Coaxiale kabelimpedantie: waarom systemen van 50 ohm en 75 ohm zelden een mismatch vergeven

Coaxiale kabeltechniek

Coaxiale kabelimpedantie: waarom 50 ohm en 75 ohm zelden een mismatch vergeven

Karakteristieke impedantie komt van de geometrie en het diëlektricum, niet van de prijs. Hier leest u hoe 50 en 75 ohm systemen zich gedragen, wat een mismatch eigenlijk kost en welke getallen in een aankoopspecificatie thuishoren.

Een CCTV-installateur beëindigt een RG6-daling van 75 ohm met een 50 ohm BNC-adapter omdat de onderdelenlade dichter bij het magazijn zit. Het beeld is op dag één schoon. Drie weken later meldt de klant zwakke horizontale strepen, waarbij de camera als eerste de schuld krijgt, de recorder als tweede en de kabel als laatste.

De korte versie, vóór de details: elk element in de keten moet het eens zijn over de impedantie, inclusief de kabel, de connector en de apparatuurpoort. Als ze dat niet doen, reflecteert een deel van het signaal terug langs de lijn in plaats van de ontvanger te bereiken, en die reflecties worden schadelijker naarmate de frequentie stijgt en de looptijden langer worden.

Wat volgt behandelt wat karakteristieke impedantie werkelijk is, waarom de industrie genoegen nam met 50 en 75 ohm, hoe een mismatch opduikt in testapparatuur en op een scherm, en wat er in een specificatie moet worden geschreven zodat het probleem nooit de site bereikt.

Wat de coaxiale kabelimpedantie feitelijk meet

Karakteristieke impedantie is geen weerstand. Het is de verhouding tussen spanning en stroom voor een golf die zich langs de lijn voortbeweegt, en bestaat zelfs als er aan het uiteinde niets is aangesloten. In de fysieke opbouw van een coaxkabel het wordt bepaald door drie dingen: de diameter van de centrale geleider (d), de binnendiameter van de afscherming of van het diëlektricum dat de ruimte (D) vult, en de diëlektrische constante van dat materiaal.

Voor een coaxiale lijn is de klassieke werkformule Z0 = 138 gedeeld door de vierkantswortel van de diëlektrische constante, vermenigvuldigd met de logaritme met grondtal tien van D gedeeld door d. Verplaats de geleider en de afscherming verder uit elkaar, of verlaag de diëlektrische constante, en de impedantie stijgt.

Twee gevolgen zijn commercieel van belang:

Impedantie verandert niet met de lengte. Een stuk van 5 m en een stuk van 500 m van dezelfde RG6 zitten beide op ongeveer 75 ohm.
Impedantie kan niet worden afgelezen met een multimeter. Om dit te verifiëren is een tijddomeinreflectometer, een netwerkanalysator of een sweeptest tegen een bekende belasting nodig.

DC-weerstand is een aparte specificatie, en deze doet er nog steeds toe. Een satellietontvanger die de LNB-voeding langdurig omhoog duwt, moet de lusweerstand overwinnen, iets waar impedantie niets over zegt.

Karakteristieke impedantie beschrijft de lopende golf, dus deze geldt langs de hele kabel in plaats van op één punt erop. Een kabel is alleen op elkaar afgestemd als de bron, de lijn en de belasting allemaal dezelfde impedantie delen.

Waarom 50 Ohm en 75 Ohm de standaard werden

Geen van beide getallen is willekeurig. Bij lucht-diëlektrische coax is de demping het laagst bij 77 ohm, terwijl de belastbaarheid piekt bij 30 ohm. Magnetroningenieurs hadden zowel laag verlies als bruikbaar vermogen nodig, dus 50 ohm werd het werkende compromis en verhardde zich tot militaire en later commerciële praktijk. Omroepingenieurs waren geïnteresseerd in een laag verlies bij lange videoruns met laag vermogen, dus 75 ohm, dichter bij het verzwakkingsminimum, werd de standaard voor video- en kabeltelevisie.

