تبلیغات
برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات. - کابل کواکسیال یا coax +کابل سه محوری ( Triaxial )

برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات.

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)

کابل کواکسیال یا coax کابلی است با یک هادی داخلی احاطه شده بوسیله یک لایه عایق لوله ای شکل که این لایه معمولا از یک ماده منعطف با ثابت دی الکتریک بالا تشکیل می شود. این لایه نیز خود با یک لایه هادی ( معمولا برای ایجاد انعطاف، به صورت ریز بافت و یا فویل نازک فلزی ساخته می شود ) پوشیده شده است. و در آخر نیز توسط یک لایه عایق خارجی نازک در بر گرفته شده است.

کابل کواکسیال به عنوان یک خط ارسال سیگنال های با فرکانس رادیویی مورد استفاده قرار می گیرد و از جمله کاربرد های آن می توان به اتصال گیرنده ها و فرستنده های رادیویی به آنتن هایشان، اتصالات شبکه های کامپیوتری و توزیع سیگنال تلویزیون های کابلی اشاره کرد.
یکی از مزایای کابل کواکسیال نسبت به دیگر انواع خطوط انتقال این است که در یک کابل کواکسیال ایده آل، میدان مغناطیسی حامل سیگنال تنها در فضای میان هادی های داخلی و خارجی موجود است. این مزیت، امکان نصب کابل های کواکسیال را در کنار اشیای فلزی مانند ناودان ها، بدون تلفات توان (که در دیگر خطوط انتقال رخ می دهد) فراهم می کند و سیگنال را از تداخل مغناطیسی خارجی محافظت می نماید.
کابل کواکسیال را نباید با دیگر کابل های شیلد دار که برای انتقال سیگنال های فرکانس پایین مانند سیگنال های صوتی استفاده می شود، اشتباه گرفت. کابل شیلد دار از این جهت که شامل یک یا چند هادی احاطه شده بوسیله هادی محافظ لوله ای شکل می باشد، به کابل کواکسیال شباهت دارد، اما به مانند خطوط انتقال فرکانس رادیویی، با فاصله بندی دقیق میان هادی ها ساخته نمی شود.

طرز کار


A: پوشش پلاستیکی خارجی                              B: شیلد                                                  C: عایق دی الکتریک داخلی                                                          D: هسته مسی
A: پوشش پلاستیکی خارجی B: شیلد C: عایق دی الکتریک داخلی D: هسته مسی


کابل کواکسیال مانند یک کابل توان الکتریکی، جریان الکتریکی AC را به موقعیت های مختلف انتقال می دهد. مانند کابل های دیگر، دارای دو هادی می باشد که به صورت هادی مرکزی و شیلد لوله ای شکل قرار گرفته اند. در هر لحظه از زمان، جریان از یک هادی خارج شده و از طریق هادی دیگر باز می گردد. به هر حال از آن جایی که این جریان، یک جریان متناوب است، چندین بار در ثانیه تغییر جهت می دهد. کابل کواکسیال برای انتقال جریان با فرکانس رادیویی طراحی شده و از این جهت با دیگر کابل ها متفاوت است. این جریان با میلیون ها و یا حتی بیلیون ها بار تغییر جهت در ثانیه، فرکانسی بسیار بالاتر از فرکانس 50 تا 60 هرتز مورد استفاده در کابل های شبکه قدرت دارد و همین موضوع ساختار ویژه ای را برای جلوگیری از تلفات توان می طلبد.
اگر از یک سیم معمولی برای انتقال جریان های با فرکانس بالا استفاده شود، این سیم به عنوان یک آنتن عمل کرده و جریان فرکانس بالا به صورت امواج رادیویی منتشر می شود و موجب تلفات توان خواهد شد. برای جلوگیری از ایجاد این حالت، در کابل کواکسیال یکی از هادی ها به شکل لوله ساخته شده و هادی دیگر را در بر می گیرد. این کار باعث محبوس شدن امواج رادیویی در داخل هادی لوله ای شکل می شود. همچنین برای جلوگیری از تشعشع هادی خارجی ( هادی شیلد )، آن را به زمین متصل می کنند.
ابعاد و فاصله بندی میان هادی ها، همگی یکسان هستند. هر گونه تغییر ناگهانی در فاصله بندی میان دو هادی در کابل، تحت تاثیر حالتی به نام امواج ثابت، توان ارسال شده را به سمت منبع برگشت خواهد داد. این پدیده همانند تنگراهی عمل می کند و مقدار کیفیت توان ارسال شده را کاهش می دهد. برای نگه داشتن هادی شیلد در یک فاصله یکنواخت از هادی مرکزی، فاصله میان این دو هادی، به وسیله یک ماده پلاستیکی دی الکتریک پر می شود. تولید کنندگان برای جلوگیری از چنین تاب خوردگی هایی که باعث بازگشت توان می شوند، حد اقل شعاع خمیدگی را برای این کابل ها تعیین می کنند. همچنین کانکتور هایی که به همراه کابل کواکسیال مورد استفاده قرار می گیرند نیز این فاصله بندی را در خود حفط می کنند.


