Затухання сигналу в коаксіальному кабелі (дБ/100 м) — затухання окрема проблема від неузгодженості імпедансу

Словникова стаття про коаксіальний кабель (типування RG, імпеданс) пояснює, чому характеристичний імпеданс коаксіального кабелю (зазвичай 75 Ом для кабельного ТБ/антенних робіт, 50 Ом для вимірювальних і РЧ-застосувань) повинен збігатися на обох кінцях з'єднання, і чому неузгодженість спричиняє відбиття та стоячі хвилі. Цей гід розглядає інший відмову, що дає на дальньому кінці лінії подібний слабкий або зашумлений сигнал, але має цілком іншу причину та інше рішення: звичайне затухання — поступову втрату потужності сигналу під час проходження через правильно узгоджений, правильно навантажений кабель.

Затухання — втрата, залежна від довжини та частоти, а не відбиття

Навіть коаксіальний кабель з ідеально узгодженим імпедансом 75 Ом (або 50 Ом) на обох кінцях, правильно навантажений без жодних відбиттів, все одно втрачає потужність сигналу під час проходження кабелем. Ця втрата зумовлена опором провідників і діелектричними втратами в ізоляції між ними і зазвичай виражається виробниками кабелю як значення дБ на 100 метрів (або дБ на 100 футів) у паспорті кабелю, загалом відповідно до методів характеризації із серії EN 50117 для коаксіальних кабелів, застосовуваних в інформаційних технологіях і широкосмугових застосуваннях. Для практичної установки важливі дві властивості цієї втрати:

• Вона зростає з довжиною кабелю. Лінія вдвічі довша втрачає приблизно вдвічі більше дБ (затухання в дБ приблизно пропорційне довжині), тому значення з паспорта, вказане на 100 м, потрібно перерахувати на фактичну довжину лінії перед порівнянням з бюджетом чутливості приймача чи камери.
• Вона зростає з частотою сигналу. Один і той самий фізичний кабель затухає сильніше на метр для високочастотнішого сигналу, ніж для низькочастотного, тому виробники публікують значення затухання на кількох точках частоти (наприклад, одне значення на частоті наземного УВЧ-мовлення й інше, вище, на частоті супутникової ПЧ), а не єдине число для всього кабелю.

Чому це «бюджет сигналу», а не критерій придатний/непридатний

Оскільки затухання накопичується як з довжиною, так і з частотою, практична установка — це, по суті, вправа зі складання бюджету: рівень сигналу, що виходить із джерела, мінус сумарна втрата в дБ на лінії кабелю на найвищій цікавій частоті, мінус втрати в будь-яких сплітерах, роз'ємах чи відгалуженнях по дорозі, повинен все ж залишити достатній рівень сигналу на дальньому кінці, щоб приймальне обладнання (ресивер, антенний підсилювач, вхід відеореєстратора CCTV) працювало надійно. Кабель, ідеально узгоджений та ідеально навантажений, все ж може давати непридатне зображення чи зашумлене РЧ-вимірювання просто тому, що лінія довша, ніж дозволяють значення затухання кабелю та рівень сигналу джерела — без будь-якого відбиття чи неузгодженості.

Розрізнення двох проблем на об'єкті

Оскільки і затухання, і неузгодженість імпедансу можуть спричиняти погіршення сигналу, але вимагають різних рішень, корисно розділити симптоми перед пошуком несправності:

• Неузгодженість (кабель з неправильним імпедансом, розхитаний чи пошкоджений роз'єм, погано навантажене відгалуження) зазвичай спричиняє відбиття, що проявляються як двоїння зображення, патерни стоячих хвиль при вимірюванні зворотних втрат чи у часовій рефлектометрії (TDR), або характерну гребінчасту брижу при вимірюванні з розгорткою частоти — і часто присутня вже на короткій лінії.
• Затухання зазвичай дає рівномірно слабкий чи зашумлений сигнал, що погіршується в міру подовження лінії чи додавання послідовно більшої кількості сплітерів, без симптомів, пов'язаних з відбиттям, і присутнє навіть коли кожен роз'єм і значення імпедансу коректні.

Лінія кабелю, звісно, може страждати від обох проблем одночасно (наприклад, недостатньо розрахована лінія кабелю, що доходить до межі затухання, яка також має один погано посаджений роз'єм), тому методична перевірка зазвичай оцінює цілісність імпедансу/навантаження і бюджет затухання, залежний від довжини, як два окремі пункти, а не припускає, що слабкий сигнал спричинений лише однією з двох причин.

Практична значущість

Коли лінія кабельного ТБ, CCTV чи антени працює гірше очікуваного, слід перш за все встановити фактичну довжину кабелю та значення затухання в дБ/100 м з власного паспорта кабелю на релевантній частоті, і порівняти підсумкову сумарну втрату (плюс втрати в сплітерах/відгалуженнях) з рівнем сигналу джерела та чутливістю приймального обладнання. Лише якщо розрахунок бюджету виглядає достатнім, а симптом зберігається, варто досліджувати неузгодженість імпедансу, пошкоджений роз'єм чи несправне відгалуження як окрему першопричину. Опора лише на довжину кабелю без перевірки залежного від частоти значення затухання, або опора лише на перевірку імпедансу/роз'ємів без перевірки бюджету сигналу, залежного від довжини, у кожному разі усуває лише один із двох незалежних механізмів відмови.

Типові помилки

1. Припускати, що слабкий сигнал обов'язково спричинений проблемою імпедансу чи роз'єму — правильно узгоджений, правильно навантажений кабель все ж може не впоратися просто тому, що лінія задовга для значення затухання на використовуваній частоті.
2. Порівнювати значення дБ/100 м від виробника безпосередньо з довшою чи коротшою лінією без перерахунку — затухання в дБ приблизно пропорційне довжині, тому значення потрібно перерахувати на фактичну довжину лінії перед використанням.
3. Використовувати одне значення затухання для всіх цікавих частот — затухання зростає з частотою, тому значення, вказане на одній частоті (наприклад, наземний УВЧ), занижує втрату на вищій частоті (наприклад, супутникова ПЧ) на тому самому кабелі.
4. Ігнорувати накопичені втрати сплітерів і відгалужень у бюджеті сигналу — навіть лінія кабелю, що перебуває із запасом у межах ліміту затухання, все ж може не впоратися, якщо кілька сплітерів, увімкнених послідовно, кожен забирає кілька дБ до того, як сигнал досягне дальнього кінця.

Пов'язані матеріали

• Коаксіальний кабель (типування RG, імпеданс) — словник
• Вимірювання перехідного опору — мікроомметр для з'єднань
• Класи провідників IEC 60228 (клас 1-6)