Belangrijkste soorten coaxkabel: een complete technische gids

Coaxiale kabelconstructie begrijpen

Voordat we de verschillende soorten coaxkabel onderzoeken, is het essentieel om het gedeelde structurele principe te begrijpen dat alle coaxiale ontwerpen definieert. Elke coaxkabel bestaat – ongeacht de toepassing of het constructiemateriaal – uit vier concentrische lagen die rond een gemeenschappelijke centrale as zijn gerangschikt. Het binnenste element is de middengeleider, die het signaal draagt. Eromheen bevindt zich een diëlektrische isolator die een nauwkeurige fysieke afstand tussen de centrale geleider en de buitenste geleider handhaaft. De buitenste geleider – ook wel de afscherming genoemd – omringt het diëlektricum en dient zowel als retourpad voor het signaal als als een elektromagnetische barrière die signaallekkage en externe interferentie verhindert om de transmissie te verstoren. De buitenste laag is een beschermende jas die de kabel beschermt tegen mechanische schade, vocht en aantasting door het milieu.

De geometrie van deze lagen is niet willekeurig: deze bepaalt de karakteristieke impedantie van de kabel, wat de verhouding is tussen de spanning en de stroom in de zich voortplantende golf, en moet in het hele transmissiesysteem op elkaar worden afgestemd om signaalreflecties en vermogensverlies te voorkomen. De twee standaardimpedantiewaarden die op grote schaal worden gebruikt, zijn 50 ohm, wat de voorkeur heeft voor RF-transmissie, omroep en telecommunicatie-infrastructuur waar vermogensverwerking en signaalintegriteit van het grootste belang zijn, en 75 ohm, wat standaard is voor videodistributie, kabeltelevisie en consumentenomroeptoepassingen waar minimale signaalverzwakking bij videofrequenties de prioriteit heeft. Wat aanzienlijk varieert tussen coaxkabeltypen is de constructie van elke laag – met name de buitenste geleider – en deze variatie definieert de mechanische eigenschappen, flexibiliteit, belastbaarheid en installatievereisten van de kabel.

Coaxiale kabel van massief koperen buis

Coaxkabel met massieve koperen buis gebruikt een naadloze of gelaste gladde koperen buis als buitengeleider. Deze constructie biedt een uitstekende, continue elektromagnetische afscherming zonder gaten of openingen waardoor signaalenergie kan lekken of externe interferentie kan binnendringen. De massieve buitengeleider van de buis zorgt ook voor een aanzienlijke mechanische stijfheid, waardoor dit kabeltype bestand is tegen pletten, knikken en vervorming onder drukbelastingen. Het gladde binnenoppervlak van de buitengeleider minimaliseert skin-effectverliezen bij hoge frequenties, wat bijdraagt aan een lage signaalverzwakking per lengte-eenheid.

De belangrijkste beperking van de constructie van massieve koperen buizen is het volledige gebrek aan flexibiliteit. Eenmaal tijdens de installatie tot een straal gebogen, behoudt de kabel die vorm permanent en kan niet opnieuw worden gebogen zonder het risico te lopen dat de buitengeleider vervormt of de diëlektrische afstand wordt verstoord. Dit maakt coaxkabel met massieve buizen alleen geschikt voor permanent vaste kabellengtes met grote buigradii - doorgaans een minimale buigradius van 10 tot 20 maal de buitendiameter van de kabel. Het wordt voornamelijk gebruikt in krachtige zenderfeedertoepassingen en vaste antenne-infrastructuur waarbij het kabeltraject recht is of gebruik maakt van in de fabriek gevormde bochten en de kabel na installatie nooit opnieuw hoeft te worden gepositioneerd.

Coaxkabel van gegolfde koperen buizen: constructie en voordelen

Coaxkabel met gegolfde koperen buis is de technisch meest significante en commercieel belangrijkste vooruitgang in het ontwerpen van hoogwaardige coaxkabels. Bij deze constructie wordt de buitenste geleider gevormd uit een koperen strip die in de lengterichting tot een buis wordt gevouwen en vervolgens mechanisch wordt gegolfd - waarbij een zich herhalend spiraalvormig of ringvormig (ringvormig) groefpatroon over de lengte wordt gegeven - voordat de buitenmantel wordt aangebracht. De ribbels transformeren wat anders een stijve, gladde buis zou zijn in een kabel die de superieure elektrische afschermingseffectiviteit en de lage verlieseigenschappen van een massieve koperen buitengeleider behoudt, terwijl hij de mogelijkheid krijgt om te worden gebogen, opgerold en rond hoeken en obstakels te worden geïnstalleerd.

