коаксиальный кабель 50 ом или 75 ом какой лучше
Тесты, обзоры, сравнения
Выбора кабеля между 50 Ом или 75 Ом
Много раз поднимался вопрос по поводу выбора кабеля. 50 Ом или 75 Ом.
Давайте уже окончательно поставим точку в этом вопросе. Итак, если мы рассматриваем полностью согласованную систему 50 Ом и 75 Ом. Какой отдать предпочтение?
В телевидении применение 75 Ом коаксиальных кабелей объясняется тем, что такие кабели обладают наименьшим ослаблением сигнала, что и нужно для телевизионного приемника. Но это справедливо для приемников!
Когда речь идет о приемо-передающих системах, то максимальный коэффициент передачи по мощности с точки зрения передатчика наблюдается при сопротивлении 30 Ом, с учетом максимального напряжения пробоя.
На практике же самым распространенным коаксиальным кабелем является 50 Ом кабель, поскольку в нем совмещена возможность передачи радиосигналов с небольшими потерями в кабеле, а так же близкие к предельно достижимым показания электрической прочности и передаваемой мощности.
Из учебной литературы известно, электрическое сопротивление металлического проводника зависит от материала проводника, поперечного сечения проводника, длины проводника, температуры проводника. То есть, используя эти четыре величины можно изменять сопротивление? Да, можно!
Если взять два проводника из разного материала, но одинаковой длины и площадью поперечного сечения, то проводники будут проводить электрический ток по-разному. Это показывает, что сопротивление проводника зависит от материала самого проводника. Чем меньше площадь поперечного сечения проводника, тем больше затруднений в продвижении испытывают электроны, а значит, сопротивление увеличивается. Длинный проводник малого поперечного сечения создает току большое сопротивление. Короткие проводники большого поперечного сечения оказывают току малое сопротивление.
Волновое сопротивление 50 или 75 Ом, медненое железо или медь?
Существует стойкое предубеждение и, можно даже сказать, заблуждение многих людей относительно высокочастотных кабелей. Меня, как разработчика антенн, являющегося одновременно и руководителем фирмы по их производству, постоянно одолевают этим вопросом. Попытаюсь раз и навсегда поставить точку в этом вопросе и закрыть тему применения 75 Ом кабелей вместо 50 Ом для целей передачи сигналов небольшой мощности. Я постараюсь не утруждать читателя сложными терминами с формулами, хотя некоторый минимум математики все же необходим для понимания вопроса.
В низкочастотной радиотехнике для передачи сигнала с заданными параметрами ток-напряжение нужен проводник, обладающий некоторыми свойствами изоляции от окружающей среды и погонным сопротивлением, таким, чтобы в точке приема НЧ сигнала мы получили достаточный для последующей обработки сигнал. Иными словами любой проводник обладает сопротивлением, и желательно, чтобы это сопротивление было как можно меньше. Это простое условие для техники низких частот. Для сигналов с малой передаваемой мощностью нам достаточно тонкого провода, для сигналов с большой мощностью мы должны выбирать более толстый провод.
В отличие от низкочастотной радиотехники, в технике высоких частот приходится учитывать много других параметров. Несомненно, как и в НЧ технике, нас интересует передаваемая по среде передачи мощность и сопротивление. То, что на низких частотах мы обычно называем сопротивлением линии передачи, на высоких частотах называют потерями. На низкой частоте потери, прежде всего, определяются собственным погонным сопротивлением линии передачи, тогда как на ВЧ появляется, так называемый, Скин-эффект. Скин-эффект – приводит к тому, что ток, вытесняемый высокочастотным магнитным полем течет лишь по поверхности проводника, вернее в его тонком поверхностном слое. Из-за чего эффективное сечение проводника, можно сказать, уменьшается. Т.е. при равных условиях для прокачки одной и той же мощности на низкой частоте и высокой требуются провода разного сечения. Толщина скин-слоя зависит от частоты, с увеличением частоты толщина скин-слоя уменьшается, что приводит к потерям большим, нежели на более низких частотах. Скин-эффект присутствует при переменном токе любой частоты. Для наглядности приведу некоторые примеры.
