کابل‌ کواکسیال چیست؟ کاربردها، ویژگی‌ها و مزایا

کابل کواکسیال (Coaxial Cable) یا مختصرتر بگوییم کابل کواکسی، نوعی کابل مسی است که به طور خاص با یک لایه محافظ فلزی و اجزای دیگری طراحی شده تا از ایجاد تداخل در سیگنال جلوگیری کند. شرکت‌های ارائه‌دهنده خدمات تلویزیون کابلی بیشترین استفاده را از کابل‌های کواکسیال دارند که از آن برای اتصال تجهیزات آنتن ماهواره‌ای خود به خانه‌ها و کسب‌وکارهای مشتریان استفاده می‌کنند. شرکت‌های مخابراتی نیز گاهی از کابل کواکسیال برای اتصال مراکز مخابراتی به تیرهای تلفن نزدیک محل مشتریان استفاده می‌کنند. در ادامه با ویژگی‌ها، قابلیت‌ها و کاربردهای کابل‌های کواکسیال بیشتر آشنا می‌شوید.

کابل کواکسیال چیست؟

مهندس و ریاضی‌دان انگلیسی، الیور هویساید (Oliver Heaviside)، کابل کواکسیال را در سال ۱۸۸۰ اختراع کرد. شرکت AT&T نیز نخستین سیستم انتقال کواکسیال بین‌قاره‌ای خود را در سال ۱۹۴۰ راه‌اندازی کرد. در بسیاری از مواقع کابل مسی زوج‌تابیده و فیبر نوری از گزینه‌های جایگزین کابل کواکسیال هستند.

اصطلاح کواکسیال از ساختار این کابل گرفته شده است. در این طراحی، یک کانال فیزیکی که سیگنال را منتقل می‌کند، توسط یک کانال فیزیکی هم‌مرکز دیگر احاطه شده است و هر دو در امتداد یک محور قرار دارند. کانال داخلی از یک سیم مسی تشکیل شده است که یک لایه عایق آن را از کانال بیرونی جدا می‌کند. کانال بیرونی نقش اتصال به زمین را برعهده دارد و از شبکه‌ای از سیم‌های مسی ساخته می‌شود و لایه دیگری از عایق این سیم هر دو کانال داخلی و خارجی را در بر می‌گیرد.

برخی از این کابل‌ها یا مجموعه‌ای از لوله‌های کواکسیال می‌توانند یک روکش خارجی مشترک داشته باشند و با استفاده از تقویت‌کننده‌ها (Repeaters)، اطلاعات را در مسافت‌های طولانی منتقل کنند.

تفاوت کابل کواکسیال و کابل افشان

کابل کواکسیال و کابل افشان از نظر ساختار و کاربرد با همدیگر تفاوت اساسی دارند. کابل کواکسیال از یک هادی مرکزی، لایه عایق، شیلد فلزی و روکش بیرونی تشکیل شده است. شیلد فلزی از سیگنال در برابر نویز و تداخل الکترومغناطیسی محافظت می‌کند، به همین دلیل این کابل برای انتقال سیگنال‌های فرکانس بالا مانند تلویزیون، اینترنت کابلی، آنتن و دوربین مداربسته مناسب است.

در مقابل، کابل افشان اصطلاحی کلی برای انواع کابل‌های برق یا انتقال سیگنال است و ساختار آن به نوع کابل بستگی دارد. کابل افشان فاقد شیلد محافظ است و بیشتر برای انتقال جریان برق یا کاربردهای عمومی استفاده می‌شود. بنابراین انتخاب بین این دو به کاربرد بستگی دارد، اگر انتقال سیگنال با کیفیت و مقاومت در برابر نویز اهمیت داشته باشد، کواکسیال گزینه مناسب‌تری است، در حالی که برای سیم‌کشی و انتقال برق معمولاً کابل‌ افشان کاربرد بیشتری دارند.

کابل شیلددار چیست؟ بررسی کامل و انواع آن

کابل‌های کواکسیال چگونه کار می‌کنند؟

کابل‌های کواکسیال از لایه‌های هم‌مرکزِ رساناهای الکتریکی و مواد عایق تشکیل شده‌اند. این ساختار باعث می‌شود سیگنال‌ها درون کابل محصور بمانند و از تداخل ناشی از نویز الکتریکی جلوگیری شود. لایه‌های هم‌مرکز کابل کواکسیال شامل موارد زیر هستند:

• رسانای مرکزی: یک سیم نازک مسی است که می‌تواند به صورت یکپارچه یا بافته‌شده باشد و جریان الکتریکی را هدایت کند.
• لایه دی‌الکتریک: از یک ماده عایق با ویژگی‌های الکتریکی مشخص ساخته شده و سیم مرکزی را احاطه می‌کند.
• لایه محافظ (Shield): اطراف لایه دی‌الکتریک قرار دارد و از فویل فلزی یا شبکه بافته‌شده مسی تشکیل می‌شود.
• روکش عایق: کل مجموعه کابل را در بر می‌گیرد. لایه محافظ فلزی بیرونی کابل کواکسیال از طریق کانکتورها در هر دو انتهای کابل به زمین متصل می‌شود. این لایه از سیگنال‌ها محافظت و یک مسیر برای تخلیه تداخل‌ها و سیگنال‌های ناخواسته فراهم می‌کند.

کابل زره دار چیست؟ چه تفاوتی با کابل معمولی دارد؟

ویژگی‌های کابل کواکسیال

طراحی این نوع کابل برق به ابعاد و مواد به کاررفته در آن بستگی دارد. کنترل این عوامل به تولید کابلی با مقدار مشخصی از امپدانس مشخصه (Characteristic Impedance) کمک می‌کند. امپدانس به فرکانس سیگنال حساس است. در صورت وجود ناهماهنگی امپدانس، سیگنال‌های فرکانس بالا بخشی از انرژی خود را بازتاب می‌دهند که این مسئله می‌تواند باعث ایجاد خطا شود. در فرکانس‌های بالاتر از ۱ گیگاهرتز، سازنده کابل باید از دی‌الکتریکی استفاده کند که ضمن جلوگیری از تضعیف بیش از حد سیگنال، امپدانس مشخصه را هم به شکلی تغییر ندهد که موجب بازتاب سیگنال شود.

به طور کلی باید گفت ویژگی‌های الکتریکی کابل کواکسیال به نوع کاربرد آن بستگی دارد و برای عملکرد مناسب کابل اهمیت زیادی دارد. دو مقدار استاندارد برای امپدانس مشخصه عبارتند از:

• ۵۰ اهم: مورد استفاده در محیط‌هایی با توان متوسط
• ۷۵ اهم: کاربرد در اتصالات آنتن و تأسیسات خانگی

انواع کابل‌های کواکسیال

کابل‌های کواکسیال انواع مختلفی دارند که برخی از مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از:

• کابل کواکسیال هاردلاین (Hard-line): این کابل‌ها از لوله‌های گرد مسی و ترکیبی از فلزات مانند آلومینیوم یا مس به عنوان لایه محافظ استفاده می‌کنند و برای اتصال فرستنده به آنتن به کار می‌روند.
• کابل تری‌اکسیال (Triaxial): دارای یک لایه محافظ سوم و متصل به زمین هستند که از سیگنال‌های منتقل‌شده درون کابل محافظت می‌کند.
• کابل کواکسیال خط سخت (Rigid-line): از دو لوله مسی تشکیل شده‌اند که مانند لوله‌های غیرقابل خم‌شدن عمل می‌کنند. این کابل‌ها برای استفاده در فضای داخلی و اتصال فرستنده‌های رادیویی فرکانس بالا و توان بالا طراحی شده‌اند.
• کابل تشعشعی (Radiating Cable): بسیاری از اجزای آن مشابه کابل هاردلاین است، اما روی لایه محافظ آن شکاف‌هایی با اندازه و موقعیت مشخص ایجاد شده که با طول موج فرکانس رادیویی (RF) مورد استفاده کابل هماهنگ هستند. این نوع کابل در آسانسورها، تجهیزات نظامی و تونل‌های زیرزمینی استفاده می‌شود.

