Tema Tehnologie Electronica

Cabluri coaxiale,Cabluri ecranate. Eficienta de ecranare, calcul numeric

Student:Neagu Andrei

Grupa: 5407-TST

Cabluri coaxiale

Definitie: Principalele suporturi sau medii de comunicaţii pentru transmiterea datelor sunt cele pe fire de cupru. Primul tip de cablu de date folosit a fost cablul coaxial. Acesta este format dintr-un conductor cilindric exterior ce înconjoară un singur fir interior, realizat din două elemente. Unul dintre ele, poziţionat în centru, este un conductor din cupru. Peste conductorul din cupru se află un strat flexibil de izolaţie. Peste acest material izolant găsim o bridă formată din fire subţiri din cupru sau o folie metalică ce acţionează ca un al doilea fir în circuit, cu rol de protecţie pentru firul interior (protecţie care ajută la reducerea interferenţelor electromagnetice provenite din exterior). Ultimul strat, cel mai exterior, este reprezentat de mantaua externă a cablului. Cablul coaxial este ultilizat pentru transmisiuni de înaltă frecvenţă sau pentru semnale de bandă largă. Teoretic, prin cablul coaxial pot fi atinse viteze de la 10 până la 100 Mbps. Avantaje/Dezavantaje: Cablul coaxial poate fi utilizat pe distanţe mai mari decât cablul torsadat ( de exemplu, Ethernet-ul poate fi utilizat pe aproximativ 100 metri cu cablu torsadat în timp ce utilizarea cablului coaxial măreşte această distanţă la 500 m). Cel mai mare avantaj al cablului coaxial îl constituie răspunsul acestuia în frecvenţă (de la frecvenţe foarte joase până la frecvenţe foarte înalte) ceea ce îl face să fie preferat în transmisiile de

televiziune prin cabu. De asemenea transmisiile prin cablu coaxial sunt protejate împotriva interferenţelor electromagnetice. Pentru LAN-uri, cablul coaxial oferă o multitudine de avantaje: poate funcţiona cu mai puţine amplificări de semnal decât cablul UTP sau STP şi pe distanţe mai lungi între nodurile reţelei de calculatoare; repetoarele care regenerează semnalele din reţea permit acoperirea unor distanţe mult mai mari; cablul coaxial este mai ieftin decât fibra optică iar tehnologia este foarte cunoscută deoarece a fost utilizată de mai mulţi ani pentru multe aplicaţii de date. Există însă şi dezavantaje ale folosirii cablului coaxial: dacă firul conductor exterior nu este legat corect la împământare interferenţele electromagnetice vor introduce distorsiuni mari în semnalul de date transmis; dacă firul central din cupru trebuie să aibă diametrul mare atunci cablu coaxial va avea dimensiuni mari, va fi greu, puţin flexibil şi cu dificultăţi la manipulare

Parametrii Parametrii principali ai cablului coaxial sunt: Impedanta caracteristica masurata in ohmi e calculata dupa formula

Intrucat proprietatile dielectricului pentru materialul interior nu variaza foarte mult, impedanta este independenta de frecventa Capacitatea masurata in farazi/metru Rezistenta masurata in ohmi pe metro Atenuarea masurata in decibeli/metru [vezi Anexa 1]. Aceasta este dependenta de pierderile in dielectricul care umple cablul si de pierderile rezistive din conductorul central si invelisul metallic [cusca lui Faraday]. Aceste pierderi sunt dependente si de frecventa, pierderile crescand daca frecventa scade Diametrul interior Viteza de propagare care depinde de tipul dielectricului Frecventa de taiere

Exemple de utilizare: Cablul coaxial poate fi împărţit în două categorii: Cablul coaxial subţire (thinnet) (aproximativ 6 mm grosime) este utilizat ca şi conexiune a plăcii de reţea cu restul reţelei. Este flexibil şi uşor de instalat. Distanţa de transport a cablului este de 185 metri, după care semnalul se atenuează. Cablul coaxial gros (thicknet) (aproximativ 12 mm grosime) este utilizat în conectarea mai multor reţele mici. Distanţa de transport a cablului este de 500 metri, după care semnalul se atenuează.

Cablurile coaxiale de mare lungime se folosesc pentru a conecta retele radio si de televiziune, desi au fost inlocuite la scara larga de alte metode mai eficiente (fibra optica, comunicatii prin satelit). Acesta ramane insa principala destinatie a cablului coaxial si inca mai este folosit de majoritatea utilizatorilor de televizoare.

Cablurile coaxiale de mici dimensiuni se folosesc in echipamente militare si in alte echipamente de scanare cu ultrasunete.

Eficienta de ecranare: Eficienţa de ecranare se poate defini ca reducerea intensitaţii câmpului electric si/sau magnetic provocat de un material de ecranare. Este convenabil de exprimat eficienta ecranelor în decibeli (dB). S=10lg(densitatea puterii incidente/dens. Puterii transmise) Eficienţa de ecranare totala a unui material (exprimat în decibeli) este egala în acest caz, cu suma pierderilor prin reflexie (R), pierderilor prin absorbţie (A) şi un factor de corecţie (B) care ţine cont de reflexiile multiple în ecranele subţiri. Acest ultim factor se poate anula daca pierderile prin absorbţie sunt mai mari de 9 dB.