Так для тока частотой 60 герц, толщина скин-слоя составляет 8,5 мм. А для тока 10 МГц тощина скин-слоя составит всего 0,02 мм. Не правда ли разительная разница? А для частот 100, 1000 или 2000 МГц, толщина проводящего слоя будет и того меньше! Не вдаваясь в математику, скажу, что толщина скин-слоя зависит, прежде всего от удельной проводимости проводника и частоты. Поэтому для передачи максимально большей мощности на ВЧ нам нужно брать кабель с наибольшей площадью поверхности центральной жилы. При этом учитывая, что на СВЧ толщина скин-слоя мала нам вовсе необязательно использовать цельный медный кабель. Разницы от использования кабеля со стальным центральным проводником покрытым тонким слоем меди вы вероятно даже не заметите. Разве что он будет более жестким на изгиб. Разумеется, что желательно наличие более толстого слоя меди на стальном проводнике. Использование цельного медного кабеля имеет, конечно, преимущества, он более гибкий, по нему можно передавать большую мощность на более низких частотах. Также зачастую по коаксиальному кабелю передают напряжение питания постоянного тока предусилителей, и тут также вне конкуренции медный кабель. Но для передачи небольшой мощности не более 10-200 мВт на СВЧ с экономической точки зрения, более оправданным будет применение именно омедненного кабеля. Будем считать, что вопрос выбора между омедненными и медными кабелями закрыли.
Для понимания различия кабелей в волновом сопротивлении, я не стану рассказывать, что такое волновое сопротивление кабеля. Как ни странно, это не нужно для понимания разницы. Для начала разберемся, почему существуют кабели с разными волновыми сопротивлениями. Прежде всего, это связанно с историей становления радиотехники. На заре радиотехники выбор изолирующих материалов для коаксиальных кабелей был сильно ограничен. Это сейчас мы нормально воспринимаем наличие огромного ряда пластиков, вспененных диэлектриков, резины со свойствами проводников или керамики. 80 лет назад ничего этого не было. Была резина, полиэтилен, парафин, бакелит, в 30-х годах изобретен фторопласт (он же тефлон). Волновое сопротивление кабелей определяется соотношением диаметров центрального внутреннего проводника и внешнего диаметра кабеля.
Ниже приведена номограмма.
Толщина центрального проводника определяется его способностью пропускать наибольшую мощность. Внешний диаметр выбирается в зависимости от используемого диэлектрика – заполнителя находящегося между двумя проводниками. Используя номограмму становится понятно, что диапазон удобных для промышленного изготовления волновых сопротивлений кабелей лежит в пределах 25 – 100 Ом.
Теперь считаю необходимым рассмотреть менее важный вопрос о согласовании линии передачи. Попытаюсь просто ответить на вопросы о том, можно ли подключить 75 Ом кабель вместо 50 Ом.
Рассмотрим ситуацию, когда выходное волновое сопротивление передатчика 50 Ом, мы подключаем к нему 50 Ом кабель и 75 Ом антенну. В этом случае потери составят 4% от выходной мощности. Много ли это? Ответ неоднозначный. Дело в том, что в ВЧ радиотехнике оперируют в основном логарифмическими величинами, приведенными к децибелам. И если 4% перевести в децибелы, то потери в линии составят всего 0,18 дБ.
Если мы подключаем передатчик с 50 Ом выходом к 75 Ом кабелю и далее к 50 Ом антенне. В этом случае теряется 8% мощности. Но приведя это значение к децибелам, выясняется, что потери составят всего лишь 0,36 дБ.
Теперь рассмотрим типовые затухания кабелей для частоты 2000 МГц. И сравним, что лучше применить: 20 метров кабеля 75 Ом или 20 метров кабеля 50 Ом.
Затухание на 20 метрах для известного дорогого кабеля марки Radiolab 5D-FB составляет 0,3*20= 6 дБ.
Затухание на 20 метрах для качественного кабеля Cavel SAT703 составляет 0,29*20= 5,8 дБ.
Учтя потери на рассогласовании – 0,36 дБ, мы получим, что выигрыш от применения 50 Ом кабеля составляет всего 0,16 дБ. Это примерно соответствует 2-м лишним метрам кабеля.