Het mechanische principe achter ribbels is analoog aan een balg of een gegolfde metalen slang: de afwisselende ribbels en dalen in de koperen buiswand zorgen ervoor dat de kabel kan buigen door de ribbels aan de binnenkant van de bocht samen te drukken en ze aan de buitenkant uit te zetten, waardoor de buigspanning over veel kleine vervormingen wordt verdeeld in plaats van deze op één punt te concentreren. Hierdoor kunnen coaxkabels met gegolfde koperen buizen een minimale buigradius bereiken van 5 tot 10 keer de buitendiameter van de kabel - aanzienlijk beter dan alternatieven met gladde buizen - terwijl de doorlopende koperen buitengeleider behouden blijft die essentieel is voor een hoge afschermingseffectiviteit en een lage signaalverzwakking.

Spiraalvormige versus ringvormige golfpatronen

Coaxkabels met gegolfde koperen buizen worden vervaardigd met spiraalvormige of ringvormige golfpatronen, en de keuze daartussen beïnvloedt zowel het mechanische gedrag van de kabel als de connectoraansluitmethode. Spiraalvormige ribbels – waarbij een enkele doorlopende groef als een schroefdraad langs de lengte van de buitenste geleider spiraalvormig loopt – zorgen voor superieure flexibiliteit en zorgen ervoor dat de kabel herhaaldelijk in meerdere vlakken kan buigen zonder dat er vermoeidheidsscheuren ontstaan. Spiraalvormige gegolfde kabels hebben de voorkeur voor installatieroutes met meerdere bochten en voor toepassingen waarbij periodieke herpositionering nodig is. Ringvormige ribbels – waarbij een reeks onafhankelijke ringgroeven de buitenste geleider op regelmatige afstanden omringen – zorgen voor een grotere weerstand tegen verbrijzeling en worden over het algemeen gebruikt in stroomkabels met een grotere diameter en grotere diameter, waarbij mechanische bescherming een grotere prioriteit heeft dan herhaaldelijk buigen.

Elektrische prestaties van gegolfde koperen buiskabel

Vanuit elektrisch oogpunt levert de coaxkabel met gegolfde koperen buizen prestaties die de beste gladde buisconstructies in de meeste praktische parameters benaderen of evenaren. Waarden voor afschermingseffectiviteit van 120 dB of hoger worden routinematig bereikt, wat betekent dat signaallekkage en externe interferentie tot verwaarloosbare niveaus worden verzwakt. De dempingswaarden voor een typische 50 ohm gegolfde koperen buiskabel met een buitendiameter van 1-5/8 inch zijn ongeveer 1,5 tot 2,5 dB per 100 meter bij 1 GHz, en dalen tot minder dan 1 dB per 100 meter bij 100 MHz - cijfers die deze kabels levensvatbaar maken voor trajecten van enkele honderden meters in cellulaire basisstationvoedingen, omroepzenderinstallaties en gedistribueerde antennesystemen. Het gemiddelde vermogen voor dezelfde kabel varieert van 5 kW tot meer dan 30 kW, afhankelijk van de frequentie en koelingsomstandigheden, waardoor gebruik ervan in krachtige FM- en tv-zenders mogelijk is.

Coaxkabel met gevlochten schild

Coaxkabel met gevlochten afscherming is wereldwijd het meest geproduceerde en geconsumeerde coaxkabeltype en wordt aangetroffen in consumentenelektronica, test- en meetapparatuur, CCTV-systemen, kabeltelevisiedistributie en talloze andere toepassingen. Bij deze constructie wordt de buitenste geleider gevormd door meerdere fijne koperen of koperlegeringsdraadstrengen in een diagonaal vlechtpatroon over de diëlektrische isolator te weven. De vlecht biedt een flexibele, continue geleidende laag die kan worden gebogen, opgerold en zonder schade door krappe ruimtes kan worden geleid, en dient ook als retourstroompad en elektromagnetische afscherming.

De belangrijkste beperking van de constructie van gevlochten afschermingen in vergelijking met ontwerpen met massieve of gegolfde buizen is de effectiviteit van de afscherming. Een enkele vlechtlaag bereikt doorgaans een afschermingseffectiviteit van 55 tot 75 dB - substantieel lager dan de 100 dB of meer die haalbaar is met buitengeleiders van massieve of gegolfde koperen buizen. Dit komt omdat de geweven structuur inherent kleine openingen bevat tussen de draadstrengen waardoor elektromagnetische energie kan passeren. Dubbel- en drievoudig gevlochten constructies verbeteren de effectiviteit van de afscherming tot 85 tot 90 dB, ten koste van een groter gewicht en verminderde flexibiliteit, maar komen nog steeds niet overeen met de prestaties van op buizen gebaseerde buitengeleiders. Voor toepassingen in omgevingen met sterke interferentie of waar signaalvertrouwelijkheid zeer hoge afschermingsniveaus vereist, is gevlochten kabel over het algemeen ontoereikend en worden in plaats daarvan gegolfde of folie-plus-gevlochten constructies gespecificeerd.