Vijftig ohm is een compromis tussen vermogen en verlies; vijfenzeventig ohm neigt naar verlies. Beide zijn technische keuzes, geen kwaliteitscijfers.

De zichtbare verschillen zitten vooral in de vermogensverwerkings- en connectorfamilies, zoals de onderstaande vergelijking uiteenzet.

Nominale impedantie, connectorfamilies en de praktische afwegingen achter de twee coaxiale standaarden die de meeste communicatie- en videosignalen transporteren.
Kenmerkend	50 ohm	75 ohm
Typische toepassingen	Draadloze en RF-verbindingen, antennefeeders, LTE, testapparatuur	CATV, MATV, satelliet IF, CCTV, basisbandvideo
Gemeenschappelijke connectorfamilies	BNC 50 ohm, N, SMA, TNC	F, BNC 75 ohm, video-RCA
Vermogensafhandeling	Hoger	Lager
Demping bij vergelijkbare geometrie	Iets hoger	Iets lager
Afstand vanaf het verliesminimum nabij 77 ohm	Verder	Dichterbij
Typische kabelvoorbeelden	RG58, RG174, RG213, LMR400	RG6, RG59, RG11, S5CFB
Gepubliceerde impedantietolerantie	Vaak rond de 2 ohm	Vaak rond de 3 ohm

Voor distributiewerk van 75 ohm is de afschermingsstructuur meestal de volgende beslissing na impedantie. Standaard schild is geschikt voor korte abonneereeksen, tri-shield voegt een folie plus vlecht toe voor luidruchtigere omgevingen, en quad-shield wordt gekozen waar de marges op het gebied van indringing en retourverlies krap zijn.

Mismatch in cijfers: retourverlies, VSWR en zichtbare symptomen

Reflectie is voorspelbaar. Voed een belasting van 75 ohm vanaf een bron van 50 ohm en de reflectiecoëfficiënt is 0,2, wat een VSWR is van ongeveer 1,5 op 1, een retourverlies van bijna 14 dB en ruwweg 4 procent van het invallende vermogen dat wordt gereflecteerd. Vier procent klinkt onschuldig, en bij een korte patchkabel is dat meestal ook het geval. Op een trunk van 300 meter, of in een dichte kanaalopstelling, is dit niet het geval, omdat de gereflecteerde golf te laat arriveert en vervolgens wordt toegevoegd aan of afgetrokken van het directe signaal.

Impedantiefouten hebben de neiging zichzelf op een aantal herkenbare manieren aan te kondigen:

Zwakke nevenbeelden, beltonen of een tweede rand bij analoge video
Banding, schittering of periodieke uitval op digitale CATV- en IPTV-kanalen
Een stijgend foutenpercentage aan het kopstation dat niet kan worden opgelost door de versterker af te stellen
Een VSWR-alarm bij een zender die schoon test in een dummyload
Een link die één keer passeert en mislukt wanneer een ander apparaat zich bij de keten aansluit

Connectoren van vijftig en vijfenzeventig ohm van dezelfde familie zijn niet uitwisselbaar, zelfs niet als ze lijken te passen. Een BNC van 75 ohm heeft een dunnere middenpin dan een BNC van 50 ohm. Als u de verkeerde stekker forceert, wordt het stopcontact verspreid of blijft er een losse verbinding achter, waardoor een mechanische fout bovenop de elektrische fout ontstaat.

Impedantie afstemmen op de installatie

De meeste impedantiefouten gebeuren op overdrachtspunten en niet in de kabel. Stel eerst de vereiste vanuit de applicatie in:

Satelliet IF en DTH: 75 ohm van LNB naar ontvanger, met F-connectoren. De gelijkstroom voor de LNB loopt via dezelfde middengeleider, dus lusweerstand en impedantie horen beide in de specificatie.
CATV-, MATV- en IPTV-distributie: 75 ohm overal. RG11 voor luchtdruppels en lange trunks, RG6 voor typische abonneeruns, RG59 voor korte plekken achter apparatuur.
CCTV: 75 ohm over het videopaar, inclusief siamese constructies die gelijkstroom naast de coax voeren.
Draadloze en RF-koppelingen: 50 ohm overal. RG58 voor korte jumpers, RG213 of LMR400 waar een langere feederrun anders het linkbudget zou opslokken.