А теперь сравним цену. 20 метров кабеля Radiolab 5D-FB стоят в лучшем случае примерно 80*20=1600 руб. В тоже время 20 метров кабеля Cavel SAT703 стоит 25*20=500 руб. Разница в цене 1100 руб. весьма ощутимая. К достоинствам 75 Ом кабелей можно отнести также легкость их разделки, доступность разъемов.
Какой выбрать коаксиальный кабель
Одна из главных составляющих комплекта установки GSM-репитера – это кабельная сборка. И в данном разрезе сложно переоценить правильность выбора высокочастотного кабеля, который будет оптимальным именно в вашем случае. Давайте же разберемся, какой лучше выбрать коаксиальный кабель и в чем различия между популярными типами данного материала.
Основные характеристики коаксиальных кабелей
Если говорить об обеспечении сигнала для усилителя сотовой связи, то важнейшим свойством кабеля является показатель затухания этого самого сигнала, а также волновое сопротивление. Специалисты рекомендуют использовать продукцию с волновым сопротивлением 50 Ом, иначе появляется риск ухудшения связи и даже поломка оборудования. Именно поэтому нельзя использовать кабели, предназначенные для спутникового телевидения, систем видеонаблюдения, например RG-6, RG-59, так как они обладают сопротивлением 75 Ом.
Обычно при монтаже репитеров применяется размерность от 10 до 30 метров. Все зависит от расстояния между приемной антенной, которая устанавливается на фасаде здания, крыше, вышке, и приемным оборудованием. Чем меньше длина проводника сигнала, тем выше его мощность и чистота. Впрочем, при высоком качестве материалов можно добиться должного эффекта даже при 100-метровом кабеле. Как указывалось выше, для таких задач нужна структура с минимальным показателем затухания. Если уровень затухания сигнала находится в пределах 3 дБм на каждый погонный метр, то качество передачи незначительно ухудшается. В случае возрастания величины до 5 дБм спад качества будет весьма ощутимым, а, начиная с 6 дБм, работать с кабелем становится невозможно.
Все коаксиальные кабели имеют примерно одинаковое строение:
RG-58
Так называемый Thicknet или «толстый Ethernet». Его основные отличия от предыдущего варианта: больший диаметр центрального проводника (одинарная жила из омедненного алюминия) и общего поперечного сечения кабеля, меньший показатель гибкости, более высокая цена. Широко используется профессионалами при монтаже соединения между внешней антенной и усилителем связи длиной до 10 м, диапазон частот составляет 140-1900 МГц. Применяются специальные разъемы, предполагающие пайку. Подлежит использованию внутри и снаружи помещений.
RG-213
5D-FB
Кабель используется преимущественно для диапазонов 900, 1800, 2100, 2400 и 2600 МГц, имеет вдвое меньший показатель потерь на частоте 900 МГц в сравнении с RG-58. Состав 5D-FB: одинарная медная жила, изолированная вспененным диэлектриком, медный экран, алюминиевая фольга и устойчивая к ультрафиолету оболочка. Показатель затухания находится на уровне RG-213 (19,7 дБ на 100 м), хотя предыдущий кабель в 1,5 раз толще. Существует модификация CCA, предусматривающая центральную жилу и оплетку из омедненного алюминия. Хорошее соотношение цены и качества.
8D-FB
Один из наиболее современных видов коаксиального кабеля, разработанный с использование технологии PEEG – в качестве рабочего диэлектрика использован плотный полиэтиленовый компаунд HDPE. Причем состав изоляции включает до 60% азота и только 40% полимера, что гарантирует небывало низкий показатель затухания сигнала. 8D-FB используется там, где нужен длинный кабель. Кроме того, оболочка фидера прекрасно справляется с агрессивной средой и тяжелыми климатическими условиями. Кабель рекомендован к использованию в частотном диапазоне GSM-1800, 3G-2100, LTE-2500.
10D-FB
Данный кабель обладает еще меньшим коэффициентом погонного затухания сигнала, чем в случае предыдущего продукта, но имеет внешний диаметр 13 мм против 11 мм – у 8D-FB. Состав: центральная жила из чистой меди либо омедненного алюминия (меди – не менее 15%), оплетка – луженая медь с двусторонней алюминиевой фольгой на лавсановой основе (обеспечиваются высокие экранизирующие свойства), диэлектрик – вспененный полиэтилен, оболочка – ПВХ. Рабочий диапазон частот – до 6000 МГц.
