Kỹ thuật cáp đồng trục
Trở kháng cáp đồng trục: Tại sao 50 Ohm và 75 Ohm hiếm khi xảy ra sự không phù hợp
Trở kháng đặc trưng đến từ hình học và chất điện môi, không phải từ giá cả. Đây là cách hoạt động của hệ thống 50 và 75 Ω, chi phí thực sự không khớp và những con số nào thuộc về thông số mua hàng.
Người lắp đặt camera quan sát chấm dứt tình trạng sụt giảm RG6 75 ohm bằng bộ chuyển đổi BNC 50 ôm vì ngăn kéo các bộ phận nằm gần hơn kho chứa hàng. Hình ảnh sạch sẽ vào ngày đầu tiên. Ba tuần sau, khách hàng báo cáo có dải ngang mờ và máy ảnh bị lỗi đầu tiên, đầu ghi thứ hai và cáp cuối cùng.
Phiên bản ngắn, trước chi tiết: mọi phần tử trong chuỗi phải thống nhất về trở kháng, bao gồm cáp, đầu nối và cổng thiết bị. Khi không làm như vậy, một phần tín hiệu sẽ phản xạ ngược trở lại đường truyền thay vì đến được máy thu và những phản xạ đó sẽ ngày càng có hại hơn khi tần số tăng lên và thời gian chạy lâu hơn.
Phần tiếp theo đề cập đến trở kháng đặc tính thực sự là gì, lý do ngành công nghiệp quyết định ở mức 50 và 75 ohm, sự không khớp xuất hiện như thế nào trên thiết bị thử nghiệm và trên màn hình cũng như những gì cần ghi vào thông số kỹ thuật để vấn đề không bao giờ đến được hiện trường.
Trở kháng cáp đồng trục thực sự đo được gì
Trở kháng đặc trưng không phải là điện trở. Đó là tỷ số giữa điện áp và dòng điện đối với sóng truyền dọc theo đường dây và nó tồn tại ngay cả khi không có gì được kết nối ở đầu xa. trong cấu trúc vật lý của cáp đồng trục nó được xác định bởi ba yếu tố: đường kính của dây dẫn trung tâm (d), đường kính trong của tấm chắn hoặc của chất điện môi lấp đầy không gian (D) và hằng số điện môi của vật liệu đó.
Đối với đường dây đồng trục, công thức làm việc cổ điển là Z0 = 138 chia cho căn bậc hai của hằng số điện môi, nhân với logarit cơ số 10 của D chia cho d. Di chuyển dây dẫn và tấm chắn ra xa nhau hơn hoặc giảm hằng số điện môi và trở kháng sẽ tăng.
Hai hậu quả quan trọng về mặt thương mại:
- Điện trở không thay đổi theo chiều dài. Cả một đoạn dài 5 m và 500 m của cùng một RG6 đều có điện trở khoảng 75 ohm.
- Trở kháng không thể được đọc bằng đồng hồ vạn năng. Việc xác minh nó cần có máy đo phản xạ miền thời gian, máy phân tích mạng hoặc kiểm tra quét đối với tải đã biết.
Điện trở DC là một thông số kỹ thuật riêng biệt và nó vẫn quan trọng. Một máy thu vệ tinh đẩy nguồn LNB lên trong thời gian dài phải vượt qua lực cản vòng lặp, trở kháng không nói lên điều gì.
Trở kháng đặc trưng mô tả sóng lan truyền, do đó nó tác dụng dọc theo toàn bộ cáp chứ không phải tại một điểm trên đó. Cáp chỉ được kết hợp khi nguồn, đường dây và tải đều có chung trở kháng.
Tại sao 50 Ohm và 75 Ohm trở thành tiêu chuẩn
Không có con số nào là tùy ý. Trong dỗ điện môi không khí, độ suy giảm thấp nhất là gần 77 ohm, trong khi công suất xử lý đạt đỉnh gần 30 ohm. Các kỹ sư vi sóng cần cả mức tổn thất thấp và công suất sử dụng được, vì vậy 50 ohm đã trở thành sự thỏa hiệp trong công việc và được áp dụng rộng rãi trong quân đội cũng như thương mại sau này. Các kỹ sư phát thanh truyền hình quan tâm đến mức suy hao thấp khi chạy video dài, công suất thấp, vì vậy 75 ohm, gần mức suy giảm tối thiểu, đã trở thành tiêu chuẩn video và truyền hình cáp.
Năm mươi ohm là sự dung hòa giữa sức mạnh và sự mất mát; bảy mươi lăm ohms nghiêng về sự mất mát. Cả hai đều là lựa chọn kỹ thuật, không phải cấp độ chất lượng.
Sự khác biệt có thể nhìn thấy chủ yếu nằm ở bộ xử lý nguồn và họ đầu nối, như phần so sánh dưới đây nêu ra.
| đặc trưng | 50 ohm | 75 ohm |
|---|---|---|
| Ứng dụng điển hình | Liên kết không dây và RF, bộ tiếp sóng ăng-ten, LTE, thiết bị kiểm tra | CATV, MATV, IF vệ tinh, CCTV, video băng tần cơ sở |
| Họ kết nối phổ biến | BNC 50 ohm, N, SMA, TNC | F, BNC 75 ohm, video RCA |
| Xử lý điện năng | Cao hơn | Hạ xuống |
| Sự suy giảm ở hình học so sánh | Cao hơn một chút | Thấp hơn một chút |
| Khoảng cách từ mức tổn thất tối thiểu gần 77 ohm | Hơn nữa | Gần hơn |
| Ví dụ cáp điển hình | RG58, RG174, RG213, LMR400 | RG6, RG59, RG11, S5CFB |
| Dung sai trở kháng được công bố | Thường khoảng 2 ohm | Thường khoảng 3 ohm |
Đối với công việc phân phối 75 ohm, cấu trúc che chắn thường là quyết định tiếp theo sau trở kháng. Lá chắn tiêu chuẩn phù hợp với thời gian thuê bao ngắn, lá chắn ba bổ sung thêm lá chắn cộng với dây bện cho môi trường ồn ào hơn và lá chắn bốn được chọn khi biên độ suy hao đầu vào và phản hồi chặt chẽ.
Không khớp về số lượng: Mất trả về, VSWR và các triệu chứng có thể nhìn thấy
Sự phản ánh có thể dự đoán được. Cung cấp tải 75 ohm từ nguồn 50 ohm và hệ số phản xạ là 0,2, tức là VSWR khoảng 1,5 đến 1, suy hao phản hồi gần 14 dB và khoảng 4% công suất phản xạ tới. Bốn phần trăm nghe có vẻ vô hại, và trên một đoạn dây dẫn ngắn thì thường là như vậy. Trên đường trục 300 m hoặc trong một dòng kênh dày đặc thì không phải vậy, vì sóng phản xạ đến muộn và sau đó cộng hoặc trừ tín hiệu trực tiếp.
Lỗi trở kháng có xu hướng tự biểu hiện theo một số cách dễ nhận biết:
- Bóng ma mờ, tiếng chuông hoặc cạnh thứ hai trên video analog
- Bỏ dải, lấp lánh hoặc gián đoạn trên các kênh CATV và IPTV kỹ thuật số
- Tỷ lệ lỗi tăng cao ở phần đầu mà không có bộ điều chỉnh bộ khuếch đại nào có thể khắc phục được
- Cảnh báo VSWR tại máy phát kiểm tra mức độ sạch của tải giả
- Liên kết vượt qua một lần và thất bại khi một thiết bị khác tham gia chuỗi
Đầu nối 50 và 75 ohm cùng loại không thể thay thế cho nhau, ngay cả khi chúng có vẻ giống nhau. BNC 75 ohm có chân giữa mỏng hơn BNC 50 ohm. Việc buộc sai phích cắm sẽ làm lan rộng phần tiếp xúc của ổ cắm hoặc làm lỏng khớp nối, khiến lỗi cơ học chồng lên lỗi điện.
Trở kháng phù hợp với cài đặt
Hầu hết các lỗi trở kháng xảy ra tại các điểm chuyển giao chứ không phải bên trong cáp. Đặt yêu cầu từ ứng dụng trước:
- Vệ tinh IF và DTH: 75 ohm từ LNB đến bộ thu, với đầu nối F. Nguồn DC cho LNB truyền trên cùng một dây dẫn ở giữa, do đó cả điện trở và trở kháng của vòng lặp đều thuộc thông số kỹ thuật.
- Phân phối CATV, MATV và IPTV: 75 ohm trong suốt. RG11 dành cho đường dây thả trên không và đường trục dài, RG6 dành cho các hoạt động thuê bao thông thường, RG59 dành cho các bản vá ngắn phía sau thiết bị.
- CCTV: 75 ohm trên cặp video, bao gồm cả các cấu trúc Xiêm mang nguồn DC dọc theo cáp đồng trục.
- Liên kết không dây và RF: 50 ohm trong suốt. RG58 dành cho các cầu nối ngắn, RG213 hoặc LMR400 trong đó đường dây trung chuyển dài hơn sẽ tiêu tốn ngân sách liên kết.
Trong trường hợp một hệ thống thực sự phải chuyển đổi giữa các miền, chẳng hạn như đài 50 ohm điều khiển hệ thống ăng-ten 75 ohm, hãy sử dụng một miếng đệm hoặc máy biến áp phù hợp thay vì bộ chuyển đổi và hy vọng. Dung sai trở kháng cũng đáng được xác định ở giai đoạn này, bởi vì cáp lệch vài ohm so với danh nghĩa sẽ hoạt động giống như một sự không khớp nhỏ ở mỗi khớp trong suốt đường chạy.
Camera quan sát và các hệ thống nhỏ: Nơi ẩn chứa lỗi 75 Ohm
Công việc giám sát kiểm tra kỷ luật trở kháng khó khăn nhất, bởi vì các bộ điều hợp giá rẻ và các nhãn hiệu camera hỗn hợp đều gặp nhau trong cùng một tủ. Một camera quan sát tổng hợp chạy là 75 ohm từ đầu ra camera, qua cáp đồng trục, đến đầu vào máy ghi và BNC lỏng hoặc bộ chuyển đổi 50 ohm đi lạc sẽ ảnh hưởng đến cáp ngắn hơn cáp dài.
Các công trình xây dựng của Xiêm như KX6 có nguồn, RG59 có nguồn hoặc RG6 có nguồn đặt một cặp video 75 ohm bên cạnh cặp nguồn 18 hoặc 20 AWG. Điều đó loại bỏ một nguồn điện riêng biệt, nhưng nó không thay đổi quy tắc: chấm dứt quá trình dỗ ở mức 75 ohm ở cả hai đầu, với đầu nối BNC hoặc F 75 ohm và không có bộ phận 50 ohm ở giữa.
Giữ đường dẫn video 75 ohm từ đầu đến cuối: đầu ra camera, cáp, đầu nối, bảng vá lỗi và đầu vào đầu ghi. Mỗi bộ chuyển đổi 50 ohm được lắp vào chuỗi đó sẽ tạo thêm một phản xạ mà máy ghi âm không thể hoàn tác.
Những điều cần kiểm tra trước khi mua
Trở kháng là dòng dễ xác minh nhất trên biểu dữ liệu và là dòng thường được tin cậy nhất. Hãy hỏi nhà cung cấp sáu mặt hàng trước khi đặt hàng sản xuất:
- Trở kháng danh nghĩa và dung sai. Cáp video 75 ohm được báo giá ở mức cộng hoặc trừ 3 ohm là bình thường; bất cứ điều gì rộng hơn cộng hoặc trừ 5 ohm đều đáng bị đặt câu hỏi.
- Dữ liệu tổn thất lợi nhuận quét hoặc cấu trúc trên băng tần bạn sẽ thực sự sử dụng, không phải một điểm tần số duy nhất.
- Vận tốc lan truyền, thường là 0,66 đến 0,87 tùy thuộc vào chất điện môi là rắn hay xốp, điều này thúc đẩy việc tính toán thời gian và độ dài.
- Giao diện kết nối. Xác nhận BNC 75 ohm F hoặc 75 ohm theo yêu cầu và từ chối phần cứng 50 ohm hỗn hợp cho hệ thống video.
- Tiêu chuẩn và bằng chứng tuân thủ, chẳng hạn như EN 50117 cho cáp CATV hoặc tiêu chuẩn tương đương JIS và MIL, cùng với UL, ETL, CE, CPR, RoHS hoặc REACH khi dự án yêu cầu.
- Tính nhất quán dọc theo trống. Đường kính điện môi đặt ra trở kháng phải ổn định trong toàn bộ chiều dài, do đó, việc kiểm tra mẫu từ cả hai đầu của dây dẫn là một cách kiểm tra hợp lý.
Trở kháng hoạt động giống như một chuỗi: 50 hoặc 75 ohm ở mỗi khớp hoặc phản xạ ở mỗi khớp. Khớp số với ứng dụng, sử dụng 75 ohm cho video, CATV, vệ tinh và camera quan sát và 50 ohm cho RF, mạng không dây và công việc kiểm tra, sau đó đảm bảo cáp, đầu nối, bộ chuyển đổi và cổng thiết bị đều đồng ý. Khi vấn đề về tín hiệu vẫn còn tồn tại theo mọi giải thích khác, hãy đo bằng máy đo phản xạ miền thời gian trước khi thay thế một máy ảnh khác.
