Koaksiaalikaapeli

thumb|Tyypillisen suurtaajuuskoaksiaalikaapelin rakenne Koaksiaalikaapeli on siirtolinja, joka siirtää korkeataajuuksista sähkömagneettista kenttää paikasta toiseen. Koaksiaalikaapelin nimi tulee sen rakenteesta: se koostuu johtimesta sylinterimäisen ulkojohtimen sisällä. Tunnetuin käyttökohde koaksiaalikaapelille on television antennijohto. Muita käyttökohteita ovat muun muassa elektroniikka- ja tietoliikennesovellukset. ==Rakenne== Koaksiaalikaapelin lieriömäisen rakenteen keskustassa on keskijohdin, jonka ympärillä on eristeainekerros. Tämän ympärillä on putkimainen ulkojohdin ja sen ympärillä muovinen ulkokuori. Keskijohtimena käytetään joko yksi- tai monisäikeistä kuparijohdinta. Toimiakseen paremmin korkeilla taajuuksilla, keskijohdin on voitu päällystää hopealla. Sisempi eriste voi olla kiinteää muovia, vaahtomuovia tai ilmaa, jolloin keskijohdin ja ulkojohdin on erotettuna toisistaan erityisillä välikappaleilla. Materiaaleina voivat toimia muun muassa polyeteeni (PE), vaahdotettu polyeteeni (FPE), polyeteenivaahtoa (PF) ja teflonia (PTFE). Ulkojohtimena toimii yleensä punottu kupariverkko, joka voi olla myös hopeapäällysteistä. Lisäksi voidaan käyttää kaksikerrosvaippaa, jossa voi olla kaksi punottua kupariverkkoa päällekkäin, mutta usein kuitenkin käytetään ohutta foliota kupariverkon alla. Ulkoeristeenä voidaan käyttää hyvin montaa eri materiaalia, mutta yleisin on PVC-muovi. ==Toiminta ja käyttö== Suurtaajuinen sähkömagneettinen kenttä etenee koaksiaalikaapelissa poikittaisena värähtelynä, ns. TEM-moodissa, ja rajoittuu keskijohtimen ja ulkojohtimen väliseen eristeaineeseen. Tämän eristeen ominaisuudet ovat sen vuoksi ratkaisevat kaapelin laatua arvioitaessa. Myös ulkoeristeen materiaalin valitseminen on tärkeää erilaisia käyttökohteita silmällä pitäen, esimerkiksi kaapelista voidaan tehdä tulenkestävää, ultraviolettisäteilyä kestävää, hapettumista kestävää tai vettä kestävää. Ulkojohdin puolestaan estää ulkoisia sähkömagneettisia häiriöitä, sekä estää kaapelia lähettämästä häiriösignaaleja. Yleinen termi siirtojohdon ominaisimpedanssia Z0 määriteltäessä on : Z_0 = \sqrt{\frac{R+j\omega L}{G+j\omega C}}, missä R on siirtojohdon resistanssi, j\omega L on impedanssin induktiivinen osa, G on siirtojohdon konduktanssi, ja j\omega C on impedanssin kapasitiivinen osa. Normaaleilla siirtojohdoilla resistiiviset ja konduktiiviset ominaisuudet ovat huomattavasti pienemmät kuin induktiiviset ja kapasitiiviset ominaisuudet, jolloin yhtälö voidaan esittää muodossa : Z_0 = \sqrt{\frac{L}{C}} . Koaksiaalikaapelin kapasitanssi ja induktanssi määräytyvät pääasiassa kaapelin dimensioiden ja eristemateriaalin ominaisuuksien perusteella. Koaksiaalikaapelin ominaisimpedanssille pätee siis myös :Z_0 = \frac{1}{2\pi} \sqrt{\frac{\mu}{\epsilon}} \ln\left(\frac{D}{d}\right), missä D on ulkovaipan sisähalkaisija, d on sisäjohtimen halkaisija, ln on luonnollinen logaritmi, \mu on eristemateriaalin permeabiliteetti ja \ \epsilon on eristemateriaalin permittiivisyys. Oikein päätetyn koaksiaalikaapelin kumpaankin päähän kytkettävän laitteen impedanssin on oltava sama kuin koaksiaalikaapelin ominaisimpedanssi: muussa tapauksessa syntyy yleensä haitallisia vaimentavia seisovia aaltoja. Tästä syystä vanhanaikaisessa koaksiaalikaapelia käyttävässä ethernet -verkossa kaapeli päätettiin päätevastuksella. Koaksiaalikaapelissa signaalin nopeus :v = \frac{1}{ \sqrt{\mu\epsilon}} = \frac{c}{\sqrt{\mu_r\epsilon_r}} , jossa c on valonnopeus tyhjössä, \mu_r on suhteellinen permeabiliteetti ja \epsilon_r on suhteellinen permittiivisyys. Koaksiaalista rakennetta käytetään paljon myös heikon pientaajuuksisen signaalin siirtämiseen (esimerkiksi mikrofonikaapeli). Tällöin putkimaisen ulkojohtimen maadoittaminen antaa signaalia siirtävälle keskijohtimelle