Коаксиальный кабель
Импеданс коаксиального кабеля: почему 50 Ом и 75 Ом редко прощают несоответствие
Характеристический импеданс зависит от геометрии и диэлектрика, а не от цены. Вот как ведут себя системы на 50 и 75 Ом, сколько на самом деле стоит несоответствие и какие цифры относятся к спецификации покупки.
Установщик систем видеонаблюдения заключает отвод RG6 сопротивлением 75 Ом с помощью адаптера BNC сопротивлением 50 Ом, поскольку ящик с деталями находится ближе, чем складское помещение. Картинка чистая с первого дня. Три недели спустя клиент сообщает о слабых горизонтальных полосах, причем в первую очередь в этом обвиняют камеру, во вторую - записывающее устройство, а в последнюю - кабель.
Краткая версия, перед подробностями: Импеданс каждого элемента в цепи должен быть согласован, включая кабель, разъем и порт оборудования. Если этого не происходит, часть сигнала отражается обратно по линии, а не достигает приемника, и эти отражения становятся все более разрушительными по мере повышения частоты и увеличения длины трассы.
Ниже рассказывается, что на самом деле представляет собой характеристическое сопротивление, почему отрасль остановилась на 50 и 75 Ом, как несоответствие проявляется на испытательном оборудовании и на экране, и что написать в спецификации, чтобы проблема никогда не дошла до объекта.
Что на самом деле измеряет импеданс коаксиального кабеля
Характеристическое сопротивление не является сопротивлением. Это отношение напряжения к току для волны, распространяющейся по линии, и оно существует, даже когда на дальнем конце ничего не подключено. В физическая конструкция коаксиального кабеля он определяется тремя вещами: диаметром центрального проводника (d), внутренним диаметром экрана или диэлектрика, заполняющего пространство (D), и диэлектрической проницаемостью этого материала.
Для коаксиальной линии классическая рабочая формула: Z0 = 138, разделенная на квадратный корень из диэлектрической проницаемости, умноженный на десятичный логарифм D, разделенный на d. Раздвиньте проводник и экран дальше друг от друга или уменьшите диэлектрическую проницаемость, и импеданс увеличится.
Два последствия имеют коммерческое значение:
- Импеданс не меняется с длиной. Отрезки одного и того же RG6 длиной 5 м и 500 м имеют сопротивление около 75 Ом.
- Сопротивление невозможно измерить мультиметром. Для проверки необходим рефлектометр во временной области, сетевой анализатор или тест свипирования при известной нагрузке.
Сопротивление постоянному току — это отдельная характеристика, и она по-прежнему имеет значение. Спутниковый ресивер, повышающий мощность LNB в течение длительного времени, должен преодолевать сопротивление контура, о чем импеданс ничего не говорит.
Характеристическое сопротивление описывает бегущую волну, поэтому оно распространяется вдоль всего кабеля, а не в одной его точке. Кабель согласован только тогда, когда источник, линия и нагрузка имеют одинаковый импеданс.
Почему 50 Ом и 75 Ом стали стандартами
Ни одно из чисел не является произвольным. В коаксиальном кабеле с воздушным диэлектриком затухание минимальное около 77 Ом, а пиковая мощность около 30 Ом. Инженерам по микроволновым технологиям требовались как низкие потери, так и полезная мощность, поэтому сопротивление 50 Ом стало рабочим компромиссом и прочно вошло в военную, а затем и в коммерческую практику. Инженеры вещания заботились о минимальных потерях при длительных передачах видео с низким энергопотреблением, поэтому стандартом видео и кабельного телевидения стало сопротивление 75 Ом, близкое к минимуму затухания.
Пятьдесят Ом — это компромисс между мощностью и потерями; семьдесят пять Ом склоняются к потерям. И то, и другое — инженерный выбор, а не уровень качества.
Как видно из приведенного ниже сравнения, видимые различия заключаются в основном в мощности и семействах разъемов.
| Характеристика | 50 Ом | 75 Ом |
|---|---|---|
| Типичные применения | Беспроводные и радиочастотные линии, антенные фидеры, LTE, испытательное оборудование | CATV, MATV, спутниковое ПЧ, CCTV, групповое видео |
| Общие семейства разъемов | BNC 50 Ом, N, SMA, TNC | F, BNC 75 Ом, видео RCA |
| Мощность | Высшее | Нижний |
| Затухание при сопоставимой геометрии | Немного выше | Чуть ниже |
| Расстояние от минимума потерь около 77 Ом | Далее | Ближе |
| Типичные примеры кабелей | РГ58, РГ174, РГ213, ЛМР400 | РГ6, РГ59, РГ11, С5КФБ |
| Опубликованный допуск импеданса | Часто около 2 Ом | Часто около 3 Ом |
Для распределительных работ с сопротивлением 75 Ом экранирующая конструкция обычно является следующим решением после импеданса. Стандартный экран подходит для коротких абонентских линий, тройной экран добавляет фольгу и оплетку для более шумной среды, а четырехэкранный экран выбирается там, где запасы по входным и обратным потерям ограничены.
Несоответствие в цифрах: обратные потери, КСВ и видимые симптомы
Рефлексия предсказуема. Подключите нагрузку 75 Ом от источника 50 Ом, и коэффициент отражения составит 0,2, что соответствует КСВ примерно от 1,5 до 1, обратные потери около 14 дБ и примерно 4 процента отраженной мощности. Четыре процента звучат безобидно, и при коротком патче это обычно так и есть. На магистральном канале длиной 300 м или в плотном расположении каналов это не так, поскольку отраженная волна приходит поздно, а затем добавляется к прямому сигналу или вычитается из него.
