Koaksiaalikaapeli

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
,
missä R on siirtojohdon resistanssi,  on impedanssin induktiivinen osa, G on siirtojohdon konduktanssi, ja  on impedanssin kapasitiivinen osa.
Normaaleilla siirtojohdoilla resistiiviset ja konduktiiviset ominaisuudet ovat  huomattavasti pienemmät kuin induktiiviset ja kapasitiiviset ominaisuudet, jolloin yhtälö voidaan esittää muodossa
  .

Koaksiaalikaapelin kapasitanssi ja induktanssi määräytyvät pääasiassa kaapelin dimensioiden ja eristemateriaalin ominaisuuksien perusteella. Koaksiaalikaapelin ominaisimpedanssille pätee siis myös
,
missä D on ulkovaipan sisähalkaisija, d on sisäjohtimen halkaisija, ln on luonnollinen logaritmi,  on eristemateriaalin permeabiliteetti ja  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 
  , 
jossa c on valonnopeus tyhjössä,  on suhteellinen permeabiliteetti ja  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 koaksiaalikaapeleitaKaapelityyppiOminais-
impedanssi(Ω)Keskijohdin
Ø mmEristeKokonais-
halkaisija (mm)VaippaVaimennus dB / 100 m KommentitLähdetyyppiØ mm@400 MHz@2400 MHzAircell 5501,08PF2,95 5,0 2, kuparifolio ja kuparipalmikko	19,349,9 Radioamatöörit, LA- ja radiopuhelinten antennikaapelit, harrastuskäyttöParatronic Oy, Aircell 5 Aircell 7501,85 
(19 x 0,37)PF5,0 7,3 2, kuparifolio ja kuparipalmikko	13,235,6 Erittäin taipuisa mikroaaltokaapeliParatronic Oy, Aircell 7 Aircom Plus50  10,3 2, kuparifolio ja kuparipalmikko	8,4 VHF-ja UHF-taajuuksille soveltuva kaapeli.Interlanco Ecoflex 10 Standard502,85 (7 x 1,0)PF7,25 10,2 2, kuparifolio ja kuparipalmikko	8,423,6 WLAN, radioamatöörit, ammattikäyttöParatronic Oy, Ecoflex 10 Standard Ecoflex 10 Plus502,85 (7 x 1,0)PF7,25 10,2 2, kuparifolio ja kuparipalmikko	8,422,9 Kuparipinnoitetulla alumiiniytimelläParatronic Oy, Ecoflex 10 Plus Aircom Premium502,75 (1 x 2,75)PF7,20 10,2 2, kuparifolio ja kuparipalmikko	7,320,0 Vaativa ammattikäyttö, digitaaliyhteydetParatronic Oy, Aircom Premium Ecoflex 10 Standard Heatex502,85 (7 x 1,0)PF7,25 10,2 2, kuparifolio ja kuparipalmikko	8,423,6 Kuten Ecoflex 10 Standard, mutta halogeenivapaa, palamattomalla kuorellaParatronic Oy, Ecoflex 10 Heatex Ecoflex 10 Plus Heatex502,85 (7 x 1,0)PF7,25 10,2 2, kuparifolio ja kuparipalmikko	8,422,9 Kuten Ecoflex 10 Plus, mutta halogeenivapaa, palamattomalla kuorellaParatronic Oy, Heatex 10 Plus SeaTex 10502,85 (7 x 1,0)PF7,25 10,2 2, kuparifolio ja kuparipalmikko	8,423,6 Meriteollisuuteen, laivoihin, öljynporauslautoille. SHF 2, halogeeniton.Paratronic Oy, SeaTex 10 Ecoflex 15 Standard504,5 (7 x 1,55)PF11,3 14,6 2, kuparifolio ja kuparipalmikko	5,916,3 WLAN, radioamatöörit, vaativa ammattikäyttöParatronic Oy, Ecoflex 15 Standard Ecoflex 15 Standard Heatex504,5 (7 x 1,55)PF11,3 14,6 2, kuparifolio ja kuparipalmikko	5,916,3Paloturvallinen, julkisiin tiloihinParatronic Oy, Ecoflex 15 Standard Heatex Ecoflex 15 Plus504,5 (7 x 1,55)PF11,3 14,6 2, kuparifolio ja kuparipalmikko	5,314,9Kuparipinnoitetulla alumiiniytimelläParatronic Oy, Ecoflex 15 Plus Ecoflex 15 Plus Heatex504,5 (7 x 1,55)PF11,3 14,6 2, kuparifolio ja kuparipalmikko	5,314,9Kuten Ecoflex 15 Plus, mutta halogeenivapaa, palamattomalla kuorellaParatronic Oy, Ecoflex 15 Plus HeatexRFA78509,3PF 22,0 27,8 1, korrugoitu kupariputki2,36,1Vaativat tietoliikennesovelluksetDraka Cables RG-213/U502,25 
(7 x 0,75)PE 7,25 10,3 1, kuparipalmikko14,5 Kohteet, joissa RF-ominaisuuksille ei aseteta suuria vaatimuksiaBCARRG-58/U500,95 
(19 x 0,18)PE 2,95 5,0 1, tinapinnoitettu kuparipalmikko36,0 Radioamatöörit, LA- ja radiopuhelinten antennikaapelit, harrastuskäyttöTELLU13751,0PF 4,8 7,0 2, kuparifolio ja kuparipalmikko TV-, yhteisantenni- ja kaapeli-TV –verkon sisäkaapeliDraka Cables LMR 17005013,39PF34,342,42alumiinifolio, kuparipalmikko2,14,9vaativat 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