CNT-240
Центральная жила – из чистой меди (Ø 1,4 мм), оплетка 90 дБ – из луженой (дополнена двусторонней алюминиевой фольгой). Продукт отличается высоким коэффициентом экранирования, оболочка имеет защиту от УФ-лучей. Внешний диаметр кабеля составляет 6 мм. Частотный диапазон: 30-6000 МГц.
CNT-400
Прямая замена кабелю RG-8, аналог RG-213. Сечение медной жилы – 2,7 мм, изолятор – вспененный диэлектрик, оплетка – луженая медь с двусторонней алюминиевой фольгой. За счет устойчивой к температурным перепадам и ультрафиолету оболочке CNT-400 успешно используется на открытом воздухе. Наружный диаметр – 10,3 м. Главные свойства: низкий коэффициент затухания (на 900 МГц – около 13 дБ/100 м) и стабильность фазового сдвига при изменении температуры, изгибе.
LMR-300
Функциональный аналог 5D-FB, имеющий моножильный центральный проводник из меди (Ø1,78 мм), оплетку из луженой меди, изоляцию из вспененного полиэтилена (с примесью азота). Стандартный вариант рассчитан на использование вне помещений, также есть модификации DB – водонепроницаемый, FR – пожаробезопасный. Разновидность LMR-300 PVC используют только в помещениях. Продукт отличается низкими потерями сигнала и хорошей гибкостью (радиус изгиба составляет 7,8 дюйма или 22 мм).
LMR-400
Является аналогом RG-58, имеет значительно меньшие потери, чем RG-8, и отличается хорошей гибкостью (диаметр изгиба – 1 дюйм или 25 мм). Помимо стандартного, пожаробезопасного и водонепроницаемого, есть супергибкий вариант UltraFlex с оболочкой из термопластичного эластомера. Центральный провод – сплошной, из омедненного алюминия, оплетка изготовлена из луженой меди. Общий диаметр – 10,3 мм.
Какой кабель лучше использовать для усилителя сотового сигнала: 50 или 75 Ом?
GSM TECHNOLOGY
Может показаться, что монтаж усилителя сотового сигнала не представляет собой сложную процедуру. Антенны нужно разместить снаружи и внутри дома, соединить их кабелем и включить репитер. Все выглядит достаточно прозрачно и просто, однако стоит обращать внимание на определенные нюансы, которые могут сказаться на работоспособности оборудования в будущем. Нередко люди допускают простые ошибки в ходе выполнения монтажных работ, а по этой причине оборудование не функционирует должным образом. Неправильный подбор коаксиального кабеля может стать одной из причин некорректной работы усилителя связи.
Почему коаксиальный кабель?
Важно понимать, что использовать стоит именно коаксиальный кабель, а не какой-либо другой. Последний вариант кажется простым, однако стоит учитывать волновое сопротивление, поэтому выбор будет очевидным в пользу коаксиального кабеля. Какой бы кабель вы не взяли, он будет обладать определенным сопротивлением, а именно оно не дает току проходить сквозь него беспрепятственно. По мере увеличения частоты тока в кабеле появляется волновое сопротивление. Чем выше будут показатели частоты, тем сильнее станет сказываться и волновое сопротивление.
Если говорить об эффективной передаче сигнала сотовой связи в сверхвысокочастотном диапазоне, то именно волновое сопротивление будет более важным в сравнении с электрическим. Оно появляется из-за Скин-эффекта, когда ток проходит не по всему проводнику, а только по внешней стороне. Именно из-за этого используется коаксиальный кабель. Верхняя жила выполняется в виде кольца, что позволяет с минимальными потерями передавать СВЧ-сигнал. Кстати, волновое сопротивление можно измерить(например антенным анализатором RigExpert).
Муки выбора. 50 ОМ или все таки 75 ОМ?
Теперь настало время вернуться к теме публикации, ведь с теорией мы разобрались. Многие полагают, что минимальное сопротивление в данном случае будет преимуществом, так как сигнал сможет проходить максимально эффективно. Дело в том, что волновое сопротивление кабеля должно соответствовать используемым антеннам и усилителям.
В противном случае придется столкнуться с эффектом стоячей волны, который проявляется при отражении некоторой части сигнала от приемника. После этого он направляется на источник и сказывается негативно на уровне сигнала. В этом случае даже короткий по длине кабель, который выбран неправильно, может стать причиной снижения качества сигнала. На практике бывает так, что смонтированный комплект усиления связи отказывается нормально работать, но при этом по отдельности все оборудование полностью исправно.
Выводы
Учитывайте, что неправильный выбор коаксиального кабеля может привести к неработоспособности репитера. Перед проведением монтажных работ обязательно изучите спецификацию оборудования. Производитель указывает, какие именно кабели можно использовать.
Если возникнут сложности, то стоит воспользоваться помощью компетентных специалистов. Здесь-то на помощь и приходим мы.
Волновое сопротивление 50 или 75 Ом, медненое железо или медь?
Волновое сопротивление 50 или 75 Ом, медненое железо или медь?
Существует стойкое предубеждение и, можно даже сказать, заблуждение многих людей относительно высокочастотных кабелей. Меня, как разработчика антенн, являющегося одновременно и руководителем фирмы по их производству, постоянно одолевают этим вопросом. Попытаюсь раз и навсегда поставить точку в этом вопросе и закрыть тему применения 75 Ом кабелей вместо 50 Ом для целей передачи сигналов небольшой мощности. Я постараюсь не утруждать читателя сложными терминами с формулами, хотя некоторый минимум математики все же необходим для понимания вопроса.
В низкочастотной радиотехнике для передачи сигнала с заданными параметрами ток-напряжение нужен проводник, обладающий некоторыми свойствами изоляции от окружающей среды и погонным сопротивлением, таким, чтобы в точке приема НЧ сигнала мы получили достаточный для последующей обработки сигнал. Иными словами любой проводник обладает сопротивлением, и желательно, чтобы это сопротивление было как можно меньше. Это простое условие для техники низких частот. Для сигналов с малой передаваемой мощностью нам достаточно тонкого провода, для сигналов с большой мощностью мы должны выбирать более толстый провод.
В отличие от низкочастотной радиотехники, в технике высоких частот приходится учитывать много других параметров. Несомненно, как и в НЧ технике, нас интересует передаваемая по среде передачи мощность и сопротивление. То, что на низких частотах мы обычно называем сопротивлением линии передачи, на высоких частотах называют потерями. На низкой частоте потери, прежде всего, определяются собственным погонным сопротивлением линии передачи, тогда как на ВЧ появляется, так называемый, Скин-эффект. Скин-эффект – приводит к тому, что ток, вытесняемый высокочастотным магнитным полем течет лишь по поверхности проводника, вернее в его тонком поверхностном слое. Из-за чего эффективное сечение проводника, можно сказать, уменьшается. Т.е. при равных условиях для прокачки одной и той же мощности на низкой частоте и высокой требуются провода разного сечения. Толщина скин-слоя зависит от частоты, с увеличением частоты толщина скин-слоя уменьшается, что приводит к потерям большим, нежели на более низких частотах. Скин-эффект присутствует при переменном токе любой частоты. Для наглядности приведу некоторые примеры.
Так для тока частотой 60 герц, толщина скин-слоя составляет 8,5 мм. А для тока 10 МГц тощина скин-слоя составит всего 0,02 мм. Не правда ли разительная разница? А для частот 100, 1000 или 2000 МГц, толщина проводящего слоя будет и того меньше! Не вдаваясь в математику, скажу, что толщина скин-слоя зависит, прежде всего от удельной проводимости проводника и частоты. Поэтому для передачи максимально большей мощности на ВЧ нам нужно брать кабель с наибольшей площадью поверхности центральной жилы. При этом учитывая, что на СВЧ толщина скин-слоя мала нам вовсе необязательно использовать цельный медный кабель. Разницы от использования кабеля со стальным центральным проводником покрытым тонким слоем меди вы вероятно даже не заметите. Разве что он будет более жестким на изгиб. Разумеется, что желательно наличие более толстого слоя меди на стальном проводнике. Использование цельного медного кабеля имеет, конечно, преимущества, он более гибкий, по нему можно передавать большую мощность на более низких частотах. Также зачастую по коаксиальному кабелю передают напряжение питания постоянного тока предусилителей, и тут также вне конкуренции медный кабель. Но для передачи небольшой мощности не более 10-200 мВт на СВЧ с экономической точки зрения, более оправданным будет применение именно омедненного кабеля. Будем считать, что вопрос выбора между омедненными и медными кабелями закрыли.