Als een systeem echt tussen domeinen moet oversteken, zoals een radio van 50 ohm die een antennesysteem van 75 ohm aanstuurt, gebruik dan een bijpassende pad of transformator in plaats van een adapter en hoop. Impedantietolerantie is in dit stadium ook de moeite waard om vast te stellen, omdat een kabel die verschillende ohms afwijkt van de nominale waarde zich bij elke verbinding langs de kabel als een kleine mismatch gedraagt.

CCTV en kleine systemen: waar fouten van 75 ohm schuilgaan

Bewakingswerk stelt de impedantiediscipline het zwaarst op de proef, omdat goedkope adapters en gemengde cameramerken in dezelfde kast samenkomen. Een samengestelde CCTV-run is 75 ohm van de camera-uitgang, via de coax, naar de recorderingang, en een losse BNC of een verdwaalde 50 ohm-adapter heeft invloed op een korte kabel die minder lang is.

Siamese constructies zoals KX6 met stroom, RG59 met stroom of RG6 met stroom plaatsen een 75 ohm videopaar naast een 18 of 20 AWG stroompaar. Dat elimineert een afzonderlijke stroomtoevoer, maar verandert niets aan de regel: sluit de coax aan beide uiteinden af op 75 ohm, met 75 ohm BNC- of F-connectoren en geen 50 ohm-onderdelen ertussen.

Houd het videopad van begin tot eind 75 ohm: camera-uitgang, kabel, connectoren, patchpaneel en recorderingang. Elke 50 ohm-adapter die in die keten wordt gestoken, voegt een reflectie toe die de recorder niet ongedaan kan maken.

Wat u moet controleren voordat u koopt

Impedantie is de gemakkelijkste regel op een datasheet om te verifiëren en de regel die het vaakst op basis van vertrouwen wordt aangenomen. Vraag een leverancier om zes artikelen voordat u een productieorder plaatst:

Nominale impedantie en tolerantie. Een videokabel van 75 ohm met een spanning van plus of min 3 ohm is normaal; alles breder dan plus of min 5 ohm verdient vragen.
Gegevens over sweep- of structureel rendementsverlies over de band die u daadwerkelijk gaat gebruiken, en niet over één enkel frequentiepunt.
Snelheid van voortplanting, doorgaans 0,66 tot 0,87, afhankelijk van of het diëlektricum massief of geschuimd is, wat de timing- en lengteberekeningen aanstuurt.
Connector-interface. Bevestig indien nodig 75 ohm F of 75 ohm BNC en wijs gemengde 50 ohm-hardware af voor videosystemen.
Normen en bewijs van naleving, zoals EN 50117 voor CATV-kabels of JIS- en MIL-equivalenten, plus UL, ETL, CE, CPR, RoHS of REACH waar het project dit vereist.
Consistentie langs de trommel. De diëlektrische diameter die de impedantie instelt, moet over de gehele lengte stabiel blijven, dus een monstertest aan beide uiteinden van een levering is een redelijke controle.

De impedantie gedraagt zich als een ketting: 50 of 75 ohm op elk gewricht, of een reflectie op elk gewricht. Zorg ervoor dat het getal overeenkomt met de toepassing, gebruik 75 ohm voor video, CATV, satelliet en CCTV, en 50 ohm voor RF, draadloos en testwerk, en zorg er vervolgens voor dat kabels, connectoren, adapters en apparatuurpoorten allemaal overeenkomen. Wanneer een signaalprobleem elke andere verklaring overleeft, meet dan met een tijddomeinreflectometer voordat u een andere camera vervangt.