hyvän häiriösuojauksen. Tällaisissa sovelluksissa ei kaapelin impedanssilla ole juuri merkitystä, vaan kaapeli kannattaa valita mekaanista kestävyyttä ja käyttömukavuutta silmällä pitäen. == Käytännön koaksiaalikaapelit == Kaupallisten koaksiaalikaapelien tavallisimmat impedanssit ovat 50 ja 75 ohmia. Edellisten lisäksi kaupallisesti on saatavilla muun muassa 93 ohmin kaapeleita. Kaapeleiden vaimennus kasvaa taajuuden funktiona. Yleisiä koaksiaalikaapeleita Kaapelityyppi Ominais- impedanssi(Ω) Keskijohdin Ø mm Eriste Eriste Kokonais- halkaisija (mm) Vaippa Vaimennus dB / 100 m Vaimennus dB / 100 m Kommentit Lähde Kaapelityyppi Ominais- impedanssi(Ω) Keskijohdin Ø mm tyyppi Ø mm Kokonais- halkaisija (mm) Vaippa @400 MHz @2400 MHz Kommentit Lähde Aircell 5 50 1,08 PF 2,95 5,0 2, kuparifolio ja kuparipalmikko 19,3 49,9 Radioamatöörit, LA- ja radiopuhelinten antennikaapelit, harrastuskäyttö Paratronic Oy, Aircell 5 Aircell 7 50 1,85 (19 x 0,37) PF 5,0 7,3 2, kuparifolio ja kuparipalmikko 13,2 35,6 Erittäin taipuisa mikroaaltokaapeli Paratronic Oy, Aircell 7 Aircom Plus 50 10,3 2, kuparifolio ja kuparipalmikko 8,4 VHF-ja UHF-taajuuksille soveltuva kaapeli. Interlanco Ecoflex 10 Standard 50 2,85 (7 x 1,0) PF 7,25 10,2 2, kuparifolio ja kuparipalmikko 8,4 23,6 WLAN, radioamatöörit, ammattikäyttö Paratronic Oy, Ecoflex 10 Standard Ecoflex 10 Plus 50 2,85 (7 x 1,0) PF 7,25 10,2 2, kuparifolio ja kuparipalmikko 8,4 22,9 Kuparipinnoitetulla alumiiniytimellä Paratronic Oy, Ecoflex 10 Plus Aircom Premium 50 2,75 (1 x 2,75) PF 7,20 10,2 2, kuparifolio ja kuparipalmikko 7,3 20,0 Vaativa ammattikäyttö, digitaaliyhteydet Paratronic Oy, Aircom Premium Ecoflex 10 Standard Heatex 50 2,85 (7 x 1,0) PF 7,25 10,2 2, kuparifolio ja kuparipalmikko 8,4 23,6 Kuten Ecoflex 10 Standard, mutta halogeenivapaa, palamattomalla kuorella Paratronic Oy, Ecoflex 10 Heatex Ecoflex 10 Plus Heatex 50 2,85 (7 x 1,0) PF 7,25 10,2 2, kuparifolio ja kuparipalmikko 8,4 22,9 Kuten Ecoflex 10 Plus, mutta halogeenivapaa, palamattomalla kuorella Paratronic Oy, Heatex 10 Plus SeaTex 10 50 2,85 (7 x 1,0) PF 7,25 10,2 2, kuparifolio ja kuparipalmikko 8,4 23,6 Meriteollisuuteen, laivoihin, öljynporauslautoille. SHF 2, halogeeniton. Paratronic Oy, SeaTex 10 Ecoflex 15 Standard 50 4,5 (7 x 1,55) PF 11,3 14,6 2, kuparifolio ja kuparipalmikko 5,9 16,3 WLAN, radioamatöörit, vaativa ammattikäyttö Paratronic Oy, Ecoflex 15 Standard Ecoflex 15 Standard Heatex 50 4,5 (7 x 1,55) PF 11,3 14,6 2, kuparifolio ja kuparipalmikko 5,9 16,3 Paloturvallinen, julkisiin tiloihin Paratronic Oy, Ecoflex 15 Standard Heatex Ecoflex 15 Plus 50 4,5 (7 x 1,55) PF 11,3 14,6 2, kuparifolio ja kuparipalmikko 5,3 14,9 Kuparipinnoitetulla alumiiniytimellä Paratronic Oy, Ecoflex 15 Plus Ecoflex 15 Plus Heatex 50 4,5 (7 x 1,55) PF 11,3 14,6 2, kuparifolio ja kuparipalmikko 5,3 14,9 Kuten Ecoflex 15 Plus, mutta halogeenivapaa, palamattomalla kuorella Paratronic Oy, Ecoflex 15 Plus Heatex RFA78 50 9,3 PF 22,0 27,8 1, korrugoitu kupariputki 2,3 6,1 Vaativat tietoliikennesovellukset Draka Cables RG-213/U 50 2,25 (7 x 0,75) PE 7,25 10,3 1, kuparipalmikko 14,5 Kohteet, joissa RF- ominaisuuksille ei aseteta suuria vaatimuksia BCAR RG-58/U 50 0,95 (19 x 0,18) PE 2,95 5,0 1, tinapinnoitettu kuparipalmikko 36,0 Radioamatöörit, LA- ja radiopuhelinten antennikaapelit, harrastuskäyttö TELLU13 75 1,0 PF 4,8 7,0 2, kuparifolio ja kuparipalmikko TV-, yhteisantenni- ja kaapeli-TV –verkon sisäkaapeli Draka Cables LMR 1700 50 13,39 PF 34,3 42,42 alumiinifolio, kuparipalmikko 2,1 4,9 vaativat tietoliikennesovellukset Eristekoodit * PE, polyeteeni * PF, polyeteenivaahto == Koaksiaalikaapelien liittimiä == *BNC- liitin *SMA-liitin *N-liitin *F-liitin == Lähteet == == Aiheesta muualla == Luokka:Siirtotiet Luokka:Seulonnan keskeiset artikkelit