Koaksiaalikaapeli: rakenne, käyttö ja tyypit

Tutustu koaksiaalikaapelin rakenteeseen, käyttöihin ja tyyppeihin — selkeä opas kaapelitelevisiosta korkeataajuusiin ja standardeihin.

Koaksiaalikaapeli on erityinen sähkökaapeli. Sitä käytetään signaalien siirtämiseen. Kaapeli on erikoiseristetty. Tämä tekee siitä melko jäykän. Koaksiaalikaapeleita käytetään nykyään esimerkiksi kaapelitelevisiossa. Koaksiaalikaapeleita voidaan käyttää myös tietokoneverkoissa, mutta se on harvinaistunut 2000-luvulla, koska kierrettyjä parikaapeleita voidaan käyttää helpommin.

Tällaiset kaapelit on yleensä valmistettu johtavasta langasta. Sitten on eriste, sitten on toinen kerros johtavaa materiaalia. Lopuksi on (eristävä) vaippa. Tällaisia kaapeleita käytetään suurtaajuussiirtojohtona suurtaajuisen tai laajakaistaisen signaalin siirtämiseen. Koska signaalia kuljettava sähkömagneettinen kenttä esiintyy (mieluiten) vain sisä- ja ulkojohtimien välisessä tilassa, se ei voi häiritä ulkoisia sähkömagneettisia kenttiä tai kärsiä niiden aiheuttamista häiriöistä.

Koaksiaalikaapeleita on erityyppisiä, ja ne täyttävät erilaiset standardit.

Rakenne ja materiaalit

Tyypillisessä koaksiaalikaapelissa on neljä pääosaa:

• Sisäjohto – keskellä kulkeva johtava lanka tai johtinsäie, joka voi olla kiinteä (solid) tai monisäikeinen (stranded). Materiaalina yleisimmin kupari tai kuparipäällystetty teräs.
• Dielektrinen eriste – sisäjohdon ympärillä oleva eriste, yleensä polyeteeni (PE), vaahtomuovinen PE (foamdPE) tai teflon (PTFE). Eriste määrää kaapelin kapasitiivisuuden ja velocity factor-arvon.
• Suojakerros / läpikalvo – yksi tai useampi johtava kerros (kuparipunos, alumiinifolio tai niiden yhdistelmä) jotka suojaavat ulkoisilta häiriöiltä ja muodostavat ulkojohtimen.
• Vaippa – ulkokuori, joka suojaa mekaaniselta rasitukselta ja kosteudelta; materiaali yleensä PVC tai PE.

Tekniset ominaisuudet

Tärkeimpiä teknisiä arvoja ovat:

• Ominaisimpedanssi – tavallisesti 50 Ω (ammattilaitteet, radiotekniikka) tai 75 Ω (TV- ja kaapeliverkot). Impedanssin sopivuus on tärkeää, jotta heijastuksia ja tehohäviöitä ei synny.
• Häviö (attenuaatio) – signaalin vaimeneminen pituusyksikköä kohti, kasvaa taajuuden mukana. Mitataan dB/100 m.
• Vaipan suojauksen tehokkuus – kuinka hyvin kaapeli estää ulkoisia häiriöitä; riippuu punoksen tiheydestä ja foliokerroksista.
• Nopeustekijä (velocity factor) – kuinka nopeasti signaali etenee eristeessä verrattuna valoon, yleensä 0,66–0,85.
• Käyttötaajuus – koaksiaaleilla voidaan siirtää signaaleja alimman äänenkorkeuden alueelta aina gigahertseihin asti, riippuen rakenteesta.

Tyypit ja nimitykset

Yleisimmät kotitalous- ja ammattikäytössä vastaan tulevat tyypit:

• RG-sarja (esim. RG-6, RG-59, RG-11) – sotilas- ja telealan alkuperäisiä nimityksiä; RG-6 on yleinen kaapeli-TV- ja satelliittiasennuksissa.
• 75 Ω kaapelit – erityisesti TV- ja multimediayhteyksiin (kaapeli-TV, satelliitti).
• 50 Ω kaapelit – radiolähetyksiin, mittauksiin ja RF-tilanteisiin (ammattikäyttö).
• Semirigid ja hardline – jäykempiä, pienempihäviöisiä ratkaisuja tukiasemiin ja runkoyhteyksiin.
• Triax – kolmimallinen kaapeli, jossa on lisäsuojakerros ja oma ulkoinen johtin; käytetään esimerkiksi televisiolähetyksissä ja mittauslaitteissa.

