同軸電纜

同軸電纜

一、概述
1、基帶同軸電纜
 

同軸電纜以硬銅線為芯，外包一層絕緣材料。這層絕緣材料用密織的網(wǎng)狀導(dǎo)體環(huán)繞，網(wǎng)外又覆蓋一層保護(hù)性材料。有兩種廣泛使用的同軸電纜。一種是50歐姆電纜，用于數(shù)字傳輸，由于多用于基帶傳輸，也叫基帶同軸電纜；另一種是75歐姆電纜，用于模擬傳輸，即下一節(jié)要講的寬帶同軸電纜。這種區(qū)別是由歷史原因造成的，而不是由于技術(shù)原因或生產(chǎn)廠家。

同軸電纜的這種結(jié)構(gòu)，使它具有高帶寬和極好的噪聲抑制特性。同軸電纜的帶寬取決于電纜長度。1km的電纜可以達(dá)到1Gb/s~2Gb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。還可以使用更長的電纜，但是傳輸率要降低或使用中間放大器。目前，同軸電纜大量被光纖取代，但仍廣泛應(yīng)用于有線電視和某些局域網(wǎng)。

2、寬帶同軸電纜
 

使用有限電視電纜進(jìn)行模擬信號傳輸?shù)耐S電纜系統(tǒng)被稱為寬帶同軸電纜。“寬帶”這個詞來源于電話業(yè)，指比4kHz寬的頻帶。然而在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，“寬帶電纜”卻指任何使用模擬信號進(jìn)行傳輸?shù)碾娎|網(wǎng)。

由于寬帶網(wǎng)使用標(biāo)準(zhǔn)的有線電視技術(shù)，可使用的頻帶高達(dá)300MHz（常常到450MHz）；由于使用模擬信號，需要在接口處安放一個電子設(shè)備，用以把進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的比特流轉(zhuǎn)換為模擬信號，并把網(wǎng)絡(luò)輸出的信號再轉(zhuǎn)換成比特流。

寬帶系統(tǒng)又分為多個信道，電視廣播通常占用6MHz信道。每個信道可用于模擬電視、CD質(zhì)量聲音(1.4Mb/s)或3Mb/s的數(shù)字比特流。電視和數(shù)據(jù)可在一條電纜上混合傳輸。

寬帶系統(tǒng)和基帶系統(tǒng)的一個主要區(qū)別是：寬帶系統(tǒng)由于覆蓋的區(qū)域廣，因此，需要模擬放大器周期性地加強(qiáng)信號。這些放大器僅能單向傳輸信號，因此，如果計算機(jī)間有放大器，則報文分組就不能在計算機(jī)間逆向傳輸。為了解決這個問題，人們已經(jīng)開發(fā)了兩種類型的寬帶系統(tǒng)：雙纜系統(tǒng)和單纜系統(tǒng)。

1)雙纜系統(tǒng)
 

雙纜系統(tǒng)有兩條并排鋪設(shè)的完全相同的電纜。為了傳輸數(shù)據(jù)，計算機(jī)通過電纜1將數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娎|數(shù)根部的設(shè)備，即頂端器(head-end)，隨后頂端器通過電纜2將信號沿電纜數(shù)往下傳輸。所有的計算機(jī)都通過電纜1發(fā)送，通過電纜2接收。

2)單纜系統(tǒng)
 

另一種方案是在每根電纜上為內(nèi)、外通信分配不同的頻段。低頻段用于計算機(jī)到頂端器的通信，頂端器收到的信號移到高頻段，向計算機(jī)廣播。在子分段(subsplit)系統(tǒng)中，5MHz~30MHz頻段用于內(nèi)向通信，40MHz~300MHz頻段用于外向通信。在中分(midsplit)系統(tǒng)中，內(nèi)向頻段是5MHz~116MHz，而外向頻段為168MHz~300MHz。這一選擇是由歷史的原因造成的。

3)寬帶系統(tǒng)有很多種使用方式。在一對計算機(jī)間可以分配專用的永久性信道；另一些計算機(jī)可以通過控制信道，申請建立一個臨時信道，然后切換到申請到的信道頻率；還可以讓所有的計算機(jī)共用一條或一組信道。從技術(shù)上講，寬帶電纜在發(fā)送數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)上比基帶（即單一信道）電纜差，但它的優(yōu)點是已被廣泛安裝。