Для понимания различия кабелей в волновом сопротивлении, я не стану рассказывать, что такое волновое сопротивление кабеля. Как ни странно, это не нужно для понимания разницы. Для начала разберемся, почему существуют кабели с разными волновыми сопротивлениями. Прежде всего, это связанно с историей становления радиотехники. На заре радиотехники выбор изолирующих материалов для коаксиальных кабелей был сильно ограничен. Это сейчас мы нормально воспринимаем наличие огромного ряда пластиков, вспененных диэлектриков, резины со свойствами проводников или керамики. 80 лет назад ничего этого не было. Была резина, полиэтилен, парафин, бакелит, в 30-х годах изобретен фторопласт (он же тефлон). Волновое сопротивление кабелей определяется соотношением диаметров центрального внутреннего проводника и внешнего диаметра кабеля.
Ниже приведена номограмма.
Толщина центрального проводника определяется его способностью пропускать наибольшую мощность. Внешний диаметр выбирается в зависимости от используемого диэлектрика – заполнителя находящегося между двумя проводниками. Используя номограмму становится понятно, что диапазон удобных для промышленного изготовления волновых сопротивлений кабелей лежит в пределах 25 – 100 Ом.
Теперь считаю необходимым рассмотреть менее важный вопрос о согласовании линии передачи. Попытаюсь просто ответить на вопросы о том, можно ли подключить 75 Ом кабель вместо 50 Ом.
Рассмотрим ситуацию, когда выходное волновое сопротивление передатчика 50 Ом, мы подключаем к нему 50 Ом кабель и 75 Ом антенну. В этом случае потери составят 20% от выходной мощности. Много ли это? Ответ неоднозначный. Дело в том, что в ВЧ радиотехнике оперируют в основном логарифмическими величинами, приведенными к децибелам. И если 20% перевести в децибелы, то потери в линии составят всего 0,18 дБ.
Если мы подключаем передатчик с 50 Ом выходом к 75 Ом кабелю и далее к 50 Ом антенне. В этом случае теряется 40% мощности. Но приведя это значение к децибелам, выясняется, что потери составят всего лишь 0,757дБ.
Теперь рассмотрим типовые затухания кабелей для частоты 2000 МГц. И сравним, что лучше применить: 20 метров кабеля 75 Ом или 20 метров кабеля 50 Ом.
Затухание на 20 метрах для известного дорогого кабеля марки Radiolab 5D-FB составляет 0,3*20= 6 дБ.
Затухание на 20 метрах для качественного кабеля Cavel SAT703 составляет 0,29*20= 5,8 дБ.
Учтя потери на рассогласовании – 0,757 дБ, мы получим, что выигрыш от применения 50 Ом кабеля составляет всего 0,557 дБ. Это примерно соответствует 2-м лишним метрам кабеля.
А теперь сравним цену. 20 метров кабеля Radiolab 5D-FB стоят в лучшем случае примерно 100*20=2000 руб. В тоже время 20 метров кабеля Cavel SAT703 стоит 40*20=800 руб. Разница в цене 1200 руб. весьма ощутимая. Также, не забывайте про разъемы: около 600 рублей для Radiolab против 15 рублей для SAT703. К достоинствам 75 Ом кабелей можно отнести также легкость их разделки, доступность разъемов. Поэтому если кто-то в очередной раз начнет умничать и говорить вам, что для 3G модема ну никак нельзя использовать 75 Ом кабель, то с чистой совестью пошлите его ….й или ко мне за нашими замечательными антеннами. Спасибо за внимание.