Käyttökohteet

Koaksiaalikaapelia käytetään laajasti eri sovelluksissa:

• Kaapelitelevisio ja satelliittiverkot (antenni-, F-liittimet).
• Laajakaistainen internetin jakelu (DOCSIS-järjestelmät).
• Radio- ja mikroaaltotekniikka (50 Ω RG-kaapelit, N- ja SMA-liittimet).
• Valvonta- ja CCTV-järjestelmät (BNC-liittimet).
• Mittaukset ja laboratorioympäristöt sekä tukiasemien runkoyhteydet (hardline).

Liittimet ja asennus

Yleisiä liitinmuotoja: F-liitin (TV/satelliitti), BNC (video/mittaukset), N- ja SMA-liittimet (RF). Oikean liittimen ja kaapelin valinta on tärkeää impedanssin ja vaimenen minimoimiseksi. Asennusohjeita:

• Vältä teräviä taivutuksia ja mutkia — noudata valmistajan ilmoittamaa vähimmäistaivutussädettä.
• Pidä suojakerros yhtenäisenä liitoksissa; huonosti tehty liitos kasvattaa heijastuksia ja hävikkiä.
• Ulkokäytössä huolehdi vedenpitävyydestä ja käytä asianmukaisia ulkovaippoja tai liittimien suojauksia.
• Maadoitus — antennijärjestelmissä vaakasuora maadoitus ja ylijännitesuojaus pienentävät salaman ja ylijännitteiden riskiä.

Edut ja rajoitukset

Koaksiaalikaapelin edut:

• Hyvä suojauksensa ansiosta vähemmän häiriöitä kuin avoimilla johdoilla.
• Soveltuu hyvin korkeille taajuuksille ja laajakaistasignaalien siirtoon.
• Yksinkertaiset ja yleisesti saatavilla olevat liittimet.

• Vaimenee pituuden mukana — pitkien yhteyksien kohdalla tarvitaan vahvistimia tai vaihtoehtoisesti kuitu.
• Raskas ja jäykempi kuin kierretty pari; asennus voi olla hankalampaa.
• Nykyään monissa sovelluksissa korvattu kuitu- tai parikaapeliratkaisuilla, jotka tarjoavat suuremman kapasiteetin tai edullisemman asennuksen.

Standardit ja käytännön nyrkkisäännöt

Koaksiaalikaapeleihin liittyy useita standardeja ja luokituksia (esim. IEC-, EN- ja tietyt teollisuustandardit). Valitessasi kaapelia huomioi:

• Tarvittava impedanssi (50 Ω tai 75 Ω).
• Taajuusalue ja sallittu vaimennus.
• Ulko- tai sisäkäyttö — vaipan ja UV-suojauksen tarve.
• Liittimet ja niiden laatu — huonot liitokset aiheuttavat usein signaaliongelmia.

Yhteenvetona: koaksiaalikaapeli on luotettava ja hyvin suojattu ratkaisu korkeataajuisen signaalin siirtoon. Oikean tyypin, liittimien ja asennustavan valinta ratkaisee pitkälti järjestelmän toimivuuden.

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mikä on koaksiaalikaapeli?

K: Mikä on koaksiaalikaapelin eristyksen tarkoitus?

K: Mitkä ovat koaksiaalikaapeleiden yleisiä käyttötarkoituksia?

K: Miten koaksiaalikaapelit rakennetaan?

K: Mikä on johtavan langan ja johtavan materiaalin tehtävä koaksiaalikaapelissa?

K: Miten signaalia kuljettava sähkömagneettinen kenttä on suhteessa koaksiaalikaapelin sisä- ja ulkojohtimiin?

K: Onko olemassa erityyppisiä koaksiaalikaapeleita?

Hae kirjaimella