Koaksialkabelimpedans: hvorfor 50 ohm og 75 ohm systemer sjelden tilgir en mismatch

Koaksialkabelteknikk

Koaksialkabelimpedans: hvorfor 50 ohm og 75 ohm sjelden tilgir en mismatch

Karakteristisk impedans kommer fra geometri og dielektrisk, ikke fra pris. Her er hvordan 50 og 75 ohm systemer oppfører seg, hva en mismatch faktisk koster, og hvilke tall som hører hjemme i en kjøpsspesifikasjon.

En CCTV-installatør avslutter et 75 ohm RG6-fall med en 50 ohm BNC-adapter fordi deleskuffen sitter nærmere enn lagerrommet. Bildet er rent på dag én. Tre uker senere rapporterer klienten svake horisontale striper, og kameraet får skylden først, opptakeren som nummer to, og kabelen sist.

Kortversjonen, før detaljen: hvert element i kjeden må bli enige om impedans, inkludert kabelen, kontakten og utstyrsporten. Når de ikke gjør det, reflekteres en del av signalet tilbake nedover linjen i stedet for å nå mottakeren, og disse refleksjonene blir mer skadelige ettersom frekvensen stiger og løpene blir lengre.

Det som følger dekker hva karakteristisk impedans egentlig er, hvorfor industrien slo seg på 50 og 75 ohm, hvordan en mismatch dukker opp på testutstyr og på en skjerm, og hva du skal skrive inn i en spesifikasjon slik at problemet aldri når nettstedet.

Hva koaksialkabelimpedansen faktisk måler

Karakteristisk impedans er ikke motstand. Det er forholdet mellom spenning og strøm for en bølge som beveger seg langs linjen, og den eksisterer selv når ingenting er koblet til ytterst. I den fysiske konstruksjonen av en koaksialkabel det er satt av tre ting: diameteren til senterlederen (d), den indre diameteren til skjoldet eller til dielektrikumet som fyller rommet (D), og den dielektriske konstanten til det materialet.

For en koaksial linje er den klassiske arbeidsformelen Z0 = 138 delt på kvadratroten av dielektrisitetskonstanten, multiplisert med basis ti-logaritmen til D delt på d. Flytt lederen og skjermen lenger fra hverandre, eller senk dielektrisitetskonstanten, og impedansen stiger.

To konsekvenser er kommersielt viktige:

• Impedance does not change with length. Et 5 m og et 500 m stykke av samme RG6 sitter begge på ca 75 ohm.
• Impedans kan ikke leses med et multimeter. For å bekrefte at den trenger et tidsdomenereflektometer, en nettverksanalysator eller en sveipetest mot en kjent belastning.

DC motstand er en egen spesifikasjon, og den har fortsatt betydning. En satellittmottaker som skyver LNB-strøm opp i lang tid må overvinne sløyfemotstanden, noe impedansen ikke sier noe om.

Hvorfor 50 ohm og 75 ohm ble standardene

Ingen av tallene er vilkårlige. I luftdielektrisk koaksering er dempningen lavest nær 77 ohm, mens effekthåndteringen topper nær 30 ohm. Mikrobølgeingeniører trengte både lavt tap og brukbar kraft, så 50 ohm ble arbeidskompromisset og herdet til militær og senere kommersiell praksis. Kringkastingsingeniører brydde seg om lavt tap på lange videokjøringer med lav effekt, så 75 ohm, som ligger nærmere dempningsminimum, ble standarden for video og kabel-TV.

Femti ohm er et kompromiss mellom kraft og tap; seventy-five ohms leans toward loss. Begge er ingeniørvalg, ikke kvalitetskarakterer.

De synlige forskjellene ligger hovedsakelig i strømhåndtering og koblingsfamilier, som sammenligningen nedenfor viser.

For 75 ohm distribusjonsarbeid er skjermingsstrukturen vanligvis neste beslutning etter impedans. Standard skjold passer til korte abonnentkjøringer, tri-shield legger til en folie pluss flette for mer støyende miljøer, og quad-shield velges der inn- og returmarginene er små.

Mismatch i tall: Returtap, VSWR og synlige symptomer

Reflection is predictable. Mat en 75 ohm belastning fra en 50 ohm kilde og refleksjonskoeffisienten er 0,2, som er en VSWR på omtrent 1,5 til 1, et returtap nær 14 dB, og omtrent 4 prosent av den innfallende effekten reflektert. Fire prosent høres ufarlig ut, og på en kort lappeledning er det vanligvis det. På en 300 m trunk, eller i en tett kanaloppstilling, er det ikke det, fordi den reflekterte bølgen kommer sent og deretter legger til eller trekker fra det direkte signalet.