تعریف



در طراحی کابل کواکسیال، گزینه هایی مانند اندازه فیزیکی، عملکرد فرکانسی، تضعیف، قابلیت های انتقال توان، انعطاف پذیری، مقاومت و همچنین قیمت در نظر گرفته می شوند. هادی داخلی می تواند به دو صورت یکپارچه و یا رشته ای باشد. نوع رشته ای از انعطاف پذیری بیشتری برخوردار است. برای رسیدن به عملکرد بهتر در فرکانس های بالا، هادی داخلی را می توان با روکش نقره ای ساخت و گاهی نیز از سیم آهنی با روکش مس استفاده می شود.
عایق احاطه کننده هادی داخلی می تواند از پلاستیک سخت، پلاستیک فوم و یا فاصله هوایی به همراه نگهدارنده هایی برای سیم داخلی باشد. خواص ماده دی الکتریک، برخی ویژگی های الکتریکی کابل را کنترل می کند. یک انتخاب معمول در این زمینه، عایق پلی اتیلن جامد است که در کابل های با تلفات پایین مورد استفاده قرار می گیرد. تفلن جامد نیز گاهی به عنوان عایق به کار برده می شود. در بعضی از کابل های کواکسیال نیز از هوا ( یا دیگر گاز ها ) استفاده شده و سپس به وسیله نگهدارنده هایی از برخورد هادی داخلی به هادی شیلد جلوگیری می شود.
شیلد ها انواع مختلفی دارند. کابل کواکسیال قراردادی دارای سیم مسی بافته شده ای است که به شکل شیلد در آمده است. این ویژگی، امکان انعطاف پذیری بیشتری را به کابل می دهد اما از طرفی دارای شکاف هایی در لایه شیلد بوده و اندازه داخلی شیلد کمی متغیر است. زیرا این لایه مس بافته شده، نمی تواند کاملاً مسطح باشد. گاهی اوقات این لایه بافته شده، از مس پوشیده می شود. برخی از کابل های به منظور عملکرد بهتر شیلد، دارای دو لایه شیلد هستند. شیلد می تواند تنها از دو لایه بافته شده تشکیل شده باشد اما امروزه استفاده از یک فویل نازک پوشیده شده با یک لایه بافت، معمول تر است. در برخی از کابل ها ممکن است از بیشتر از دو لایه شیلد استفاده شود. دیگر انواع طراحی شیلد، انعطاف پذیری را فدای عملکرد بهتر می کنند. برخی شیلد های به شکل لوله ای فلزی هستند و کابل هایی که از این نوع شیلد در آن ها استفاده شده، نمی توانند خمیدگی های تیز را بپذیرند. زیرا این باعث تاب خوردگی شیلد و ایجاد تلفات در کابل خواهد شد. در بسیاری از سیستم های توزیع تلویزیون کابلی، از چنین کابل هایی استفاده شده که تلفات سیگنال کمتری دارند.



پارامتر های مهم



کابل کواکسیال یک نوع خاص از خطوط انتقال است. لذا داشتن مدل های مداری گسترده برای خطوط انتقال ضروری است.


پارامتر های فیزیکی

نمایش شماتیک عناصر اصلی یک خط انتقال
نمایش شماتیک عناصر اصلی یک خط انتقال

- قطر خارجی هادی داخلی d
- قطر داخلی شیلد D
- ثابت دی الکتریک عایق ε .
- نفوذ پذیری مغناطیسی عایق


پارامتر های الکتریکی اساسی

نمایش شماتیک یک خط انتقال کواکسیال به همراه مقاومت ذاتی آن
نمایش شماتیک یک خط انتقال کواکسیال به همراه مقاومت ذاتی آن


- کاپاسیتانس موازی واحد طول ( فاراد بر متر ):


Image:Coax 1.png


- اندوکتانس سری واحد طول ( هانری بر متر ):


Image:Coax 2.png

- مقاومت سری واحد طول ( اهم بر متر ): مقاومت واحد طول، تنها مقاومت هادی داخلی و شیلد در فرکانس های پایین بوده و در فرکانس های بالاتر، اثر پوستی با محدود کردن هدایت به یک لایه نازک از هر هادی، مقاومت موثر را افزایش می دهد.
- هدایت ( کندوکتانس ) موازی واحد طول ( مهو بر متر ): هدایت موازی به این دلیل که عایق های مورد استفاده از ویژگی های دی الکتریک خوبی برخوردارند، بسیار کوچک است.

پارامتر های الکتریکی به دست آمده


- مقاومت ذاتی با واحد اهم:
صرف نظر از مقاومت و هدایت واحد طول برای اکثر کابل های کواکسیال، مقاومت ذاتی از روی کاپاسیتانس و اندوکتانس واحد طول تعیین می شود. عبارت ساده شده به این صورت می باشد:


Image:Coax 3.png

این پارامتر ها از نسبت میان شعاع های داخلی d و خارجی D و ثابت دی الکتریک بدست آمده اند. مقاومت ذاتی از رابطه زیر به دست می آید:


Image:Coax 4.png


- تضعیف ( تلفات ) در واحد طول ( دسیبل بر متر ): این پارامتر به تلفات ماده دی الکتریک داخل کابل و تلفات مقاومتی هادی داخلی و هادی شیلد بستگی دارد. این تلفات به فرکانس وابسته بوده و با افزایش فرکانس، بالاتر می رود. تلفات اثر پوستی در هادی ها را می توان با افزایش شعاع کابل کاهش داد. یک کابل با شعاع دو برابر، دارای مقاومت اثر پوستی نصف خواهد بود.

- سرعت انتشار ( متر بر ثانیه )
سرعت انتشار، به ثابت دی الکتریک و ضریب نفوذپذیری ( که معمولاً برابر با 1 است ) بستگی دارد:


Image:Coax 5.png


- فرکانس قطع: این پارامتر بر اساس امکان القای دیگر حالت های انتشار در کابل کواکسیال تعیین می شود. متوسط محیط دایره ای عایق، از طریق فرمول π(D + d) / 2 بدست می آید. رابطه فرکانس قطع به صورت زیر می باشد.


Image:Coax 6.png


- ولتاژ پیک
- شعاع خارجی که مشخص کننده نوع کانکتور قبل اتصال به کابل می باشد.




انواع


خط سخت ( Hard line )

تصویر برشی از یک خط سخت
تصویر برشی از یک خط سخت
معمولاً خط سخت با موج بر اشتباه گرفته می شود، اما این دو یکسان نیستند. مانند دیگر روش های ارتباط رادیویی، از خط سخت برای انتشار رادیویی استفاده می شود. خط سخت یک نوع کابل کواکسیال است که با استفاده از لوله ای از جنس مس، نقره یا طلا و یا ترکیبی از این فلز ها به عنوان شیلد ساخته می شود. در برخی از خطوط سخت با کیفیت پایین ممکن است از شیلد آلومینیوم استفاده شده باشد. به هر حال آلومینیوم اکسیده می شود و این اکسید بر خلاف اکسید نقره و اکسید طلا، هدایت موثر را به شدت کاهش می دهد. بنابر این تمامی اتصالات باید در برابر نفوذ هوا و آب عایق بندی شوند. هادی داخلی می تواند از مس سخت، یا آلومینیوم پوشیده شده از مس ساخته شود. از آنجایی که اثر پوستی یکی از مشکلات موجود در محدوده RF است، استفاده از روکش مسی، سطح کافی برای یک هدایت موثر را فراهم می کند. بیشتر خطوط سخت مورد استفاده در تاسیسات خارجی دارای پوششی از جنس PVC می باشند. اما در برخی کاربرد های داخلی ممکن است این پوشش عایق، از ساختمان آن حذف شود. خط سخت می تواند بسیار ضخیم ( از حداقل نیم اینچ یا 13 میلی متر تا چندیدن برابر این مقدار ) باشد و حتی در توان های بالا، دارای تلفات کمی است. این نوع خطوط سخت با اندازه بزرگ، تقریباً همیشه در اتصال میان یک فرستنده مستقر بر روی زمین و آنتن نصب شده بر روی برج کاربرد دارند. خطوط سخت ممکن است با نام های تجاری مانند Heliax (Andrew) و Cablewave (RFS/Cablewave) شناخته شده باشند. انواع بزرگتر خطوط سخت، از یک هادی مرکزی که از یک لوله مسی سخت و یا موج دار ساخته شده، تشکیل شده اند. دی الکتریک موجود در خط سخت می تواند شامل فوم پلی اتیلین، هوا و یا نوعی گاز با فشار مشخص مانند نیتروژن و یا هوای خشک باشد. در خطوط پر شده با گاز، از نوع یک پلاستیک سخت مانند نایلون برای نگه داشتن فاصله میان هادی های داخلی و خارجی استفاده می شود. اضافه کردن این گاز ها به فضای دی الکتریک، آلودگی رطوبتی را کاهش داده، باعث پایداری ثابت دی الکتریک شده و همین طور خطر جرقه داخلی را کاهش می دهد. خطوط سخت پر شده با گاز، معمولاً در فرستنده های RF با قدرت بالا مانند انتشار رادیویی یا تلویزیونی، فرستنده های نظامی و همینطور کاربرد های رادیو آماتوری با قدرت بالا مورد استفاده قرار می گیرند اما از طرفی ممکن است در بعضی کاربرد های حساس با قدرت پایین مانند کاربرد های موجود در محدوده باند مایکروویو نیز بکار گرفته شود. گر چه در ناحیه مایکروویو، برای ارسال سیگنال به آنتن و یا از آنتن به گیرنده استفاده از موج بر بسیار معمول تر است. همچنین شیلد های مختلف بکار برده شده در خطوط سخت، متفاوت اند. برخی از اشکال آن از یک لوله سخت و دیگر انواع آن از لوله موج دار تشکیل شده اند که این موج دار بودن، خم کردن آن را آسان تر می کند و امکان تاب خوردگی آن را در هنگام فرم دهی کاهش می دهد. از انواع کوچکتر خط سخت، در برخی کاربرد های فرکانس بالا، به ویژه در تجهیزات مایکروویو، برای کاهش تداخل میان طبقات استفاده می شود.