3、同軸電纜網(wǎng)絡(luò)
 

同軸電纜網(wǎng)絡(luò)一般可分為三類:

·主干網(wǎng)。主干線路在直徑和衰減方面與其他線路不同,前者通常由有防護(hù)層的電纜構(gòu)成。
·次主干網(wǎng)。次主干電纜的直徑比主干電纜小。當(dāng)在不同建筑物的層次上使用次主干電纜時,要采用高增益的分布式放大器,并要考慮電纜與用戶出口的接口。
·線纜。

同軸電纜不可絞接,各部分是通過低損耗的連接器連接的。連結(jié)器在物理性能上與電纜相匹配。中間接頭和耦合器用線管包住,以防不慎接地。若希望電纜埋在光照射不到的地方,那么最好把電纜埋在冰點以下的地層里。如果不想把電纜埋在地下,則最好采用電桿來架設(shè)。同軸電纜每隔100米設(shè)一個標(biāo)記,以便于維修。必要時每隔20米要對電纜進(jìn)行支撐。在建筑物內(nèi)部安裝時,要考慮便于維修和擴(kuò)展,在必要的地方還需提供管道,保護(hù)電纜。

同軸電纜一般安裝在設(shè)備與設(shè)備之間。在每一個用戶位置上都裝備有一個連接器,為用戶提供接口。接口的安裝方法如下:

(1)細(xì)纜 將細(xì)纜切斷,兩頭裝上BNC頭,然后接在T型連接器兩端。
(2)粗纜 粗纜一般采用一種類似夾板的Tap裝置進(jìn)行安裝,它利用Tap上的引導(dǎo)針穿透電纜的絕緣層,直接與導(dǎo)體相連。電纜兩端頭設(shè)有終端器,以削弱信號的反射作用。

　
1、主要電氣參數(shù)
 

二、參數(shù)指標(biāo)

(1)同軸電纜的特性阻抗 同軸電纜的平均特性阻抗為50±2Ω,沿單根同軸電纜的阻抗的周期性變化為正弦波,中心平均值±3Ω,其長度小于2米。
(2)同軸電纜的衰減 一般指500米長的電纜段的衰減值。當(dāng)用10MHz的正弦波進(jìn)行測量時,它的值不超過8.5db(17db/公里);而用5MHz的正弦波進(jìn)行測量時,它的值不超過6.0db(12db/公里)。
(3)同軸電纜的傳播速度 需要的最低傳播速度為0.77C(C為光速)。
(4)同軸電纜直流回路電阻 電纜的中心導(dǎo)體的電阻與屏蔽層的電阻之和不超過10毫歐/米(在20℃下測量)。

2、同軸電纜的物理參數(shù)
 

同軸電纜是由中心導(dǎo)體、絕緣材料層、網(wǎng)狀織物構(gòu)成的屏蔽層以及外部隔離材料層組成,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 同軸電纜結(jié)構(gòu)示意圖

同軸電纜具有足夠的可柔性,能支持254mm(10英寸)的彎曲半徑。中心導(dǎo)體是直徑為2.17mm±0.013mm的實芯銅線。絕緣材料必須滿足同軸電纜電氣參數(shù)。屏蔽層是由滿足傳輸阻抗和ECM規(guī)范說明的金屬帶或薄片組成,屏蔽層的內(nèi)徑為6.15mm,外徑為8.28mm。外部隔離材料一般選用聚氯乙烯(如PVC)或類似材料。

3、對電纜進(jìn)行測試的主要參數(shù)有:
 

(1)導(dǎo)體或屏蔽層的開路情況。
(2)導(dǎo)體和屏蔽層之間的短路情況。
(3)導(dǎo)體接地情況。
(4)在各屏蔽接頭之間的短路情況。

三、規(guī)格型號

同軸電纜可分為兩種基本類型,基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜。目前基帶常用的電纜,其屏蔽線是用銅做成的網(wǎng)狀的,特征阻抗為50(如RG-8、RG-58等);寬帶同軸電纜常用的電纜的屏蔽層通常是用鋁沖壓成的,特征阻抗為75(如RG-59等)。

