2.5.1. Коаксиальный кабель
Коаксиальный кабель является наиболее распространенной средой, используемой для передачи радиочастотных сигналов. Он состоит из одножильного или многожильного проводника, окруженного диэлектрическим материалом, как правило, пенополимером. Диэлектрик помещается в непрерывный алюминиевый экран, ламинированный полиэстером, а затем в луженую медную сетку. Вся конструкция (см. рис. 2.5.1) помещается в оболочку из поливинилхлоридного или огнеупорного полимерного материала.
Рис. 2.5.1
Качество передачи сигнала определяется электрическими параметрами, зависящими от материала диэлектрика и от геометрических размеров кабеля - импедансом, затуханием, емкостью и временной задержкой распространения сигнала, или скоростью его распространения в передающей среде.
Импеданс. В общем случае, импеданс - это комплексное число с резистивной (омической) и реактивной компонентами, иначе говоря, это сопротивление волновой передающей среды переменному электрическому току. Импеданс является функцией частоты передаваемого сигнала и не зависит от длины линии.
При очень высоких частотах импеданс асимптотически стремится к фиксированному резистивному сопротивлению. Например, коаксиальные кабели обладают импедансом 50 или 75 Ом на высоких частотах.
Величина импеданса прямо пропорциональна отношению размеров (диаметров) внутреннего и внешнего проводников, и связана обратной зависимостью с диэлектрической постоянной кабеля.
В отличие от омического сопротивления проводника, импеданс не изменяется при изменении длины кабеля.
Для того, чтобы система могла работать с максимальной эффективностью, номинальные импедансы передатчика, приемника и кабеля должны точно совпадать. При несоответствии импедансов в системе возникают, так называемые, обратные потери или потери отраженного сигнала. Значения импеданса для кабелей определяют электрические требования к коммутационному оборудованию. Большинство коаксиальных кабелей создано для работы с коммутационным оборудованием, обладающим импедансом 50, 75 или 93 Ом.
Номинальная скорость распространения сигнала, NVP – определяется как скорость распространения сигнала в конкретном кабеле. В вакууме электромагнитные волны распространяются со скоростью света. В кабеле волна распространяется несколько медленнее - со скоростью, обратно пропорциональной диэлектрической постоянной кабеля. Чем меньше диэлектрическая константа, тем ближе скорость распространения сигнала к скорости света. Таким образом, более низким значениям диэлектрической константы соответствуют более высокие скорости передачи.
Скорость NVP распространения выражается в процентах от скорости света в вакууме и рассчитывается по формуле:
где
ε – диэлектрическая постоянная материала диэлектрика,
с – скорость света в вакууме.
Время задержки распространения сигнала по длине кабеля прямо пропорционально квадратному корню от величины диэлектрической постоянной.
Коаксиальный кабель бывает двух типов:
Толстый кабель для сетей Ethernet с импедансом 50 Ом, внешним диаметром 10 – 12 мм, диаметром жилы ~1мм, и с вносимым затуханием (см. Примечание в п. 2.3.2.) около 2 дБ/100 м на частоте 100 МГц (Стандарт Ethernet 10Base5). Кабель дорогой и сложен при монтировании. Он больше подходит для организации сетевой магистрали, чем для построения сетевого сегмента со станциями.
Ограничения стандарта Ethernet 10Base5:
Максимальная длина сегмента без повторителей – 500 м.
До 100 станций на сегмент.
Скорость передачи до 10 Mбит/с.
Тонкий кабель для сетей Ethernet., с импедансом 50 Ом, внешним диаметром 5 мм, диаметром жилы ~0,8 мм, и с вносимым затуханием 4 - 5 дБ/100 м на частоте 100 МГц (Стандарт Ethernet 10Base2). Этот кабель удобнее, чем толстый, но вносимое им затухание существенно больше.
Ограничения стандарта Ethernet 10Base2:
Максимальная длина сегмента без повторителей – 185 м.
До 30 станций на сегмент.
Скорость передачи до 10 Mбит/с.
Кроме этих двух типов коаксиальных кабелей в компьютерных сетях может также иногда использоваться телевизионный коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом.