同軸電纜

同軸電纜

同軸電纜(Coaxial CabLe)常用於設備與設備之間的連線,或套用在匯流排型網路拓撲中。同軸電纜中心軸線是一條銅導線,外加一層絕緣材料,在這層絕緣材料外邊是由一根空心的圓柱網狀銅導體包裹,最外一層是絕緣層。它與雙絞線相比,同軸電纜的抗干擾能力強、禁止性能好、傳輸數據穩定、價格也便宜,而且它不用連線在集線器或交換機上即可使用。

基本信息

概述

同軸電纜同軸電纜

同軸電纜(Coaxial cable)內外由相互絕緣的同軸心導體構成的電纜:內導體為銅線,外導體為銅管或網。電磁場封閉在內外導體之間,故輻射損耗小,受外界干擾影響小。常用於傳送多路電話和電視。同軸電纜的得名與它的結構相關。同軸電纜也是區域網路中最常見的傳輸介質之一。它用來傳遞信息的一對導體是按照一層圓筒式的外導體套在內導體(一根細芯)外面,兩個導體間用絕緣材料互相隔離的結構制選的,外層導體和中心軸芯線的圓心在同一個軸心上,所以叫做同軸電纜,同軸電纜之所以設計成這樣,也是為了防止外部電磁波干擾異常信號的傳遞。

歷史

1880年─奧利弗·黑維塞在英格蘭取得同軸電纜的專利權(專利權號碼 1,407)。
1884年─維爾納·馮·西門子在德國取得同軸電纜的專利權。
1941年─在美國,AT&T鋪設了第一條商用同軸電纜。並在明尼蘇達州的明尼阿波利斯連至威斯康辛州的史第分·普穎特。它所使用的L1系統能容納一條電視頻帶或480條電話線路。
1956年─全球第一條橫渡大西洋的同軸電纜──TAT-1(transatlantic No. 1)已經鋪設好。

端子

同軸端子,或稱接頭。可視為短、剛性電纜,設計上須具有與電纜相同的標準阻抗,RF信號也不會從接口位置穿透或損失。高品量的電纜往往鍍銀,而高品質的端子通常會鍍金,品質較低的也會鍍銀或鍍錫,雖然銀很容易被氧化,但氧化銀也是導電的,因此舊了也不會對效果有太大影響。

工作原理

同軸電纜由里到外分為四層:中心銅線,塑膠絕緣體,網狀導電層和電線外皮。電流傳導與中心銅線和網狀導電層形成的迴路。因為中心銅線和網狀導電層為同軸關係而得名。

同軸電纜傳導交流電而非直流電,也就是說每秒鐘會有好幾次的電流方向發生逆轉。

如果使用一般電線傳輸高頻率電流,這種電線就會相當於一根向外發射無線電的天線,這種效應損耗了信號的功率,使得接收到的信號強度減小。

同軸電纜的設計正是為了解決這個問題。中心電線發射出來的無線電被網狀導電層所隔離,網狀導電層可以通過接地的方式來控制發射出來的無線電。

同軸電纜也存在一個問題,就是如果電纜某一段發生比較大的擠壓或者扭曲變形,那么中心電線和網狀導電層之間的距離就不是始終如一的,這會造成內部的無線電波會被反射回信號傳送源。這種效應減低了可接收的信號功率。為了克服這個問題,中心電線和網狀導電層之間被加入一層塑膠絕緣體來保證它們之間的距離始終如一。這也造成了這種電纜比較僵直而不容易彎曲的特性。

兩種類型的寬頻系統

1)雙纜系統

雙纜系統有兩條並排鋪設的完全相同的電纜。為了傳輸數據,計算機通過電纜1將數據傳輸到電纜數根部的設備,即頂端器(head-end),隨後頂端器通過電纜2將信號沿電纜數往下傳輸。所有的計算機都通過電纜1傳送,通過電纜2接收。

2)單纜系統

另一種方案是在每根電纜上為內、外通信分配不同的頻段。低頻段用於計算機到頂端器的通信,頂端器收到的信號移到高頻段,向計算機廣播。在子分段(subsplit)系統中,5MHz~30MHz頻段用於內向通信,40MHz~300MHz頻段用於外向通信。在中分(midsplit)系統中,內向頻段是5MHz~116MHz,而外向頻段為168MHz~300MHz。這一選擇是由歷史的原因造成的。

3)寬頻系統有很多種使用方式。在一對計算機間可以分配專用的永久性信道;另一些計算機可以通過控制信道,申請建立一個臨時信道,然後切換到申請到的信道頻率;還可以讓所有的計算機共用一條或一組信道。從技術上講,寬頻電纜在傳送數字數據上比基帶(即單一信道)電纜差,但它的優點是已被廣泛安裝。

同軸電纜網路

同軸電纜網路一般可分為三類:

1.主幹網

主幹線路在直徑和衰減方面與其他線路不同,前者通常由有防護層的電纜構成。

2.次主幹網

次主幹電纜的直徑比主幹電纜小。當在不同建築物的層次上使用次主幹電纜時,要採用高增益的分散式放大器,並要考慮電纜與用戶出口的接口。

3.線纜

同軸電纜不可絞接,各部分是通過低損耗的連線器連線的。連結器在物理性能上與電纜相匹配。中間接頭和耦合器用線管包住,以防不慎接地。若希望電纜埋在光照射不到的地方,那么最好把電纜埋在冰點以下的地層里。如果不想把電纜埋在地下,則最好採用電桿來架設。同軸電纜每隔100米設一個標記,以便於維修。必要時每隔20米要對電纜進行支撐。在建築物內部安裝時,要考慮便於維修和擴展,在必要的地方還需提供管道,保護電纜。

同軸電纜接口的安裝方法

同軸電纜一般安裝在設備與設備之間。在每一個用戶位置上都裝備有一個連線器,為用戶提供接口。接口的安裝方法如下:

(1)細纜將細纜切斷,兩頭裝上BNC頭,然後接在T型連線器兩端。

(2)粗纜粗纜一般採用一種類似夾板的Tap裝置進行安裝,它利用Tap上的引導針穿透電纜的絕緣層,直接與導體相連。電纜兩端頭設有終端器,以削弱信號的反射作用。

優缺點

同軸電纜的優點是可以在相對長的無中繼器的線路上支持高頻寬通信,而其缺點也是顯而易見的:一是體積大,細纜的直徑就有3/8英寸粗,要占用電纜管道的大量空間;二是不能承受纏結、壓力和嚴重的彎曲,這些都會損壞電纜結構,阻止信號的傳輸;最後就是成本高,而所有這些缺點正是雙絞線能克服的,因此在現在的區域網路環境中,基本已被基於雙絞線的乙太網物理層規範所取代。

基帶

同軸電纜以硬銅線為芯,外包一層絕緣材料。這層絕緣材料用密織的網狀導體環繞,網外又覆蓋一層保護性材料。有兩種廣泛使用的同軸電纜。一種是50歐姆電纜,用於數字傳輸,由於多用於基帶傳輸,也叫基帶同軸電纜;另一種是75歐姆電纜,用於模擬傳輸,即寬頻同軸電纜。這種區別是由歷史原因造成的,而不是由於技術原因或生產廠家。
同軸電纜的這種結構,使它具有高頻寬和極好的噪聲抑制特性。同軸電纜的頻寬取決於電纜長度。1km的電纜可以達到1Gb/s~2Gb/s的數據傳輸速率。還可以使用更長的電纜,但是傳輸率要降低或使用中間放大器。目前,同軸電纜大量被光纖取代,但仍廣泛套用於有線和無線電視和某些區域網路。

寬頻

使用有線電視電纜進行模擬信號傳輸的同軸電纜系統被稱為寬頻同軸電纜。“寬頻”這個詞來源於電話業,指比4kHz寬的頻帶。然而在計算機網路中,“寬頻電纜”卻指任何使用模擬信號進行傳輸的電纜網。
由於寬頻網使用標準的有線電視技術,可使用的頻帶高達300MHz(常常到450MHz);由於使用模擬信號,需要在接口處安放一個電子設備,用以把進入網路的比特流轉換為模擬信號,並把網路輸出的信號再轉換成比特流。
寬頻系統又分為多個信道,電視廣播通常占用6MHz信道。每個信道可用於模擬電視、CD質量聲音(1.4Mb/s)或3Mb/s的數字比特流。電視和數據可在一條電纜上混合傳輸。
寬頻系統和基帶系統的一個主要區別是:寬頻系統由於覆蓋的區域廣,因此,需要模擬放大器周期性地加強信號。這些放大器僅能單向傳輸信號,因此,如果計算機間有放大器,則報文分組就不能在計算機間逆向傳輸。為了解決這個問題,人們已經開發了兩種類型的寬頻系統:雙纜系統和單纜系統。

