Điện dung trong cáp đồng trục: Thông số hình thành chất lượng tín hiệu
Một cáp đồng trục đơn không chỉ là đồng và xốp. Điện dung được đo giữa dây dẫn bên trong và tấm chắn sẽ kiểm soát băng thông, độ trễ pha, tải bộ khuếch đại và khoảng cách tín hiệu có thể truyền đi trước khi giảm xuống dưới mức chấp nhận được.
Khi bạn mở một biểu dữ liệu dỗ, điện dung trên mét thường nằm dưới mức trở kháng và suy giảm một vài dòng. Nó cũng là con số thường được trích dẫn nhiều nhất trong các cuộc tranh luận về đặc tính kỹ thuật. Quy tắc thông thường—càng thấp càng tốt—đúng với nhiều đường dẫn video và dữ liệu, nhưng đó không phải là sự thật phổ quát. Điện dung tương tác với trở kháng hệ thống, chiều dài cáp và tần số bạn định mang theo. Hiểu được sự tương tác đó và con số điện dung sẽ trở thành một công cụ thiết kế đáng tin cậy hơn là một điểm tiếp thị.
Điện dung cáp đồng trục thực sự đại diện cho điều gì
Theo cấu trúc, cáp đồng trục là một tụ điện. Dây dẫn trung tâm và tấm chắn xung quanh tạo thành hai bề mặt dẫn điện và chất điện môi giữa chúng tích trữ điện tích đồng đều trong suốt quá trình chạy. Việc lưu trữ điện tích phân tán đó được báo cáo là điện dung trên một đơn vị chiều dài, thường tính bằng picofarad trên mét (pF/m) hoặc picofarads trên foot (pF/ft).
Đối với cấu trúc đồng trục lý tưởng, điện dung được biểu thị bằng C = 2πε / ln(b/a), trong đó a là bán kính của dây dẫn bên trong, b là bán kính bên trong của tấm chắn và ε là hằng số điện môi của cách điện. Hình học đặt ra đường cơ sở: dây dẫn ở giữa dày hơn so với tấm chắn sẽ làm giảm điện dung. Chất điện môi có tác dụng mạnh hơn. Chất cách điện bằng polyetylen được tạo bọt vật lý có hằng số điện môi thấp hơn so với polyetylen rắn, đó là lý do tại sao cáp được tạo bọt thường có điện dung thấp hơn so với các phiên bản rắn có cùng kích thước.
Điều này cũng giải thích tại sao hai dây cáp mang cùng tên RG-6 lại có thể báo cáo các giá trị điện dung khác nhau. Quy ước đặt tên xác định một họ cơ và điện rộng, không phải là công thức chính xác của chất điện môi. Một nhà sản xuất kiểm soát mật độ bọt và quá trình ép đùn chặt chẽ mang lại điện dung ổn định từ ống này đến ống khác; một loại không tạo ra cáp có thể kiểm tra ở mức chấp nhận được trên giấy nhưng hoạt động không thể đoán trước được trên khoảng cách.
Tại sao điện dung lại quan trọng trong đường dẫn tín hiệu thực
Tác động thực tế dễ thấy nhất ở video băng cơ sở và tín hiệu số. Điện dung của cáp, kết hợp với trở kháng nguồn và điện trở đầu vào của máy thu, tạo thành bộ lọc thông thấp. Điện dung trên mỗi mét cao hơn sẽ làm giảm tần số cắt, giúp làm tròn các cạnh, làm mềm hình ảnh tương tự và rút ngắn khoảng cách sử dụng tối đa. Trong truyền RF phù hợp, cùng một điện dung tham gia vào việc xác định trở kháng đặc tính; sự biến đổi dọc theo dây cáp tạo ra sự phản xạ.
- Tốc độ băng thông và biên: Điện dung cao hơn tạo ra tần số cắt thấp hơn, giúp làm tròn các cạnh kỹ thuật số và làm mềm video analog. Đối với camera HD-TVI, AHD và CVI, điều này trực tiếp hạn chế chiều dài cáp thực tế.
- Đang tải nguồn: Máy phát, bộ điều biến và trình điều khiển camera phải sạc điện dung của cáp. Khi điện dung cao, giai đoạn lái xe đạt đến giới hạn hiện tại sớm hơn và khoảng cách sử dụng được rút ngắn lại.
- Độ trễ pha: Vận tốc truyền sóng phụ thuộc vào độ tự cảm và điện dung của đường dây. Điện dung cao hơn có nghĩa là tốc độ truyền chậm hơn, điều này làm tăng thêm độ trễ trong thời gian dài và có thể quan trọng trong các ứng dụng định thời phân tán.
- Trở kháng liên tục: Trở kháng đặc trưng là căn bậc hai của L/C. Nếu điện dung thay đổi dọc theo cáp thì trở kháng cũng thay đổi theo, tạo ra phản xạ ở mỗi lần chuyển đổi.
