Koaksiaali

Koaksiaalikaapeli on radioamatöörin tärkein laitteiden välisten kytkentöjen tarvikeaine.

Radioamatööri käyttää enimmäkseen impedanssiltaan 50 Ohmista kaapelia kytkennöissään, kun se on vakiintunut laitteiden liityntäimpedanssiksi.

Videokäytössä näkee paljon 75 Ohmisia kaapeleita, samoin kaapeli-tv jakeluverkoissa ja tv-antenniverkoissa.

Muutamia tavallisia kaapeleita:

• RG58 = noin 5 mm paksu notkea polyeteenitäytteinen kaapeli
• RG8 = noin 10-12 mm paksu notkea polyeteenitäytteinen kaapeli
  • RG10, RG-213: lähisukulaisia
  • Oivallisia kaapeleita HF alueen antennilinjoiksi
• RG-214: Kaksi päällekkäistä hopeoitua punosta, muutoin kuin RG-213
  • Käytetään tilanteissa joissa tarvitaan lyhyehköjä taipuisia vetoja esim. antennimastojen kääntömekanismeihin
  • Käytetään myös tilanteissa joissa tarvitsee pienentää kaapelin läpikuuluvuutta (esim. toistimimen radion ja duplekserin välillä)
• AirCom ...
• AirCell ...
• EcoCell ...
• zzz: semi-rigid; mikroaalloille sopivaa melkoisen jäykkää kaapelia jolla on pienet häviöt, tarkoitettu laitteiden sisäisiin kytkentöihin
• RF-1/2": "hardline", eli umpimetallinen vaippa ja umpinainen sisäjohdin.
  • Eristeaineena vaahdotettua polyeteeniä jonka $\epsilon _{r}\,$ on lähellä ykköstä.
  • Oivallista kaapelia antennien syöttölinjoiksi VHF:llä ja vielä 432 MHz UHF:llä.
• RF-7/8": "hardline", paksumpaa kaapelia jossa myös umpinainen vaippa, mutta keskijohdin on ontto putki.
  • Eristeaineena vaahdotettua polyeteeniä jonka $\epsilon _{r}\,$ on lähellä ykköstä.
  • Oivallista kaapelia antennien syöttölinjoiksi kaikkialla UHF:llä.

Taustoja

Koaksiaalikaapeli (engl: coaxial cable -- "samankeskinen kaapeli") muodostuu sisäkkäisistä johtimista ja niiden välisestä eristeestä.

Systeemissä merkitsee eristeaineen lisäksi ulomman sisäpinta ja sisemmän ulkopinta:

Kaapelin impedanssi:

$Z_{0}={\frac {138}{\sqrt {\epsilon _{r}}}}*\log _{10}\left({\frac {D}{d}}\right)$

Missä:

• d = sisäjohtimen ulkoläpimitta
• D = ulkojohtimen sisäläpimitta
• $\epsilon _{r}\,$ = välitäytteen dielectrinen vakio (= 1 ilmalle)

Kaapelin kapasitanssi:

$C={\frac {24.127\,\epsilon _{r}}{\log _{10}\left({\frac {D}{d}}\right)}}{\,\,\,{\rm {[pF/m]}}}$

Kaapelin induktanssi:

$L=0.4606\,\log _{10}\left({\frac {D}{d}}\right){\,\,\,{\rm {[nH/m]}}}$

Kaapelin ylärajataajuus (cutoff frequency):

$f_{c}={\frac {300}{0.5\,\pi (D+d){\sqrt {\epsilon _{r}}}}}{\,\,\,\,{\rm {[GHz]}}}$

Tässä D ja d ovat millimetreinä!   Ylärajataajuuden yläpuolella kaapelissa alkaa kulkea muitakin etenemismuotoja, kuin haluttu TEM, jota saattavat pienistäkin kaapelin epälineaarisuuksista - vaikkapa taivutuksista - herätä ja interferoida varsinaisen halutun signaalin kanssa.

Signaalin nopeus kaapelissa on:

$v={\frac {c}{\sqrt {\epsilon _{r}}}}$

Tämä on tarpeellista ottaa huomioon, kun tehdään esim. neljännesaallonpituuden mittaisia kaapeleita esim. antennien vaiheistuksiin.

Yleensä kaapelien ominaisuuksien kuvaussivuilla on annettu tämä $v/c$ valmiina nopeuskertoimena, jolloin käyttäjän ei itse tarvitse tehdä tuota laskutoimitusta, vaan voi muuttaa tarvittavaa mittaa kertomalla tyhjössä vallitsevan aallonpituuden nopeuskertoimella saaden kaapelissa vallitsevan aallonpituuden.

Siis ilmalla/tyhjöllä eristetyssä kaapelissa nopeus on valonnopeus, kaikissa muissa aineissa $\epsilon _{r}\,$ tapaa olla ykköstä havaittavasti suurempi jolloin signaalin etenemisnopeus vastaavasti pienenee.

Muuta luettavaa

• Kaapelihäviöt Impedanssi
• http://www.epanorama.net/documents/wiring/cable_impedance.html
• http://www.microwaves101.com/encyclopedia/coax.cfm