Foliescherm en folie-plus-gevlochten coaxkabel

Coaxkabels met folieafscherming gebruiken een dunne laag aluminium- of koperfolie - meestal gebonden aan een polyesterfilmdrager voor mechanische ondersteuning - gewikkeld rond het diëlektricum als de buitengeleider. De folie biedt 100 procent dekking van het diëlektrische oppervlak zonder gaten, waardoor het een theoretisch superieure afschermingseffectiviteit heeft in vergelijking met ontwerpen met één vlecht bij hoge frequenties, vooral boven 1 GHz, waar de openingen van de vlecht een groter deel van een golflengte worden. Constructies met alleen folie zijn echter kwetsbaar en kunnen geen aanzienlijke retourstroom transporteren zonder weerstandsverwarming, waardoor ze alleen geschikt zijn voor toepassingen op signaalniveau in plaats van voor krachtoverdracht.

De meest effectieve flexibele kabelconstructie voor toepassingen die zowel een hoge afscherming als flexibiliteit vereisen, is de combinatie van folie en vlecht, waarbij een folielaag volledige dekking biedt en een daaroverheen aangebrachte vlechtlaag zorgt voor structurele integriteit, stroomvoerend vermogen en extra afscherming bij lagere frequenties waar de folie alleen minder effectief is. Deze constructie bereikt afschermingseffectiviteitswaarden van 90 tot 100 dB en wordt veel gebruikt in downleads van satellietontvangers, precisiemeetkabels en datacenterverbindingen waar zowel afschermingsprestaties als installatieflexibiliteit tegelijkertijd vereist zijn.

Semi-stijve en vormbare coaxkabel

Halfstijve coaxkabel maakt gebruik van een massieve koperen buitengeleider - qua materiaal vergelijkbaar met gladde buisvoedingskabel maar in veel kleinere diameters - die met behulp van buiggereedschap in een specifieke vorm kan worden gevormd, maar die vorm na het vormen permanent behoudt. Het kan niet met de hand worden gebogen zonder het risico te lopen dat de buitenste geleider of de diëlektrische afstand wordt beschadigd. Halfstijve kabel wordt bijna uitsluitend gebruikt in behuizingen van elektronische apparatuur, RF-modules en microgolfassemblages waar extreem nauwkeurige impedantiecontrole, vrijwel perfecte afscherming en een minimale signaalpadlengte van connector tot connector vereist zijn. Het is verkrijgbaar in buitendiameters van 0,047 inch tot 0,250 inch en is het standaard verbindingsmedium in microgolfcircuitsamenstellen, radarsystemen en hardware voor satellietcommunicatie.

Conformeerbare coaxkabel is een ontwikkeling van een semi-stijve kabel die gebruik maakt van een gestrande of gewikkelde buitengeleider - in plaats van een massieve buis - om handvormbaarheid te bieden terwijl de elektrische eigenschappen van een halfstijve constructie behouden blijven. Het kan met de hand worden gebogen tot een minimale straal van ongeveer drie keer de buitendiameter van de kabel en behoudt zijn vorm na het buigen zonder terugvering, waardoor het geschikt is voor prototypeassemblages en veldinstallaties waarbij het routeringspad niet vooraf bekend is en niet kan worden voorgevormd in een werkplaatsomgeving.

Coaxiale kabeltypen vergeleken: belangrijkste parameters

De volgende tabel vat de belangrijkste onderscheidende kenmerken van elk belangrijk coaxkabeltype samen ter ondersteuning van op toepassingen gebaseerde selectiebeslissingen.

Waar coaxkabel met gegolfde koperen buis is gespecificeerd

Coaxkabel met gegolfde koperen buizen neemt een unieke positie in de markt in omdat het de enige constructie is die tegelijkertijd de elektrische prestaties levert van een massieve koperen buitengeleider – inclusief een zeer hoge afschermingseffectiviteit, lage verzwakking en hoge belastbaarheid – met voldoende flexibiliteit voor praktische installatie in het veld. Deze combinatie maakt het de standaardspecificatie in verschillende veeleisende toepassingscategorieën.