Ошибки импеданса обычно проявляются несколькими узнаваемыми способами:
- Слабые ореолы, звон или второй край в аналоговом видео
- Полосы, искры или периодические пропадания на цифровых каналах кабельного телевидения и IPTV
- Растущий уровень ошибок на головной станции, который не устраняется регулировкой усилителя.
- Сигнал тревоги КСВН на передатчике, который проверяет чистоту на имитаторе нагрузки
- Ссылка, которая проходит один раз и терпит неудачу, когда к цепочке присоединяется другое устройство.
Разъемы на пятьдесят и семьдесят пять Ом одного семейства не являются взаимозаменяемыми, даже если они кажутся сопрягаемыми. BNC на 75 Ом имеет более тонкий центральный контакт, чем BNC на 50 Ом. При использовании неправильной вилки контакт розетки размыкается или соединение остается незакрепленным, что приводит к возникновению механической неисправности поверх электрической.
Согласование импеданса с установкой
Большинство ошибок импеданса происходит в точках переключения, а не внутри кабеля. Сначала установите требование из приложения:
- Спутниковый IF и DTH: 75 Ом от LNB к приемнику, с разъемами F. Питание постоянного тока для LNB передается по одному и тому же центральному проводнику, поэтому сопротивление контура и импеданс указаны в спецификации.
- Распределение CATV, MATV и IPTV: 75 Ом повсюду. RG11 для воздушных линий и длинных соединительных линий, RG6 для типичных абонентских линий, RG59 для коротких участков за оборудованием.
- Видеонаблюдение: 75 Ом на видеопаре, включая сиамские конструкции, которые передают питание постоянного тока параллельно коаксиальному кабелю.
- Беспроводные и радиочастотные каналы: 50 Ом везде. RG58 для коротких перемычек, RG213 или LMR400, где более длинный фидер в противном случае потреблял бы бюджет канала.
Если система действительно должна пересекать разные домены, например, радиоприемник с сопротивлением 50 Ом, управляющий антенной системой с сопротивлением 75 Ом, используйте согласующую площадку или трансформатор, а не адаптер и надейтесь. На этом этапе также стоит определить допуск по сопротивлению, поскольку кабель, который отклоняется на несколько Ом от номинального значения, ведет себя как небольшое несоответствие в каждом соединении на протяжении всей трассы.
Видеонаблюдение и малые системы: где скрываются ошибки 75 Ом
Сложнее всего проводить испытания импеданса при наблюдении, поскольку в одном шкафу используются недорогие адаптеры и камеры разных марок. Комбинированная линия видеонаблюдения имеет сопротивление 75 Ом от выхода камеры через коаксиальный кабель до входа записывающего устройства, а незакрепленный BNC или случайный адаптер на 50 Ом влияет на короткий кабель меньше, чем на длинный.
Сиамские конструкции, такие как KX6 с питанием, RG59 с питанием или RG6 с питанием, размещают видеопару с сопротивлением 75 Ом рядом с парой питания 18 или 20 AWG. Это устраняет отдельную подачу питания, но не меняет правила: заделывайте коаксиальный кабель на 75 Ом на обоих концах, с разъемами BNC или F на 75 Ом и без частей на 50 Ом между ними.
Соблюдайте сквозное сопротивление видеотракта 75 Ом: выход камеры, кабель, разъемы, патч-панель и вход записывающего устройства. Каждый адаптер на 50 Ом, вставленный в эту цепь, добавляет отражение, которое диктофон не может отменить.
Что проверить перед покупкой
Импеданс — это самая простая для проверки линия в таблице данных, и ей чаще всего доверяют. Прежде чем размещать производственный заказ, попросите поставщика предоставить вам шесть позиций:
- Номинальное сопротивление и допуск. Видеокабель с сопротивлением 75 Ом, рассчитанный на плюс или минус 3 Ом, является нормальным; все, что шире плюс-минус 5 Ом, заслуживает вопросов.
- Данные развертки или структурных обратных потерь по всему диапазону, который вы фактически будете использовать, а не по одной частотной точке.
- Скорость распространения, обычно от 0,66 до 0,87 в зависимости от того, является ли диэлектрик твердым или вспененным, что определяет расчет времени и длины.
- Интерфейс разъема. При необходимости подтвердите 75 Ом F или 75 Ом BNC и отклоните смешанное оборудование с сопротивлением 50 Ом для видеосистем.
- Стандарты и доказательства соответствия, например, EN 50117 для кабелей кабельного телевидения или эквиваленты JIS и MIL, а также UL, ETL, CE, CPR, RoHS или REACH, если этого требует проект.
- Консистенция по барабану. Диаметр диэлектрика, определяющий импеданс, должен оставаться стабильным по всей длине, поэтому разумной проверкой является выборочное испытание с обоих концов поставки.
Импеданс ведет себя как цепочка: 50 или 75 Ом в каждом стыке или отражение в каждом стыке. Сопоставьте номер с приложением, используя 75 Ом для видео, кабельного телевидения, спутникового телевидения и видеонаблюдения и 50 Ом для радиочастотных, беспроводных и тестовых работ, затем убедитесь, что все кабели, разъемы, адаптеры и порты оборудования совпадают. Если проблема с сигналом не поддается никакому другому объяснению, измерьте ее с помощью рефлектометра во временной области, прежде чем заменять другую камеру.