分類

同軸電纜根據其直徑大小可以分為:粗同軸電纜與細同軸電纜。

粗纜適用於比較大型的局部網路,它的標準距離長,可靠性高,由於安裝時不需要切斷電纜,因此可以根據需要靈活調整計算機的入網位置,但粗纜網路必須安裝收發器電纜,安裝難度大,所以總體造價高。相反,細纜安裝則比較簡單,造價低,但由於安裝過程要切斷電纜,兩頭須裝上基本網路連線頭(BNC),然後接在T型連線器兩端,所以當接頭多時容易產生不良的隱患,這是運行中的乙太網所發生的最常見故障之一。無論是粗纜還是細纜均為匯流排拓撲結構,即一根纜上接多部機器,這種拓撲適用於機器密集的環境,但是當一觸點發生故障時,故障會串聯影響到整根纜上的所有機器。故障的診斷和修復都很麻煩,因此,將逐步被非禁止雙絞線或光纜取代。同軸電纜的優點是可以在相對長的無中繼器的線路上支持高頻寬通信,而其缺點也是顯而易見的:一是體積大,細纜的直徑就有3/8英寸粗,要占用電纜管道的大量空間;二是不能承受纏結、壓力和嚴重的彎曲,這些都會損壞電纜結構,阻止信號的傳輸;最後就是成本高,而所有這些缺點正是雙絞線能克服的,因此在現在的區域網路環境中,基本已被基於雙絞線的乙太網物理層規範所取代。
同軸電纜分為細纜RG-58 和粗纜RG-11 兩種。
細纜的直徑為0.26厘米,最大傳輸距離185米,使用時與50Ω終端電阻、T型連線器BNC接頭與網卡相連,線材價格和連線頭成本都比較便宜,而且不需要購置集線器等設備,十分適合架設終端設備較為集中的小型乙太網絡。纜線總長不要超過185米,否則信號將嚴重衰減。細纜的阻抗是50Ω。

粗纜(RG-11)的直徑為1.27厘米,最大傳輸距離達到500米。由於直徑相當粗,因此它的彈性較差,不適合在室內狹窄的環境內架設,而且RG-11連線頭的製作方式也相對要複雜許多,並不能直接與電腦連線,它需要通過一個轉接器轉成AUI接頭,然後再接到電腦上。由於粗纜的強度較強,最大傳輸距離也比細纜長,因此粗纜的主要用途是扮演網路主幹的角色,用來連線數個由細纜所結成的網路。粗纜的阻抗是75Ω。視頻同軸電纜英文簡稱SYV,常有的有75-7,75-5,75-3,75-1等型號,特性阻抗都是75歐姆,以適應不同的傳輸距離。是以非對稱基帶方式傳輸視頻信號的主要介質。主要套用範圍如:設備的支架連線,閉路電視(CCTV),共用天線系統(MATV) 以及彩色或單色射頻監視器的轉送。這些套用不需要選擇有特別嚴格電氣公差的精密視頻同軸電纜。視頻同軸電纜的特徵電阻是75 歐姆,這個值不是隨意選的。物理學證明了視頻信號最最佳化的衰減特性發生在77 歐姆。在低功率套用中,材料及設計決定了電纜的最優阻抗為75 歐姆。標準視頻同軸電纜既有實心導體也有多股導體的設計。建議在一些電纜要彎曲的套用中使用多股導體設計,如CCTV 攝像機與托盤和支架裝置的內部連線,或者是遠程攝像機的傳送電纜。

參數指標

同軸電纜同軸電纜

1、主要電氣參數

(1)同軸電纜的特性阻抗 同軸電纜的平均特性阻抗為50±2Ω,沿單根同軸電纜的阻抗的周期性變化為正弦波,中心平均值±3Ω,其長度小於2米。
(2)同軸電纜的衰減 一般指500米長的電纜段的衰減值。當用10MHz的正弦波進行測量時,它的值不超過8.5db(17db/公里);而用5MHz的正弦波進行測量時,它的值不超過6.0db(12db/公里)。
(3)同軸電纜的傳播速度 需要的最低傳播速度為0.77C(C為光速)。
(4)同軸電纜直流迴路電阻 電纜的中心導體的電阻與禁止層的電阻之和不超過10毫歐/米(在20℃下測量)。

2、同軸電纜的物理參數

同軸電纜是由中心導體、絕緣材料層、網狀織物構成的禁止層以及外部隔離材料層組成.同軸電纜具有足夠的可柔性,能支持254mm(10英寸)的彎曲半徑。中心導體是直徑為 2.17mm±0.013mm的實芯銅線。絕緣材料必須滿足同軸電纜電氣參數。禁止層是由滿足傳輸阻抗和ECM規範說明的金屬帶或薄片組成,禁止層的內徑為6.15mm,外徑為8.28mm。外部隔離材料一般選用聚氯乙烯(如PVC)或類似材料。