کابل دارای نشتی یا متشعشع

این نوع کابل، یکی دیگر از انواع کابل های کواکسیال بوده که با همان روش ساخت خط سخت، ساخته می شود با این تفاوت که دارای تکه های منظم بریدگی بر روی شیلد می باشد. این بریدگی ها بر اساس یک طول موج خاص از RF و یا یک باند فرکانسی رادیویی خاص تنظیم شده اند. از این نوع کابل برای ایجاد یک نشتی ( تشعشع ) دلخواه دو طرفه و معین میان فرستنده و گیرنده استفاده می شود. موارد استفاده آن معمولاً در مسیر آسانسور ها، زیر زمین و تونل های حمل و نقل و دیگر نواحی که نصب آنتن در آن ها ممکن نیست، می باشد. یک نمونه از این کابل ها Radiax (Andrew) می باشد.

RG/6

این نوع کابل در سه نوع مختلف طراحی شده برای کاربرد های متفاوت موجود است. سیم خانگی یا plain wire برای سیم کشی داخلی و یا خارجی خانه طراحی شده است. کابل پر شده ( flooded cable ) با استفاده از روشی برای آب بندی شدید برای استفاده در آبراه های زیر زمینی و یا مدفون کردن در زیر خاک کاملاً پر شده است. نوع پیام رسان ( Messenger ) می تواند شامل آب بندی هایی باشد، اما ویژگی برجسته این نوع، اضافه کردن یک سیم پیام رسان فولادی در طول آن برای تحمل فشار حاصل از یک aerial drop ( انتقال کابل از دکل، به وسیله ای در ارتفاع پایین تر ) است.

کابل سه محوری ( Triaxial )

کابل سه محوری یا triax نوعی کابل کواکسیال است با یک لایه سوم شیلد، که نقش عایق و روکش را نیز داراست. شیلد خارجی که به زمین متصل است، شیلد داخلی را در برابر تداخل مغناطیسی با منابع خارجی محافظت می کند.

کابل زوج محور ( Twin-axial )

کابل زوج محور یا Twinax یک زوج پیچیده شده و متعادل درون یک شیلد استوانه ای شکل می باشد. این کابل اجازه عبور یک سیگنال کاملاً دیفرانسیلی را می دهد. کواکسیال Multi-conductor ( دارای چند هادی ) نیز گاهی برای این کاربرد استفاده می شود.

کابل دو محوره (Biaxial )

کابل دو محوره یا Biax کابلی با آرایشی به شکل عدد 8 از دو کابل کواکسیال 50 اهم است که ظاهر خارجی آن را می توان به سیم بلندگو و یا کابل لامپ تشبیه کرد. Biax در برخی شبکه های کامپیوتری شخصی به کار می رود. ممکن است افراد زیادی با biax 75 اهم که استفاده از آن زمانی در بسیاری از سرویس های تلویزیون کابلی رایج بود آشنا باشند.

کابل نیمه سخت

این کابل، یک نوع کابل کواکسیال است که از یک روکش بیرونی مس سخت در آن استفاده شده است. تفاوت این نوع کابل در انتقال تصویر با کیفیت بسیار بالا در مقایسه با کابل هایی که از هادی خارجی افشان استفاده می کنند می باشد. عیب اصلی این کابل همان طور که از نام آن پیداست، عدم انعطاف آن بوده و پس از فرم دهی اولیه، دیگر از خود انعطاف نشان نخواهد داد.

صفحات جانبی

نظرسنجی

    لطفاً نظرات خود را درمورد وبلاگ با اینجانب در میان بگذارید.(iman.sariri@yahoo.com)نتایج تاکنون15000مفید و 125غیرمفید. با سپاس


  • آخرین پستها

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :