Koaksiaalikaapelin rakenne
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

{\displaystyle Z\_{0}={\sqrt {\frac {R+j\omega L}{G+j\omega C}}}},
missä *R* on siirtojohdon resistanssi, {\displaystyle j\omega L} on impedanssin induktiivinen osa, *G* on siirtojohdon konduktanssi, ja {\displaystyle 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

{\displaystyle Z\_{0}={\sqrt {\frac {L}{C}}}} .
Koaksiaalikaapelin kapasitanssi ja induktanssi määräytyvät pääasiassa kaapelin dimensioiden ja eristemateriaalin ominaisuuksien perusteella. Koaksiaalikaapelin ominaisimpedanssille pätee siis myös

{\displaystyle 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, {\displaystyle \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 

{\displaystyle v={\frac {1}{\sqrt {\mu \epsilon }}}={\frac {c}{\sqrt {\mu \_{r}\epsilon \_{r}}}}} ,
jossa *c* on valonnopeus tyhjössä, {\displaystyle \mu \_{r}} on suhteellinen permeabiliteetti ja {\displaystyle \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 | Kokonais-
halkaisija (mm) | Vaippa | Vaimennus dB / 100 m | Kommentit | Lähde |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| tyyppi | Ø mm | @400 MHz | @2400 MHz |
| Aircell 5 | 50 | 1,08 | PF | 2,95 | 2,0 | 2, kuparifolio ja kuparipalmikko | 19,3 | 49,9 | Radioamatöörit, LA- ja radiopuhelinten antennikaapelit, harrastuskäyttö |  |
|
| 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 |  |
|
| Aircom Plus | 50 |  |  |  | 10,3 | 2, kuparifolio ja kuparipalmikko | 8,4 |  | VHF-ja UHF-taajuuksille soveltuva kaapeli. |  |
|
| 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 |  |
|
| 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 |  |
|
| 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 |  |
|
| 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 |  |
|
| 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 |  |
|
| 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. |  |
|
| 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 |  |
|
| 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 |  |
|
| 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 |  |
|
| 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 |  |
|
| RFA78 | 50 | 9,3 | PF | 22,0 | 27,8 | 1, korrugoitu kupariputki | 2,3 | 6,1 | Vaativat tietoliikennesovellukset |  |
|
| 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 |  |
|
| 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 |  |
| 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
-------

1. 1 2  Haikonen Terho: "Siirtojohdot ja resonaattorit", *Tekniikan käsikirja Osa 3*, s. 191. Jyväskylä: Gummerus, 1969.
2. ↑  Haikonen Terho: "Siirtojohdot ja resonaattorit", *Tekniikan käsikirja Osa 3*, s. 192. Jyväskylä: Gummerus, 1969.
3. ↑  Paratronic Oy, Aircell 5
4. ↑  Paratronic Oy, Aircell 7
5. ↑  Interlanco (Arkistoitu – Internet Archive)
6. ↑  Paratronic Oy, Ecoflex 10 Standard (Arkistoitu – Internet Archive)
7. ↑  Paratronic Oy, Ecoflex 10 Plus
8. ↑  Paratronic Oy, Aircom Premium
9. ↑  Paratronic Oy, Ecoflex 10 Heatex (Arkistoitu – Internet Archive)
10. ↑  Paratronic Oy, Heatex 10 Plus
11. ↑  Paratronic Oy, SeaTex 10
12. ↑  Paratronic Oy, Ecoflex 15 Standard (Arkistoitu – Internet Archive)
13. ↑  Paratronic Oy, Ecoflex 15 Standard Heatex (Arkistoitu – Internet Archive)
14. ↑  Paratronic Oy, Ecoflex 15 Plus
15. ↑  Paratronic Oy, Ecoflex 15 Plus Heatex
16. ↑  Draka Cables (Arkistoitu – Internet Archive)
17. 1 2  BCAR
18. ↑  Draka Cables
19. ↑  Times Microwave systems: LMR-1700, Flexible Low Loss Communications Coax  11.6.2019. Times Microwave Systems. Viitattu 11.6.2019.

Aiheesta muualla
----------------

* Kuvia tai muita tiedostoja aiheesta **Koaksiaalikaapeli** Wikimedia Commonsissa