Impedansfeil har en tendens til å kunngjøre seg selv på noen få gjenkjennelige måter:

• Svake spøkelser, ringing eller en ny kant på analog video
• Banding, gnist eller periodisk frafall på digitale CATV- og IPTV-kanaler
• En stigende feilrate ved hodeenden som ingen forsterkerjustering fikser
• En VSWR-alarm på en sender som tester rent inn i en dummy-last
• En kobling som passerer én gang og svikter når en annen enhet blir med i kjeden

Matching Impedance to the Installation

De fleste impedansfeil skjer ved overleveringspunkter i stedet for inne i kabelen. Set the requirement from the application first:

1. Satellitt IF og DTH: 75 ohm from LNB to receiver, with F connectors. Likestrøm for LNB går på samme senterleder, så sløyfemotstand og impedans hører begge hjemme i spesifikasjonen.
2. CATV, MATV and IPTV distribution: 75 ohm hele veien. RG11 for luftslipp og lange trunker, RG6 for typiske abonnentkjøringer, RG59 for korte lapper bak utstyr.
3. CCTV: 75 ohm over videoparet, inkludert siamesiske konstruksjoner som fører likestrøm ved siden av koaksialen.
4. Trådløse og RF-koblinger: 50 ohm hele veien. RG58 for korte jumpere, RG213 eller LMR400 der en lengre materkjøring ellers ville tære på linkbudsjettet.

Der et system virkelig må krysse mellom domener, for eksempel en 50 ohm radio som driver et 75 ohm antennesystem, bruk en matchende pute eller transformator i stedet for en adapter og håp. Impedanstoleranse er også verdt å sette fast på dette stadiet, fordi en kabel som driver flere ohm fra nominell, oppfører seg som en liten mismatch ved hvert ledd langs kjøringen.

CCTV and Small Systems: Where 75 Ohm Errors Hide

Overvåkingsarbeid tester impedansdisiplinen hardest, fordi lavprisadaptere og blandede kameramerker møtes i samme kabinett. En kompositt CCTV-kjøring er 75 ohm fra kamerautgang, gjennom koaksialen, til opptakerens inngang, og en løs BNC eller en 50 ohm adapter påvirker en kort kabel som er mindre enn en lang.

Siamesiske konstruksjoner som KX6 med strøm, RG59 med strøm eller RG6 med strøm plasserer et 75 ohm videopar ved siden av et 18 eller 20 AWG strømpar. Det fjerner en separat strømkjøring, men det endrer ikke regelen: avslutt koaksialet som 75 ohm i begge ender, med 75 ohm BNC- eller F-kontakter og ingen 50 ohm-deler i mellom.

What to Check Before You Buy

Impedans er den enkleste linjen på et dataark å verifisere og den som oftest tas på tillit. Be en leverandør om seks varer før du legger inn en produksjonsordre:

1. Nominal impedance and tolerance. En 75 ohm videokabel oppgitt til pluss eller minus 3 ohm er normalt; alt som er bredere enn pluss eller minus 5 ohm fortjener spørsmål.
2. Sweep or structural return loss data over båndet du faktisk skal bruke, ikke et eneste frekvenspunkt.
3. Forplantningshastighet, typisk 0,66 til 0,87 avhengig av om dielektrikumet er solid eller skummet, noe som driver timing og lengdeberegninger.
4. Koblingsgrensesnitt. Bekreft 75 ohm F eller 75 ohm BNC etter behov, og avvis blandet 50 ohm maskinvare for videosystemer.
5. Standards and compliance evidence, slik som EN 50117 for CATV-kabler eller JIS- og MIL-ekvivalenter, pluss UL, ETL, CE, CPR, RoHS eller REACH der prosjektet krever det.
6. Consistency along the drum. Den dielektriske diameteren som setter impedansen må holde seg stabil over hele lengden, så en prøvetest fra begge ender av en levering er en rimelig sjekk.

Impedansen oppfører seg som en kjede: 50 eller 75 ohm ved hvert ledd, eller en refleksjon ved hvert ledd. Match nummeret til applikasjonen, bruk 75 ohm for video, CATV, satellitt og CCTV, og 50 ohm for RF, trådløst og testarbeid, og sørg for at kabler, kontakter, adaptere og utstyrsporter stemmer overens. Når et signalproblem overlever annenhver forklaring, mål med et tidsdomenereflektometer før du bytter ut et annet kamera.