انواع کانکتورهای کابل کواکسیال

کانکتور کابل برق قطعه‌ای است که برای اتصال ایمن و مطمئن کابل‌های برق به یکدیگر یا به تجهیزات الکتریکی استفاده می‌شود. این قطعه با ایجاد اتصال مناسب، از شل‌شدن سیم، تماس ناخواسته و آسیب به محل اتصال جلوگیری می‌کند. کانکتورها در انواع مختلفی مانند پیچی، فشاری، سوکتی و ترمینالی و متناسب با ولتاژ و جریان‌های مختلف تولید می‌شوند.

کابل‌های کواکسیال از کانکتورهای مختلفی استفاده می‌کنند که در دو گروه نری (Plug) و مادگی (Socket) قرار می‌گیرند. انواع این قطعات را در زیر بررسی کرده‌ایم.

• کانکتورهای BNC (Bayonet Neill-Concelman): کانکتورهای BNC در تلویزیون، سیگنال‌های ویدئویی و سیستم‌های رادیویی با فرکانس کمتر از ۴ گیگاهرتز استفاده می‌شوند.
• کانکتورهای TNV (Threaded Neill-Concelman): نسخه رزوه‌دار کانکتور BNC است که در تلفن‌های همراه کاربرد دارد. کانکتورهای TNC تا فرکانس ۱۲ گیگاهرتز کار می‌کنند.
• کانکتور SMA (SubMiniature version A): در تلفن‌های همراه، سیستم‌های آنتن Wi-Fi، سیستم‌های مایکروویو و تجهیزات رادیویی استفاده می‌شود. کانکتورهای SMA تا فرکانس ۱۸ گیگاهرتز کار می‌کنند، اگرچه برخی مدل‌ها می‌توانند تا ۲۶.۵ گیگاهرتز نیز عملکرد داشته باشند.
• کانکتور SMB (SubMiniature version B): این نوع کانکتور بیشتر در تجهیزات مخابراتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
• کانکتورهای QMA (Quick Lock SMA): نوعی نسخه دارای قفل سریع از کانکتور SMA است که در تجهیزات صنعتی و سیستم‌های ارتباطی استفاده می‌شود.
• کانکتور RCA (Radio Corporation of America): کانکتورهای RCA در تجهیزات صوتی و تصویری کاربرد دارند. کابل‌های زرد، سفید و قرمز که در تلویزیون‌های قدیمی استفاده می‌شدند، نمونه‌ای از این نوع اتصالات هستند. این کانکتورها با نام جک‌های A/V نیز شناخته می‌شوند.
• کانکتورهای F: این نوع کانکتور با نام F-type نیز شناخته می‌شوند و در تلویزیون‌های دیجیتال و تلویزیون کابلی کاربرد دارند. این کانکتورها با کابل‌های RG-6 یا RG-59 استفاده می‌شوند.

نکاتی برای انتخاب بهترین کابل آنتن تلوزیون

کاربردهای کابل کواکسیال

این نوع کابل در خانه‌ها و دفاتر کوچک برای تلویزیون کابلی، تجهیزات ویدئویی خانگی، تجهیزات رادیویی آماتور و دستگاه‌های اندازه‌گیری کاربرد دارند. همچنین از آنها در خودروها، هواپیماها، تجهیزات نظامی و تجهیزات پزشکی استفاده می‌شود. یکی از مهم‌ترین کاربردهای آن‌ها اتصال دیش‌های ماهواره و آنتن‌های رادیویی و تلویزیونی به گیرنده‌های مربوطه است.

شاید جالب باشد بدانید کابل‌های کواکسیال به عنوان یکی از نخستین انواع کابل مورد استفاده برای اترنت نیز کاربرد داشتند و می‌توانستند سرعتی تا حدود ۱۰ مگابیت بر ثانیه را پشتیبانی کنند. پس از آن، کابل‌های زوج‌تابیده جایگزین کواکسیال در شبکه‌های اترنت شدند. بااین‌حال، کابل‌های کواکسیال همچنان برای ارائه اینترنت پهن‌باند کابلی جایگاه قبلی خودشان را حفظ کرده‌اند.