3、對電纜進行測試的主要參數

(1)導體或禁止層的開路情況。(2)導體和禁止層之間的短路情況。(3)導體接地情況。(4)在各禁止接頭之間的短路情況。

規格型號

同軸電纜按用途可分為兩種基本類型:基帶同軸電纜和寬頻同軸電纜。目前基帶常用的電纜,其禁止線是用銅做成的網狀的,特徵阻抗為50(如RG-8、RG-58等);寬頻同軸電纜常用的電纜的禁止層通常是用鋁衝壓成的,特徵阻抗為75(如RG-59等)。
按同軸電纜的直徑大小分為:粗同軸電纜與細同軸電纜。粗纜適用於比較大型的局部網路,它的標準距離長、可靠性高。由於安裝時不需要切斷電纜,因此可以根據需要靈活調整計算機的入網位置。但粗纜網路必須安裝收發器和收發器電纜,安裝難度大,所以總體造價高。相反,細纜安裝則比較簡單,造價低,但由於安裝過程要切斷電纜,兩頭須裝上基本網路連線頭(BNC),然後接在

同軸電纜同軸電纜
T型連線器兩端,所以當接頭多時容易產生接觸不良的隱患,這是目前運行中的乙太網所發生的最常見故障之一。為了保持同軸電纜的正確電氣特性,電纜禁止層必須接地。同時兩頭要有終端器來削弱信號反射作用。
無論是粗纜還是細纜均為匯流排拓撲結構,即一根纜上接多部機器,這種拓撲適用於機器密集的環境。但是當一觸點發生故障時,故障會串聯影響到整根纜上的所有機器,故障的診斷和修復都很麻煩,因此,將逐步被非禁止雙絞線或光纜取代。最常用的同軸電纜有下列幾種:·RG-8或RG-11 50Ω ·RG-58 50Ω ·RG-59 75Ω ·RG-62 93Ω  計算機網路一般選用RG-8乙太網粗纜和RG-58乙太網細纜。RG-59 用於電視系統。RG-62 用於ARCnet網路和IBM3270網路。

布線結構  

在計算機網路布線系統中,對同軸電纜的粗纜和細纜有三種不同的構造方式,即細纜結構、粗纜結構和粗/細纜混合結構。

1、細纜結構

1)硬體配置 (1)網路接口適配器:網路中每個結點需要一塊提供BNC接口的乙太網卡便協式適配器PCMCIA卡。(2)BNC-T型連線器:細纜Ethernet上的每個結點通過T型連線器與網路進行連線,它水平方向的兩個插頭用於連線兩段細纜,與之垂直的插口與網路接口適配器上的BNC連線器相連。(3)電纜系統:用於連線細纜乙太網的電纜系統。
2)技術參數  最大的幹線段長度:185米。 最大網路幹線電纜長度:925米。每條幹線段支持的最大結點數:30。BNC-T型連線器之間的最小距離:0.5米。
3)特點 容易安裝。造價較低。網路抗干擾能力強。網路維護和擴展比較困難。電纜系統的斷點較多,影響網路系統的可靠性。

2、粗纜結構

1)硬體配置  建立一個粗纜乙太網需要一系列硬體設備,包括: (1)網路接口適配器:網路中每個結點需要一塊提供AUI接口的乙太網卡、便提式適配器或PCMCIA卡。(2)收發器(Transceiver):粗纜乙太網上的每個結點通過安裝在幹線電纜上的外部收發器與網路進行連線。在連線粗纜乙太網時,用戶可以選擇任何一種標準的乙太網(IEEE802.3)類型的外部收發器。(3)收發器電纜:用於連線結點和外部收發器,通常稱為AUI電纜。(4)電纜系統:連線粗纜乙太網的電2)技術參數  最大幹線段長度:500米。 最大網路幹線電纜長度:2500米。 每條幹線段支持的最大結點數:100。收發器之間最小距離:2.5米。收發器電纜的最大長度:50米。
3)特點  具有較高的可靠性,網路抗干擾能力強。具有較大的地理覆蓋範圍,最長距離可達2500米。網路安裝、維護和擴展比較困難,造價高。

