100.
Почему волновое сопротивление коаксиальных волноводов 50 и 75 Ом?
      Казалось бы, кабель на 50 или 75 Ом такая привычная для нас вещь, что многие даже не задумывались, почему используются именно эти значения. Некоторые объясняют это тем, что для таких значений проще сделать согласующее устройство для антенны, кто-то говорит, что так сложилось исторически или такие кабели просто дешевле в изготовлении и они более гибкие, другие же объясняют это меньшим затуханием в волноводе. Все они отчасти правы. Но все-таки, как получаются именно 50 и 75 Ом? Об этом вы прочитаете под катом.
      Коаксиальный волновод необходим для передачи энергии от антенны к приемному устройству, или же от передающего устройства к антенне.
      Для приемника важно, чтобы волновод вносил как можно меньшее затухание, а для передатчика важно, чтобы был максимальный коэффициент передачи по мощности. Задавшись этими условиями можно произвести некоторый расчет и посмотреть, что в итоге получится. 
      Как мы уже сказали выше, для приемника необходимо наименьшее затухание в волноводе, то есть как можно большая амплитуда напряженности, которая определяется следующим выражением:
      Активное сопротивление коаксиального кабеля обратно пропорционально диаметру его проводников, проводимости материала из которого сделаны проводники и толщине скин-слоя
      Подставим полученные выражения в формулу коэффициента затухания,
      Продифференцируем функцию коэффициента затухания по ,
      Приравняв производную к нулю, решим уравнение
      Волновое сопротивление волновода при таком соотношении диаметров оплетки и центральной жилы составляет 77 Ом,
      Наименьшее ослабление сигнала в коаксиальном кабеле достигается при данном волновом сопротивлении. Для приемных систем было принято как стандарт округленное значение — 75 Ом.
      В случае передатчика, то есть когда важен коэффициент передачи по мощности, с учетом напряженности пробоя коаксиальной линии получаем следующее:
известная со школы формула, только в ней нам следует учесть напряженность пробоя и вместо использовать волновое сопротивление .
      Напряженность пробоя
выразив отсюда   и подставив в формулу мощности получим,
      Продифференцируем по ,
      Приравняв производную к нулю, решим уравнение,
      При таком соотношении диаметров волновое сопротивление коаксиального волновода
      Максимальный коэффициент передачи по мощности с точки зрения передатчика наблюдается при сопротивлении 30 Ом, с учетом максимального напряжения пробоя.
      Думаю, не сложно догадаться, зная оптимальные волновые сопротивления для приемника и передатчика, какое оптимальное сопротивление коаксиального волновода для приемопередатчика. Правильно, 50 Ом.
      На практике же самым распространенным коаксиальным кабелем является 50 Ом кабель, поскольку в нем совмещена возможность передачи радиосигналов с небольшими потерями в кабеле, а так же близкие к предельно достижимым показания электрической прочности и передаваемой мощности.
      В телевидении применение 75 Ом коаксиальных кабелей объясняется тем, что как было посчитано выше, такие кабели обладают наименьшим ослаблением сигнала, что и нужно для телевизионного приемника.
Волновое сопротивление 50 или 75 Ом, медненое железо или медь?
Существует стойкое предубеждение и, можно даже сказать, заблуждение многих людей относительно высокочастотных кабелей. Меня, как разработчика антенн, являющегося одновременно и руководителем фирмы по их производству, постоянно одолевают этим вопросом. Попытаюсь раз и навсегда поставить точку в этом вопросе и закрыть тему применения 75 Ом кабелей вместо 50 Ом для целей передачи сигналов небольшой мощности. Я постараюсь не утруждать читателя сложными терминами с формулами, хотя некоторый минимум математики все же необходим для понимания вопроса.
В низкочастотной радиотехнике для передачи сигнала с заданными параметрами ток-напряжение нужен проводник, обладающий некоторыми свойствами изоляции от окружающей среды и погонным сопротивлением, таким, чтобы в точке приема НЧ сигнала мы получили достаточный для последующей обработки сигнал. Иными словами любой проводник обладает сопротивлением, и желательно, чтобы это сопротивление было как можно меньше. Это простое условие для техники низких частот. Для сигналов с малой передаваемой мощностью нам достаточно тонкого провода, для сигналов с большой мощностью мы должны выбирать более толстый провод.
В отличие от низкочастотной радиотехники, в технике высоких частот приходится учитывать много других параметров. Несомненно, как и в НЧ технике, нас интересует передаваемая по среде передачи мощность и сопротивление. То, что на низких частотах мы обычно называем сопротивлением линии передачи, на высоких частотах называют потерями. На низкой частоте потери, прежде всего, определяются собственным погонным сопротивлением линии передачи, тогда как на ВЧ появляется, так называемый, Скин-эффект. Скин-эффект – приводит к тому, что ток, вытесняемый высокочастотным магнитным полем течет лишь по поверхности проводника, вернее в его тонком поверхностном слое. Из-за чего эффективное сечение проводника, можно сказать, уменьшается. Т.е. при равных условиях для прокачки одной и той же мощности на низкой частоте и высокой требуются провода разного сечения. Толщина скин-слоя зависит от частоты, с увеличением частоты толщина скин-слоя уменьшается, что приводит к потерям большим, нежели на более низких частотах. Скин-эффект присутствует при переменном токе любой частоты. Для наглядности приведу некоторые примеры.
Так для тока частотой 60 герц, толщина скин-слоя составляет 8,5 мм. А для тока 10 МГц тощина скин-слоя составит всего 0,02 мм. Не правда ли разительная разница? А для частот 100, 1000 или 2000 МГц, толщина проводящего слоя будет и того меньше! Не вдаваясь в математику, скажу, что толщина скин-слоя зависит, прежде всего от удельной проводимости проводника и частоты. Поэтому для передачи максимально большей мощности на ВЧ нам нужно брать кабель с наибольшей площадью поверхности центральной жилы. При этом учитывая, что на СВЧ толщина скин-слоя мала нам вовсе необязательно использовать цельный медный кабель. Разницы от использования кабеля со стальным центральным проводником покрытым тонким слоем меди вы вероятно даже не заметите. Разве что он будет более жестким на изгиб. Разумеется, что желательно наличие более толстого слоя меди на стальном проводнике. Использование цельного медного кабеля имеет, конечно, преимущества, он более гибкий, по нему можно передавать большую мощность на более низких частотах. Также зачастую по коаксиальному кабелю передают напряжение питания постоянного тока предусилителей, и тут также вне конкуренции медный кабель. Но для передачи небольшой мощности не более 10-200 мВт на СВЧ с экономической точки зрения, более оправданным будет применение именно омедненного кабеля. Будем считать, что вопрос выбора между омедненными и медными кабелями закрыли.
Для понимания различия кабелей в волновом сопротивлении, я не стану рассказывать, что такое волновое сопротивление кабеля. Как ни странно, это не нужно для понимания разницы. Для начала разберемся, почему существуют кабели с разными волновыми сопротивлениями. Прежде всего, это связанно с историей становления радиотехники. На заре радиотехники выбор изолирующих материалов для коаксиальных кабелей был сильно ограничен. Это сейчас мы нормально воспринимаем наличие огромного ряда пластиков, вспененных диэлектриков, резины со свойствами проводников или керамики. 80 лет назад ничего этого не было. Была резина, полиэтилен, парафин, бакелит, в 30-х годах изобретен фторопласт (он же тефлон). Волновое сопротивление кабелей определяется соотношением диаметров центрального внутреннего проводника и внешнего диаметра кабеля.
Ниже приведена номограмма.
Толщина центрального проводника определяется его способностью пропускать наибольшую мощность. Внешний диаметр выбирается в зависимости от используемого диэлектрика – заполнителя находящегося между двумя проводниками. Используя номограмму становится понятно, что диапазон удобных для промышленного изготовления волновых сопротивлений кабелей лежит в пределах 25 – 100 Ом.
Итак, один из критериев – технологичность изготовления. Следующим критерием является максимальная передаваемая мощность. Опустив математику сообщу, что для передачи максимальной мощности с использованием наиболее широко распространенных диэлектриков оптимально волновое сопротивление в диапазоне 20-30 Ом. В тоже время минимальному затуханию соответствуют волновые сопротивления 50-75 Ом. Причем кабели с волновым сопротивлением в 75 Ом имеют меньшее затухание, чем кабели с волновым сопротивлением 50 Ом. Становится более-менее понятно, что для передачи малых мощностей выгоднее использовать 75 Ом кабель, а для передачи большой мощности — 50 Ом.
Теперь считаю необходимым рассмотреть менее важный вопрос о согласовании линии передачи. Попытаюсь просто ответить на вопросы о том, можно ли подключить 75 Ом кабель вместо 50 Ом.
Понимание вопросов согласования требует специальных познаний в радиотехнике. Поэтому ограничимся лишь констатацией фактов. А факты таковы, что для передачи сигнала с наименьшими потерями внутреннее сопротивление источника сигнала должно быть равным волновому сопротивлению кабеля. В тоже время волновое сопротивление кабеля должно быть равным волновому сопротивлению нагрузки. Иными словами источник сигнала – передатчик, нагрузка – антенна. Разберем несколько ситуаций, в которых для упрощения будем считать кабель идеальным без потерь, и передаваемая по кабелю мощность небольшая — до 100-200 милливатт (20 dBm).
Рассмотрим ситуацию, когда выходное волновое сопротивление передатчика 50 Ом, мы подключаем к нему 50 Ом кабель и 75 Ом антенну. В этом случае потери составят 4% от выходной мощности. Много ли это? Ответ неоднозначный. Дело в том, что в ВЧ радиотехнике оперируют в основном логарифмическими величинами, приведенными к децибелам. И если 4% перевести в децибелы, то потери в линии составят всего 0,18 дБ.
Если мы подключаем передатчик с 50 Ом выходом к 75 Ом кабелю и далее к 50 Ом антенне. В этом случае теряется 8% мощности. Но приведя это значение к децибелам, выясняется, что потери составят всего лишь 0,36 дБ.
Теперь рассмотрим типовые затухания кабелей для частоты 2000 МГц. И сравним, что лучше применить: 20 метров кабеля 75 Ом или 20 метров кабеля 50 Ом.
Затухание на 20 метрах для известного дорогого кабеля марки Radiolab 5D-FB составляет 0,3*20= 6 дБ.
Затухание на 20 метрах для качественного кабеля Cavel SAT703 составляет 0,29*20= 5,8 дБ.
Учтя потери на рассогласовании – 0,36 дБ, мы получим, что выигрыш от применения 50 Ом кабеля составляет всего 0,16 дБ. Это примерно соответствует 2-м лишним метрам кабеля.
А теперь сравним цену. 20 метров кабеля Radiolab 5D-FB стоят в лучшем случае примерно 80*20=1600 руб. В тоже время 20 метров кабеля Cavel SAT703 стоит 25*20=500 руб. Разница в цене 1100 руб. весьма ощутимая. К достоинствам 75 Ом кабелей можно отнести также легкость их разделки, доступность разъемов.