استانداردهای کابل کواکسیال

تقریباً ۵۰ استاندارد مختلف برای کابل‌های کواکسیال وجود دارد. این استانداردها اغلب برای کاربردهای خاص، مانند رادیو آماتوری یا کابل‌های تلویزیونی کم‌افت طراحی شده‌اند. به دلیل استفاده گسترده این نوع کابل در صنعت تلویزیون کابلی، کابل‌های RG-6 با محافظ دوگانه یا چهارگانه و امپدانس ۷۵ اهم در بسیاری از صنایع به یک استاندارد عملی تبدیل شده‌اند. سایر مشخصات رایج کابل‌های کواکسیال دارای امپدانس‌های ۵۰، ۵۲ یا ۹۳ اهم هستند.

سایر استانداردهای رایج کابل کواکسیال عبارتند از:

• RG-59/U: برای انتقال سیگنال پهن‌باند در سیستم‌های تلویزیون مداربسته (CCTV) استفاده می‌شود.
• RG-214/U: برای انتقال سیگنال‌های فرکانس بالا کاربرد دارد.

میزان انعطاف‌پذیری یا سفتی مکانیکی کابل‌های کواکسیال در همه محصولات بازار یکسان نیست و به ساختار داخلی و نوع کاربرد کابل بستگی دارد. برای مثال، کابل‌های مورد استفاده در توان بالا عایق ضخیم‌تری دارند و در نتیجه بسیار سفت و کم‌انعطافی آنها می‌شود.

برخی کابل‌ها با سیم مرکزی ضخیم‌تر ساخته می‌شوند که باعث می‌شود مقاومت ناشی از اثر پوستی (Skin Effect) در سیگنال‌های فرکانس بالا کاهش پیدا کند، زیرا این سیگنال‌ها به جای حرکت در تمام حجم، بیشتر روی سطح رسانا حرکت می‌کنند. استفاده از رسانای مرکزی بزرگتر، به ازای هر متر یک کابل مقاوم‌تر و در عین حال دارای افت کمتر ایجاد می‌کند.

جریان مجاز کابل چقدر است؟

معایب کابل کواکسیال

یکی از مشکلات این کابل به تداخل آنها مربوط می‌شود. برای مثال باید به نشت سیگنال اشاره کنیم که زمانی رخ می‌دهد که میدان الکترومغناطیسی از میان لایه محافظ کابل به بیرون عبور کند. در برخی موارد نیز یک سیگنال خارجی می‌تواند از طریق عایق به داخل کابل نفوذ کند.

کابل‌های مستقیم و خطی مورد استفاده برای اتصال به دکل‌های پخش رادیویی تجاری، کمترین میزان نشت و تداخل را دارند. دلیل این موضوع، استفاده از لایه‌های محافظ رسانا و یکپارچه است که شکاف‌های بسیار کمی در آن‌ها وجود دارد. این در حالی است که در محیط‌هایی مانند راکتورهای هسته‌ای اهمیت بیشتری پیدا می‌کند و این محیط‌ها به لایه‌های محافظ ویژه نیاز دارند، تداخل مهم می‌شود.

تفاوت کابل RG-59 و RG-6

کابل‌های RG-59 و RG-6 دو نوع کابل کواکسیال هستند که به طور گسترده در تلویزیون ماهواره‌ای و مودم‌های کابلی استفاده می‌شوند. در تأسیسات قدیمی‌تر، پیش از رواج کابل RG-6، بیشتر از RG-59 استفاده می‌شد که باریک‌تر است و رسانای مرکزی مسی با اندازه 20 AWG دارد. این کابل برای سیستم‌های CCTV و سیستم‌های ویدئویی آنالوگ مناسب‌تر است، به همین دلیل آن را در ساختمان‌های قدیمی مشاهده می‌کنید.

اما کابل کواکسیال RG-6 بزرگ‌تر است و رسانای مرکزی آن اندازه 18 AWG دارد. این کابل هم دارای رسانای مرکزی مسی است و همراه با تجهیزات دارای پهنای باند و فرکانس بالا استفاده می‌شود. بنابراین سیگنال‌های اینترنت و ماهواره می‌توانند در فرکانس بالاتری نسبت به سیستم‌های ویدئویی آنالوگ سنتی منتقل شوند.

انتخاب کابل مناسب تا حد زیادی به فرکانس مورد استفاده بستگی دارد. برای کاربردهایی با فرکانس بالاتر از ۵۰ مگاهرتز، استفاده از کابل RG-6 توصیه می‌شود.

سوالات متداول مرتبط با کابل کواکسیال