粗同軸電纜與細(xì)同軸電纜是指同軸電纜的直徑大還是小。粗纜適用于比較大型的局部網(wǎng)絡(luò),它的標(biāo)準(zhǔn)距離長、可靠性高。由于安裝時不需要切斷電纜,因此可以根據(jù)需要靈活調(diào)整計算機(jī)的入網(wǎng)位置。但粗纜網(wǎng)絡(luò)必須安裝收發(fā)器和收發(fā)器電纜,安裝難度大,所以總體造價高。相反,細(xì)纜安裝則比較簡單,造價低,但由于安裝過程要切斷電纜,兩頭須裝上基本網(wǎng)絡(luò)連接頭(BNC),然后接在T型連接器兩端,所以當(dāng)接頭多時容易產(chǎn)生接觸不良的隱患,這是目前運行中的以太網(wǎng)所發(fā)生的最常見故障之一。

為了保持同軸電纜的正確電氣特性,電纜屏蔽層必須接地。同時兩頭要有終端器來削弱信號反射作用。

無論是粗纜還是細(xì)纜均為總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),即一根纜上接多部機(jī)器,這種拓?fù)溥m用于機(jī)器密集的環(huán)境。但是當(dāng)一觸點發(fā)生故障時,故障會串聯(lián)影響到整根纜上的所有機(jī)器,故障的診斷和修復(fù)都很麻煩,因此,將逐步被非屏蔽雙絞線或光纜取代。

最常用的同軸電纜有下列幾種:

·RG-8或RG-11
  50Ω
·RG-58
  50Ω
·RG-59
  75Ω
·RG-62
  93Ω

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)一般選用RG-8以太網(wǎng)粗纜和RG-58以太網(wǎng)細(xì)纜。RG-59 用于電視系統(tǒng)。RG-62 用于ARCnet網(wǎng)絡(luò)和IBM3270網(wǎng)絡(luò)。

四、布線結(jié)構(gòu)

在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)布線系統(tǒng)中,對同軸電纜的粗纜和細(xì)纜有三種不同的構(gòu)造方式,即細(xì)纜結(jié)構(gòu)、粗纜結(jié)構(gòu)和粗/細(xì)纜混合結(jié)構(gòu)。

1、細(xì)纜結(jié)構(gòu)
 

細(xì)纜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 細(xì)纜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖
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1)硬件配置
 

(1)網(wǎng)絡(luò)接口適配器:網(wǎng)絡(luò)中每個結(jié)點需要一塊提供BNC接口的以太網(wǎng)卡、便協(xié)式適配器或PCMCIA卡。
(2)BNC-T型連接器:細(xì)纜Ethernet上的每個結(jié)點通過T型連接器與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接,它水平方向的兩個插頭用于連接兩段細(xì)纜,與之垂直的插口與網(wǎng)絡(luò)接口適配器上的BNC連接器相連。
(3)電纜系統(tǒng):用于連接細(xì)纜以太網(wǎng)的電纜系統(tǒng)包括:

·細(xì)纜(RG-58 A/U):直徑為5毫米,特征阻抗為50歐姆的細(xì)同軸電纜。
·BNC連接器插頭:安裝在細(xì)纜段的兩端。
·BNC桶型連接器:用于連接兩段細(xì)纜。
·BNC 終端匹配器:BNC 50歐姆的終端匹配器安裝在干線段的兩端,用于防止電子信號的反射。干線段電纜兩端的終端匹配器必須有一個接地。

(4)中繼器:對于使用細(xì)纜的以太網(wǎng),每個干線段的長度不能超過185米,可以用中繼器連接兩個干線段,以擴(kuò)充主干電纜的長度。每個以太網(wǎng)中最多可以使用四個中繼器,連接五個干線段電纜。

2)技術(shù)參數(shù)
 

·最大的干線段長度:185米。
·最大網(wǎng)絡(luò)干線電纜長度:925米。
·每條干線段支持的最大結(jié)點數(shù):30。
·BNC-T型連接器之間的最小距離:0.5米。

