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狀導體環繞，網外又覆蓋一層保護性材料。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，即下一節要講的寬帶同軸電纜。這種區別是由歷史原因造成的，而不是由于技術原因或生產廠家。

同軸電纜的這種結構，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的電纜可以達到1Gb/s~2Gb/s的數據傳輸速率。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，但仍廣泛應用于有線電視和某些局域網。

2、寬帶同軸電纜

使用有限電視電纜進行模擬信號傳輸的同軸電纜系統被稱為寬帶同軸電纜?！皩拵А边@個詞來源于電話業，指比4kHz寬的頻帶。然而在計算機網絡中，“寬帶電纜”卻指任何使用模擬信號進行傳輸的電纜網。

由于寬帶網使用標準的有線電視技術，可使用的頻帶高達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備，用以把進入網絡的比特流轉換為模擬信號，并把網絡輸出的信號再轉換成比特流。

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

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

1)雙纜系統

雙纜系統有兩條并排鋪設的完全相同的電纜。為了傳輸數據，計算機通過電纜1將數據傳輸到電纜數根部的設備，即頂端器(head-end)，隨后頂端器通過電纜2將信號沿電纜數往下傳輸。所有的計算機都通過電纜1發送，通過電纜2接收。

2)單纜系統

另一種方案是在每根電纜上為內、外通信分配不同的頻段。低頻段用于計算機到頂端器的通信，頂端器收到的信號移到高頻段，向計算機廣播。在子分段(subsplit)系統中，5MHz~30MHz頻段用于內向通信，40MHz~300MHz頻段用于外向通信。在中分(midsplit)系統中，內向頻段是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)寬帶系統有很多種使用方式。在一對計算機間可以分配專用的永久性信道；另一些計算機可以通過控制信道，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共用一條或一組信道。從技術上講，寬帶電纜在發送數字數據上比基帶（即單一信道）電纜差，但它的優點是已被廣泛安裝。

3、同軸電纜網絡

同軸電纜網絡一般可分為三類:

·主干網。主干線路在直徑和衰減方面與其他線路不同,前者通常由有防護層的電纜構成。
·次主干網。次主干電纜的直徑比主干電纜小。當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。同軸電纜每隔100米設一個標記,以便于維修。必要時每隔20米要對電纜進行支撐。在建筑物內部安裝時,要考慮便于維修和擴展,在必要的地方還需提供管道,保護電纜。

同軸電纜一般安裝在設備與設備之間。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)細纜 將細纜切斷,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裝置進行安裝,它利用Tap上的引導針穿透電纜的絕緣層,直接與導體相連。電纜兩端頭設有終端器,以削弱信號的反射作用。

二、參數指標
1、主要電氣參數

(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。當用10MHz的正弦波進行測量時,它的值不超過8.5db(17db/公里);而用5MHz的正弦波進行測量時,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

同軸電纜是由中心導體、絕緣材料層、網狀織物構成的屏蔽層以及外部隔離材料層組成,其結構如圖1所示。

圖1 同軸電纜結構示意圖

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。屏蔽層是由滿足傳輸阻抗和ECM規范說明的金屬帶或薄片組成,屏蔽層的內徑為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、對電纜進行測試的主要參數有:

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

三、規格型號

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絡,它的標準距離長、可靠性高。由于安裝時不需要切斷電纜,因此可以根據需要靈活調整計算機的入網位置。但粗纜網絡必須安裝收發器和收發器電纜,安裝難度大,所以總體造價高。相反,細纜安裝則比較簡單,造價低,但由于安裝過程要切斷電纜,兩頭須裝上基本網絡連接頭(BNC),然后接在T型連接器兩端,所以當接頭多時容易產生接觸不良的隱患,這是目前運行中的以太網所發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。

無論是粗纜還是細纜均為總線拓撲結構,即一根纜上接多部機器,這種拓撲適用于機器密集的環境。但是當一觸點發生故障時,故障會串聯影響到整根纜上的所有機器,故障的診斷和修復都很麻煩,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

計算機網絡一般選用RG-8以太網粗纜和RG-58以太網細纜。RG-59 用于電視系統。RG-62 用于ARCnet網絡和IBM3270網絡。

四、布線結構

在計算機網絡布線系統中,對同軸電纜的粗纜和細纜有三種不同的構造方式,即細纜結構、粗纜結構和粗/細纜混合結構。

1、細纜結構

細纜網絡結構如圖2所示。

圖2 細纜網絡結構示意圖

1)硬件配置

(1)網絡接口適配器:網絡中每個結點需要一塊提供BNC接口的以太網卡、便協式適配器或PCMCIA卡。
(2)BNC-T型連接器:細纜Ethernet上的每個結點通過T型連接器與網絡進行連接,它水平方向的兩個插頭用于連接兩段細纜,與之垂直的插口與網絡接口適配器上的BNC連接器相連。
(3)電纜系統:用于連接細纜以太網的電纜系統包括:

·細纜(RG-58 A/U):直徑為5毫米,特征阻抗為50歐姆的細同軸電纜。
·BNC連接器插頭:安裝在細纜段的兩端。
·BNC桶型連接器:用于連接兩段細纜。
·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:對于使用細纜的以太網,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,以擴充主干電纜的長度。每個以太網中最多可以使用四個中繼器,連接五個干線段電纜。

2)技術參數

·最大的干線段長度:185米。
·最大網絡干線電纜長度:925米。
·每條干線段支持的最大結點數: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。
·網絡抗干擾能力強。
·網絡維護和擴展比較困難。
·電纜系統的斷點較多,影響網絡系統的可靠性。

2、粗纜結構

粗纜以太網結構如圖3所示。

圖3 粗纜以太網結構示意圖

1)硬件配置

建立一個粗纜以太網需要一系列硬件設備,包括:

(1)網絡接口適配器:網絡中每個結點需要一塊提供AUI接口的以太網卡、便提式適配器或PCMCIA卡。
(2)收發器(Transceiver):粗纜以太網上的每個結點通過安裝在干線電纜上的外部收發器與網絡進行連接。在連接粗纜以太網時,用戶可以選擇任何一種標準的以太網(IEEE802.3)類型的外部收發器。
(3)收發器電纜:用于連接結點和外部收發器,通常稱為AUI電纜。
(4)電纜系統:連接粗纜以太網的電纜系統包括:

·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,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,以擴充主干電纜的長度。每個以太網中最多可以使用四個中繼器,連接五段干線段電纜。

2)技術參數

·最大干線段長度:500米。
·最大網絡干線電纜長度:

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

3)特點

·具有較高的可靠性,網絡抗干擾能力強。
·具有較大的地理覆蓋范圍,最長距離可達2500米。
·網絡安裝、維護和擴展比較困難。
·造價高。

3、粗/細纜混合結構
1)硬件配置

在建立一個粗/細混合纜以太網時,除需要使用與粗纜以太網和細纜以太網相同的硬件外,還必須提供粗纜和細纜之間的連接硬件。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)技術參數

·最大的干線長度:大于185米,小于500米。
·最大網絡干線電纜長度:大于925米,小于2500米。

為了降低系統的造價,在保證一條混合干線段所能達到的最大長度的情況下,應盡可能使用細纜?？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纜的最大長度t= ( 500 - L ) / 3.28，其中:L為要構造的干線段長度,t為可以使用的細纜最大長度。例如,若要構造一條400米的干線段,能夠使用的細纜的最大長度為:(500 - 400 ) / 3.28 = 30(米)。

3)特點

·造價合理。
·網絡抗干擾能力強。
·系統復雜。
·網絡維護和擴展比較困難。
·增加了電纜系統的斷點數,影響網絡的可靠性。