Điện dung thấp hơn thường có lợi trong các ứng dụng dữ liệu tần số cao và video tương tự vì nó bảo tồn nội dung tần số cao. Nhưng nó không phải là một quy tắc để áp dụng một cách mù quáng. Cáp 50 ôm được thiết kế cho bộ cấp sóng RF có điện dung khác với cáp video 75 Ω và sự khác biệt đó là có chủ ý: nó tuân theo hình dạng cần thiết để đạt được trở kháng chính xác. So sánh các giá trị pF/m giữa các cáp có trở kháng khác nhau mà không có ngữ cảnh có thể dẫn đến những lựa chọn sai lầm.
Giá trị điện dung điển hình cho cáp đồng trục thông thường
Để làm cho các con số trở nên thực tế, đây là các giá trị điện dung đại diện cho các dòng cáp được sử dụng trong hệ thống CCTV, CATV và RF. Hãy coi chúng như những phạm vi tham chiếu hơn là những con số chính xác; mỗi nhà sản xuất công bố những con số hơi khác nhau tùy thuộc vào khả năng cách nhiệt và kết cấu.
| Họ cáp | Trở kháng | Điện dung (xấp xỉ) | sử dụng điển hình |
|---|---|---|---|
| RG-58 | 50 ôm | ≈95 pF/m (≈29 pF/ft) | RF kế thừa, thiết bị kiểm tra, chạy bản vá ngắn |
| RG-59 | 75 Ω | ≈53 pF/m (≈16 pF/ft) | CCTV, video analog tổng hợp, đoạn ngắn |
| RG-6 | 75 Ω | ≈53 pF/m (≈16 pF/ft) | CATV, vệ tinh, HD CCTV, băng thông rộng |
| RG-11 | 75 Ω | ≈51 pF/m (≈16 pF/ft) | Đường trục dài, mạng lưới phân phối |
| RG-213 | 50 ôm | ≈97 pF/m (≈30 pF/ft) | Bộ tiếp sóng ăng-ten, RF công suất cao |
Dòng video 75 ohm có tốc độ gần 53 pF/m, nhưng vẫn tồn tại sự khác biệt nhỏ giữa các mẫu do đường kính điện môi và mật độ bọt. Các lớp che chắn—tiêu chuẩn, ba lá chắn hoặc bốn lá chắn—ảnh hưởng đến khả năng miễn nhiễm và rò rỉ chứ không ảnh hưởng đến điện dung ở mức độ tương tự. Trong một thời gian ngắn ở khu dân cư, những khác biệt đó hiếm khi quan trọng. Khi chạy đạt 100 mét trở lên, sự kết hợp giữa điện dung và che chắn trở nên quyết định. Đó là khi hiệu suất điện môi nhất quán lớn hơn con số danh nghĩa trên bàn.
Cáp đồng trục 75 Ohm tiêu chuẩn RG59 Cáp 75 ohm cổ điển này phù hợp với các hoạt động chạy video và bảo mật. Trở kháng ổn định và điện dung vừa phải của nó giúp nó trở nên thiết thực khi đánh giá tính nhất quán điện môi trong khoảng cách xa hơn. Xem sản phẩm → Cách sử dụng điện dung trong quá trình lựa chọn cáp
Trình tự thực tế để so sánh cáp đồng trục là cố định trở kháng hệ thống trước, sau đó đánh giá điện dung, sau đó là độ suy giảm, rồi đến lớp chắn. Nếu trở kháng sai thì điện dung không thể sửa được. Nếu dòng sản phẩm có điện dung cao bất thường, tín hiệu sẽ bị mất nhiều hơn theo khoảng cách và nhu cầu về mạch truyền động sẽ cao hơn.
- Xác định khoảng cách: Ở độ sâu dưới 50 mét, hầu hết các biến thể RG-59 và RG-6 đều hoạt động. Trên 100 mét, điện dung thấp và độ suy giảm thấp sẽ đứng đầu danh sách.
- Biết định dạng tín hiệu: Video tổng hợp tương tự được tha thứ. Các định dạng HD-over-coax yêu cầu nhiều băng thông hơn và được hưởng lợi từ cáp có điện dung thấp ổn định.
- Kiểm tra loại cách điện: Mật độ bọt và chất điện môi nhất quán duy trì điện dung thấp và trở kháng ổn định. Chất cách nhiệt tái chế hoặc nghiền lại được kiểm soát kém có thể trôi đi.
- Kiểm tra hồ sơ chất lượng: Một số nhà cung cấp cung cấp các giá trị được thử nghiệm thực tế. So sánh dung sai điện dung, độ suy giảm và trở kháng thay vì dựa vào một bảng dữ liệu duy nhất.
Đối với hầu hết phân phối video và băng thông rộng, tấm chắn tiêu chuẩn hoặc tấm chắn ba lá chắn RG-6 cân bằng điện dung thấp, đường kính có thể quản lý và hiệu suất đã được chứng minh. của chúng tôi hướng dẫn sử dụng cáp đồng trục RG6 75 ohm giải thích vị trí của nó trong hệ thống và khi nào thì dòng cáp khác tốt hơn.
RG-6 điện dung thấp với khả năng che chắn tốt thường là lựa chọn an toàn nhất để camera quan sát hoạt động lâu hơn, đặc biệt là với camera HD-TVI hoặc AHD. Nó giữ cho tín hiệu video sạch hơn và để lại nhiều biên độ hơn cho tình trạng suy hao đầu nối.
Không chọn cáp chỉ dựa vào đường kính ngoài hoặc giá cả. Chất điện môi giá rẻ có thể cho thấy sự lệch điện dung theo nhiệt độ và độ uốn, biến hệ thống lắp đặt có thể chấp nhận được thành hệ thống có lỗi tín hiệu hoặc bóng mờ không giải thích được.
Cáp đồng trục RG6 Tri-Shield 75 Ohm Cáp 75 ohm có ba lớp bảo vệ với chất điện môi xốp. Điện dung và vật liệu che chắn của nó giúp kiểm tra chất lượng hàng loạt, giúp tránh lỗi tín hiệu khi lắp đặt lâu hơn. Xem sản phẩm → Thực hành cài đặt và kiểm tra chấp nhận
Điện dung cũng là một tiêu chí chấp nhận. Nếu số đo của lô cao hơn đáng kể so với giá trị của bảng dữ liệu thì chất điện môi có thể không nhất quán hoặc hình dạng có thể đã bị dịch chuyển. Máy đo LCR cơ bản ở tần số 1 kHz hoặc máy phân tích cáp sẽ hiển thị sự thay đổi theo từng đợt trước khi bạn lắp đặt hàng trăm mét.
Điện dung của bảng dữ liệu thường được đo ở tần số 1 kHz hoặc 10 kHz. Giá trị này là một chỉ báo nhất quán hữu ích nhưng nó không thể thay thế cho việc kiểm tra tổn hao chèn ở tần số hoạt động.
"Số điện dung trên bảng dữ liệu là dấu hiệu cho thấy chất điện môi được chế tạo cẩn thận như thế nào. Khi nó lệch đi, độ suy giảm và trở kháng cũng trôi theo nó."
Trong quá trình cài đặt, hãy coi điện dung là thứ bạn có thể làm hỏng. Những chỗ uốn cong làm thay đổi cục bộ khoảng cách giữa các dây dẫn, làm tăng điện dung và tạo ra sự gián đoạn trở kháng. Lực căng kéo làm giãn chất điện môi và làm thay đổi kích thước; tuân theo bán kính uốn cong tối thiểu của nhà sản xuất và lực căng kéo tối đa. Sử dụng các đầu nối bảo toàn hình dạng điện môi và kết thúc cẩn thận.
Các chi tiết lắp đặt này quan trọng hơn khi chạy ngang dài hơn là trên dây vá ngắn. Nếu mất tín hiệu là mối quan tâm chính của bạn, việc xem xét các kỹ thuật cài đặt được đề xuất để giảm thiểu mất tín hiệu trước khi kéo cáp sẽ rất tốn thời gian.
Không trộn lẫn các họ cáp có giá trị điện dung khác nhau trên cùng một liên kết. Ngay cả khi các đầu nối khớp nhau, việc chuyển đổi từ cáp 53 pF/m sang cáp có điện dung cao hơn sẽ tạo ra trở kháng cục bộ không khớp và tín hiệu phản xạ. Giữ mỗi lần chạy đồng đều về điện.
Đối với các đoạn đường trục hoặc đường trục dài, thiết kế 75 ohm dày hơn như RG-11 giúp giảm suy hao và giữ điện dung ở mức thấp trong khoảng cách mà RG-6 ở mức cận biên.
Cáp đồng trục 75 Ohm tiêu chuẩn RG11 Cáp 75 ohm dày hơn mang lại độ suy giảm thấp hơn trong thời gian dài. Lý tưởng cho các đoạn đường trục hoặc đường trục trong đó RG-6 sẽ ở mức cận biên và độ ổn định điện dung là rất quan trọng. Xem sản phẩm → Một cái nhìn cân bằng về điện dung cáp đồng trục
Điện dung của cáp đồng trục không phải là một khiếm khuyết, cũng không phải là điểm hiệu suất độc lập. Nó phản ánh hình dạng và chất lượng điện môi của cáp và chỉ trở nên có hại khi không khớp với ứng dụng. Đối với các hệ thống video và băng thông rộng, điện dung thấp ổn định là dấu hiệu của quá trình sản xuất được kiểm soát tốt. Đối với các hệ thống RF có trở kháng cố ý là 50 ohm, phạm vi điện dung khác là bình thường. Cách tiếp cận đúng đắn là làm cho điện dung trở thành một trong nhiều thông số kỹ thuật phải hoạt động cùng nhau.
Khi so sánh các nhà cung cấp, hãy hỏi cách kiểm soát điện dung trong sản xuất chứ không chỉ con số được in trong tài liệu quảng cáo. Mật độ bọt điện môi nhất quán, vật liệu được chứng nhận và dữ liệu thử nghiệm được ghi lại là lý do khiến hai sợi cáp trông giống hệt nhau có thể hoạt động rất khác nhau trên thực tế.
