Kabel koncentryczny
Kabel
koncentryczny zasadniczo składa się z kilku części:
1. Przewód wewnętrzny
2.
Izolator
wewnętrzny
3. Ekran.
Część kabli
wyposażona jest jeszcze w zewnętrzną warstwę ochronną, której zadaniem jest
izolacja elektryczna oraz zabezpieczenie przed uszkodzeniem oraz warunkami mechanoklimatycznymi.
Przewód wewnętrzny może być wykonany w różny sposób, często jest to splot
pojedynczych drutów stalowych lub miedzianych. Rozwiązanie takie zapewnia co
prawda elastyczność, ale wpływa niekorzystnie na możliwość określenia
impedancji charakterystycznej kabla oraz zwiększa straty. Korzystniejsze jest
pod tym względem wykorzystanie pojedynczego przewodu o określonej grubości, korzystnie wykonanego
z metalu dla którego głębokość wnikania i straty stąd wynikające są jak
najmniejsze lub dodatkowo pokrytego warstwą takiego metalu.
Izolator wewnętrzny – dielektryk ma duże znaczenie dla budowy i własności
kabla koncentrycznego. Wykorzystanie powietrza zapewnia minimalne straty, brak
skrócenia długości fali, zwiększoną wytrzymałość mocową.
Powoduje jednak problemy mechaniczne związane ze stabilnym utrzymaniem
osiowości przewodu wewnętrznego względem ekranu. Są kable niskostratne,
w których wykorzystuje się podpory teflonowe albo coś w rodzaju sprężyny
teflonowej, która tylko częściowo wypełnia przestrzeń w kablu minimalizując nieporządane zjawiska i zachowując stabilność mechaniczną.
Jako izolatora wypełniającego przestrzeń pomiędzy przewodem wewnętrznym i
ekranem wykorzystuje się dielektryki na
bazie fluoropochodnych np. teflon i jego bardziej spienione odmiany. Zwykle przenikalność dielektryczna oznaczana jako (εr) albo (DK) waha się w przedziale od 1.3
do 2 dla materiałów spienionych i do 2.5
dla materiałów stałych ( teflon, polietylen ma DK=2.2-2.3) Wartosci te mogą
być wyższe, jednak zwykle te poniżej 2.5 są wykorzystywane w kablach
koncentrycznych.
Ekran – wykonany może być w postaci oplotu pełnego lub
niepełnego, również cynowanego albo w
postaci pełnej tulei ( przewody półsztywne) Materiał z którego wykonany jest
ekran ma wpływ na straty, możliwości transmisji ciepła, zdolność ekranowania
sygnału, sposób mocowania złącza. W przypadku oplotów stosuje się również
kilkuwarstwowe. Celem jest zwiększenie odporności mechanicznej na powstanie
braków w ekranowaniu przy zginaniu kabli. Korzystniejsze jest stosowanie
oplotów pełnych cynowanych oraz linii z ekranem w postaci rurki. Zapewaniają dobre
odprowadzanie ciepła, wysoki poziom ekranowania, również przy złączu, które
jest zwykle lutowane.
Warstwa dielektryka zewnętrznego – w przypadku kabli z niepełnym
oplotem stanowi on warstwę mechaniczną utrzymującą kształt i parametry ekranu zewnętrznego
kabla. Zdjęcie tej warstwy na dłuższej długości powoduje tzw
siepanie się takich kabli. Warstwa ta jest również wykorzystywana jako
zabezpieczenie przed warunkami mechanoklimatycznymi zwiększając czas życia przewodów. Jednak w
niektórych aplikacjach warstwa ta jest
niewskazana ze względu na odprowadzanie
ciepła czy mocowanie elementów
odprowadzających ładunki.
Impedancja Kabli Współosiowych
Obecnie w zastosowaniu praktycznym sa kable 50 ohm i 75 ohm, Choć stosuje się
kable również o wyższej lub niższej impedancji, ale to raczej w zastosowaniach
specjalistycznych lub przy budowie symetryzatorów lub
transformatorów impedancji. Do określenia impedancji charakterystycznej kabli
potrzebna jest znajomość średnicy przewodu wewnętrznego (a), średnicy
wewnętrznej ekranu (b) oraz znajomość przenikalności dielektrycznej materiału,
który jest wypełniaczem - izolatorem w linii koncentrycznej (εr). Jak widać dokładne określenie „a” lub
„b” dla splecionych linek stanowiących przewód
wewnętrzny lub zewnętrzny może stanowić pewien problem, co wpływa na tolerancje
impedancji charakterystycznej wyprodukowanej linii. A należy pamiętać, że każda
zmiana impedancji stanowić źródło odbicia sygnału, co niekorzystnie wpływa na
straty przewodu.
Wzór na impedancję charakterystyczną
jest następujący:
Skrócenie fali w kablu
koncentrycznym
Podaje się w
katalogu wartość współczynnika skrócenia fali w kablu koncentrycznym. Wynika on
bezpośrednio z faktu, że fala
rozchodząca się w określonym ośrodku ulega skróceniu o . Tak więc dla przewodu wypełnionego
materiałem o εr=2.2 współczynnik
skrócenia wynosi 0.67 =67%.