S=R+A+B

Exemplu numeric pentru calculul atenuarii:

Conectori pentru cabluri coaxiale

Pentru conectarea la calculator se folosesc componente de conectare BNC (British Naval Connector) – pentru cablul coaxial Thinnet 10Base2.

a) Conectorul de cablu este sertizat la cele două capete ale cablului. b) Conectorul BNC-T cuplează placa de reţea din calculator la cablul

de reţea. c) Conector BNC bară conectează doua segmente de cablu coaxial

subţire. d) Terminatorul BNC se foloseşte la fiecare capăt al magistralei

pentru a absorbi semnalele parazite. Fără terminatoare o reţea de tip magistrală nu poate funcţiona.

A B C D Din punct de vedere al schemei electrice un cablu coaxial poate fi reprezentat in felul urmator :

Velocitatea propagarii se refera viteza de propagare in metri pe secunda raportata la viteza luminii in vid si depinde de caracteristicile dielectricului interior

Unde c e viteza luminii in vid iar celalte elemente ale formulei sunt constante ce depind de caracteristicile dielectricului cablului. Imperfectiunile executiei cablurilor coaxiale pot provoca interferente vizibile sau audio . In sistemele de distributie de CATV analogice diferenta de potential intre reteaua coaxiala si Sistemul electric de impamintare al cladirii pot provoca o interferenta vizibila pe imagine sub forma unei bare mai intunecate ce se deruleaza lent in sus . Astfel de interferente pot fi prevenite printr-o lipire buna la un sistem de impamantare corespunzator

Cabluri ecranate

Majoritatea aplicatiilor si mediilor industriale, sunt în mod obișnuit medii zgomotoase din punct de vedere electric. Zgomotul electric, fie radiat sau efectuat ca interferență electromagnetică (EMI), poate perturba grav funcționarea corespunzătoare a altor echipamente. Izolația protejează mecanic un cablu de “impuritati” și abraziune, de la umiditate și alti factori externi din mediu ce pot perturba eficienta cablului. Dar izolația este ineficienta pentru energia electromagnetică și nu oferă protecție. De aceea este nevoie de ecranare pentru a combate efectele interferentelor electromagnetice.(EMI).

Cablurile pot fi o sursă principală de transfer pentru EMI, atât ca sursă, cât și ca receptor. Ca sursă, cablul poate conduce zgomot la alte echipamente sau poate acționa ca un zgomot radiant al antenei. Ca receptor, cablul poate prelua EMI radiat din alte surse. Ecranarea elimina aceste problem pentru ambele cazuri. Modul principal de a combate EMI în cabluri este prin utilizarea de ecranare. Ecranul înconjoară conductorii interni de semnal sau de alimentare. Ecranul poate acționa asupra EMI în două moduri. În primul rând, poate reflecta energia. În al doilea rând, poate să preia zgomotul și să-l conducă la sol. În ambele cazuri, EMI nu ajung la conductori. Totusi, o anumită energie trece încă prin scut, dar este atât de puternic atenuată încât nu provoacă interferente. Există două tipuri de ecranare utilizate în mod obișnuit pentru cabluri: folie și panglică. Ecranarea prin folie: este folosit un strat subțire de aluminiu, de obicei atașat de un material mai dur, cum ar fi poliesterul pentru a adăuga rezistență și robustețe. Oferă o acoperire de 100% a conductorilor pe care îi înconjoară, ceea ce este foarte bine. Este subțire, ceea ce face sa fie mai greu de lucrat cu el, mai ales când aplicați se aplica un conector de legatura. O panglică este o plasă țesută de fire de cupru goale sau conservate. Panglica oferă o rezistență scăzută la pământ și este mult mai ușor de terminat prin crimpare sau lipire atunci când se atașează un conector. Dar scuturile împletite nu oferă o acoperire de 100%. Acestea permit decalaje mici în acoperire. În funcție de etanșeitatea țesaturii, împletiturile oferă de obicei acoperire de 70% și 95%. Când cablul este în staționare, 70% este de obicei suficient. De fapt, nu se va observa o creștere a

eficacității ecranării cu procente mai mari de acoperire. Deoarece cuprul are o conductivitate mai mare decât aluminiu și panglica are mai mult volum pentru conduce zgomotul, panglica este mai eficientă ca scut. Dar se adaugă dimensiunea și costul cablului.

Eficienta de ecranare, calcul numeric:

Enunt: Sa se determine atenuarea (camp departat) a unei folii de cupru de 35um la fecventa de 1 MHz. Atenuarea datorita reflexie:

R=168-lgf-108dB Atenuarea prin absorbtie (A): A= dBpfdA 5.47.8 == µ De unde rezulta o corectie de -3db: A=108+4.5-3=109.5 dB Enunt: Sa se determine atenuarea unui ecran din cupru cu grosimea de 0.8 mm la f=100 MHz g>o.7δ δ =6.6 um

Zi=σµf710*68.3 −

Atenuarea va fi:

R= dBZZ

ZZZZ

SS

S 1004

lg204

)(lg20 0

0

20 =+

La frecvente ridicate,impedanta de suprfata a unui ecran devinde inpedanta de grosimea ecranului si are expresia:

r

r

r

rS j

jj

Zεωεσωµµ

ωρεεµµ

0

0

0

0

)/( +=

−=

Atenuarea de cuplare ac, care este comparabilă cu rezultatele obținute în metoda clemei absorbante se calculează cu valoarea arbitrară determinată valoare normalizată ZS = 150

și cu corectarea atenuării operaționale a sistem exterior în cazul procedurii cu cap deschis.