3、粗/細纜混合結構

1)硬體配置 在建立一個粗/細混合纜乙太網時,除需要使用與粗纜乙太網和細纜乙太網相同的硬體外,還必須提供粗纜和細纜之間的連線硬體。連線硬體包括:N-系列插口到BNC插口連線器。N-系列插頭到BNC插口連線器。
2)技術參數 最大的幹線長度:大於185米,小於500米。最大網路幹線電纜長度:大於925米,小於2500米。為了降低系統的造價,在保證一條混合幹線段所能達到的最大長度的情況下,應儘可能使用細纜。可以用下面的公式計算在一條混合的幹線段中能夠使用的細纜的最大長度t= ( 500 - L ) / 3.28,其中:L為要構造的幹線段長度,t為可以使用的細纜最大長度。例如,若要構造一條400米的幹線段,能夠使用的細纜的最大長度為:(500 - 400 ) / 3.28 = 30(米)。
3)特點 造價合理。網路抗干擾能力強。系統複雜。網路維護和擴展比較困難。增加了電纜系統的斷點數,影響網路的可靠性。

質量檢測

1、查絕緣介質的整度
標準同軸電纜的截面很圓整,電纜外導體、鋁泊貼於絕緣介質的外表面。介質的外表面越圓整,鋁箔與它外表的間隙越小,越不圓整間隙就越大。實踐證明,間隙越小電纜的性能越好,另外,大間隙空氣容易侵入禁止層而影響電纜的使用壽命。
2、測同軸電纜絕緣介質的一致性
同軸電纜緣介質直徑波動主要影響電纜的回波係數,此項檢查可剖出一段電纜的絕緣介質,用千分尺仔細栓查各點外徑,看其是否一致。
3、測同軸電纜的編織網
同軸電纜的紡織網線對同軸電旨的禁止性能起著重要作用,而且在集中供電有線電視線路中還是電源的迴路線,因此同軸電纜質量檢測必須對紡織網是否嚴密平整進行察看,方法是剖開同軸電纜外護套,剪一小段同軸電纜編織網,對編織網數量進行鑑定,如果與所給指標數值相符為合格,另外對單根紡織網線用螺鏇測微器進行測量,在同等價格下,線徑越粗質量越好。
4、查鋁箔的質量
同軸電纜中起重要禁止作用的是鋁箔,它在防止外來開路信號干擾與有線電視信號混淆方面具有重要作用,因此對新進同軸電旨應檢查鋁箔的質量。首先,剖開護套層,觀察編織網線和鋁箔層表面是否保持良好光澤;其次是取一段電纜,緊緊繞在金屬小軸上,拉直向反向轉繞,反覆幾次,再割開電纜護套層觀看鋁箔有無折裂現象,也可剖出一小段鋁箔在手中反覆揉搓和拉伸,經多次揉搓和拉伸仍未斷裂,具有一定韌性的為合格品,否則為次品。
5、查外護層的擠包緊度
高質量的同軸電纜外護層都包得很緊,這樣可縮小禁止層內間隙,防止空氣進入造成氧化,防止禁止層的相對滑動引起電性能飄移,但擠包太緊會造成剝頭不便,增加施工難度。檢查方法是取1m長的電纜,在端部肅去護層,以用力不能拉出線芯為合適。
6、查電纜成圈形狀
電纜成圈不僅是個美觀問題,而且也是質量問題。電纜成圈平整,各條電纜保持在同一同心平面上,電纜與電纜之間成圓弧平行地整體接觸,可減少電纜相互受力,堆放不易變形損傷,因此在驗收電纜質量時對此不可掉以輕心。

發展概況

電線電纜行業是中國僅次於汽車行業的第二大行業,產品品種滿足率和國內市場占有率均超過90%。在世界範圍內,中國電線電纜總產值已超過美國,成為世界上第一大電線電纜生產國。伴隨著中國電線電纜行業高速發展,新增企業數量不斷上升,行業整體技術水平得到大幅提高。
中國經濟持續快速的增長,為線纜產品提供了巨大的市場空間,中國市場強烈的誘惑力,使得世界都把目光聚焦於中國市場,在改革開放短短的幾十年,中國線纜製造業所形成的龐大生產能力讓世界刮目相看。隨著中國電力工業、數據通信業、城市軌道交通業、汽車業以及造船等行業規模的不斷擴大,對電線電纜的需求也將迅速增長,未來電線電纜業還有巨大的發展潛力。
2008年11月,我國為應對世界金融危機,政府決定投入4萬億元拉動內需,其中有大約40%以上用於城鄉電網建設與改造。全國電線電纜行業又有了良好的市場機遇,各地電線電纜企業抓住機遇,迎接新一輪城鄉電網建設與改造。

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