• Antennefeeders voor mobiele basisstations: De antennevoedingskabels die basisstationzendontvangers verbinden met op daken of torens gemonteerde antennes in 4G- en 5G-netwerken zijn vrijwel universeel gegolfde koperen coaxkabels, meestal in standaardmaten van 1/2 inch, 7/8 inch of 1-5/8 inch. De kabels moeten door kabelgoten, om hoeken en door gebouwdoorvoeringen lopen, terwijl ze kilowatt aan zendvermogen kunnen verwerken en een minimaal signaalverlies moeten behouden over afstanden van 20 tot 100 meter of meer.
• Feeders voor FM- en televisie-uitzendingen: Voor krachtige FM-radio- en digitale televisiezenders zijn voedingskabels nodig die een continu gemiddeld vermogen van 5 kW tot 80 kW of meer kunnen verwerken bij frequenties van 87,5 MHz tot 862 MHz. Gegolfde koperen buiskabels met diameters van 1-5/8 inch tot 6-1/8 inch zijn wereldwijd de standaardoplossing voor deze toepassingen.
• Gedistribueerde antennesystemen (DAS): Draadloze dekkingssystemen in gebouwen voor grote locaties (luchthavens, stadions, ziekenhuizen en winkelcentra) maken gebruik van gegolfde koperen buiskabels als belangrijkste voedingskabel tussen de signaalbron en de verspreide antennepunten door het hele gebouw, waar het lage verlies over lange afstanden van cruciaal belang is voor het handhaven van een adequaat signaalniveau op afgelegen antennelocaties.
• Militaire en overheidscommunicatie-infrastructuur: Vaste militaire communicatielocaties en omroepfaciliteiten van de overheid specificeren coaxkabel met gegolfde koperen buizen vanwege de combinatie van hoge afschermingseffectiviteit – die de TEMPEST-vereisten voor beveiliging van elektromagnetische emissies ondersteunt – en mechanische betrouwbaarheid op lange termijn in permanent geïnstalleerde infrastructuur die naar verwachting tientallen jaren in gebruik zal blijven.
• Deeltjesversneller en wetenschappelijke onderzoeksfaciliteiten: Hoge-energie natuurkundige onderzoeksinstallaties maken gebruik van gegolfde koperen buiscoaxkabel voor de distributie van RF-vermogen naar versnellende holtes, waar nauwkeurige impedantiecontrole, zeer hoge vermogensniveaus en minimale signaalreflecties tegelijkertijd vereist zijn over complexe kabelgeleidingspaden door de versnellerstructuur.

Het juiste coaxkabeltype voor uw toepassing selecteren

Kiezen tussen coaxkabeltypen vereist een gestructureerde evaluatie van de elektrische, mechanische en omgevingsvereisten van de toepassing. De volgende parameters moeten worden gedefinieerd voordat een kabeltype wordt gespecificeerd, omdat elk ervan bepaalde constructies buiten beschouwing kan laten of een specifiek type de duidelijk optimale keuze kan maken.

• Bedrijfsfrequentiebereik: Hogere frequenties vereisen kabel met een lagere demping. Voor frequenties boven 500 MHz over afstanden langer dan 30 meter zijn doorgaans gegolfde koperen buizen of hoogwaardige folie-plus-vlechtconstructies vereist om het signaalverlies binnen het systeembudget te houden. Gevlochten kabel is over het algemeen geschikt voor toepassingen onder de 100 MHz over korte afstanden.
• Vereisten voor belastbaarheid: Voor toepassingen met een continu gemiddeld vermogen van meer dan 500 W zijn buitengeleiderontwerpen van koperen buizen – glad of gegolfd – de enige praktische opties. Gevlochten en folieconstructies kunnen geen aanzienlijk vermogen aan zonder dat de buitenste geleider oververhit raakt.
• Vereiste afschermingseffectiviteit: Toepassingen in omgevingen met hoge interferentie, gevoelige meetsystemen of faciliteiten met emissieveiligheidseisen hebben een afschermingseffectiviteit van meer dan 100 dB nodig, wat effectief een gegolfde of massieve koperen buisconstructie verplicht in plaats van op vlecht gebaseerde ontwerpen.
• Installatieflexibiliteit en complexiteit van de routering: Complexe kabeltrajecten met meerdere bochten in verschillende vlakken vereisen flexibele kabel. Gegolfde koperen buiskabel is de beste keuze wanneer zowel hoge prestaties als installatieflexibiliteit tegelijkertijd nodig zijn. Gevlochten kabel biedt meer flexibiliteit, maar gaat ten koste van lagere elektrische prestaties.
• Blootstelling aan het milieu: Buiteninstallaties vereisen UV-bestendige en weerbestendige buitenmantels, en kabels in gebieden die onderhevig zijn aan mechanische schokken hebben gepantserde of dikwandige mantelconstructies nodig. Gegolfde koperen buiskabels met polyethyleen of rookarme halogeenvrije mantels zijn speciaal ontworpen voor buitentoevoertoepassingen in alle klimaatzones.