3)特點
 

·容易安裝。
·造價較低。
·網(wǎng)絡(luò)抗干擾能力強(qiáng)。
·網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和擴(kuò)展比較困難。
·電纜系統(tǒng)的斷點較多,影響網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠性。

2、粗纜結(jié)構(gòu)
 

粗纜以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 粗纜以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

1)硬件配置
 

建立一個粗纜以太網(wǎng)需要一系列硬件設(shè)備,包括:

(1)網(wǎng)絡(luò)接口適配器:網(wǎng)絡(luò)中每個結(jié)點需要一塊提供AUI接口的以太網(wǎng)卡、便提式適配器或PCMCIA卡。
(2)收發(fā)器(Transceiver):粗纜以太網(wǎng)上的每個結(jié)點通過安裝在干線電纜上的外部收發(fā)器與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。在連接粗纜以太網(wǎng)時,用戶可以選擇任何一種標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)(IEEE802.3)類型的外部收發(fā)器。
(3)收發(fā)器電纜:用于連接結(jié)點和外部收發(fā)器,通常稱為AUI電纜。
(4)電纜系統(tǒng):連接粗纜以太網(wǎng)的電纜系統(tǒng)包括:

·粗纜(RG-11 A/U):直徑為10毫米,特征阻抗為50歐姆的粗同軸電纜,每隔2.5米有一個標(biāo)記。
·N-系列連接器插頭:安裝在粗纜段的兩端。
·N-系列桶型連接器:用于連接兩段粗纜。
·N-系列終端匹配器:N-系列50歐姆的終端匹配器安裝在干線電纜段的兩端,用于防止電子信號的反射。干線電纜段兩端的終端匹配器必須有一個接地。

(5)中繼器:對于使用粗纜的以太網(wǎng),每個干線段的長度不超過500米,可以用中繼器連接兩個干線段,以擴(kuò)充主干電纜的長度。每個以太網(wǎng)中最多可以使用四個中繼器,連接五段干線段電纜。

2)技術(shù)參數(shù)
 

·最大干線段長度:500米。
·最大網(wǎng)絡(luò)干線電纜長度:

2500米。
·每條干線段支持的最大結(jié)點數(shù):100。
·收發(fā)器之間最小距離:2.5米。
·收發(fā)器電纜的最大長度:50米。

 

3)特點
 

·具有較高的可靠性,網(wǎng)絡(luò)抗干擾能力強(qiáng)。
·具有較大的地理覆蓋范圍,最長距離可達(dá)2500米。
·網(wǎng)絡(luò)安裝、維護(hù)和擴(kuò)展比較困難。
·造價高。

3、粗/細(xì)纜混合結(jié)構(gòu)
1)硬件配置
 

在建立一個粗/細(xì)混合纜以太網(wǎng)時,除需要使用與粗纜以太網(wǎng)和細(xì)纜以太網(wǎng)相同的硬件外,還必須提供粗纜和細(xì)纜之間的連接硬件。連接硬件包括:

·N-系列插口到BNC插口連接器。
·N-系列插頭到BNC插口連接器。

2)技術(shù)參數(shù)
 

·最大的干線長度:大于185米,小于500米。
·最大網(wǎng)絡(luò)干線電纜長度:大于925米,小于2500米。

為了降低系統(tǒng)的造價,在保證一條混合干線段所能達(dá)到的最大長度的情況下,應(yīng)盡可能使用細(xì)纜?？梢杂孟旅娴墓接嬎阍谝粭l混合的干線段中能夠使用的細(xì)纜的最大長度t= ( 500 - L ) / 3.28，其中:L為要構(gòu)造的干線段長度,t為可以使用的細(xì)纜最大長度。例如,若要構(gòu)造一條400米的干線段,能夠使用的細(xì)纜的最大長度為:(500 - 400 ) / 3.28 = 30(米)。

3)特點
 

·造價合理。
·網(wǎng)絡(luò)抗干擾能力強(qiáng)。
·系統(tǒng)復(fù)雜。
·網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和擴(kuò)展比較困難。
·增加了電纜系統(tǒng)的斷點數(shù),影響網(wǎng)絡(luò)的可靠性。