کابل کواکسیال برای انتقال سیگنال‌های الکتریکی استفاده می‌شود
در دنیای امروز، انتقال داده با سرعت و کیفیت بالا اهمیت زیادی دارد و انواع مختلفی از کابل‌ها برای این منظور مورد استفاده قرار می‌گیرند. یکی از قدیمی‌ترین و پرکاربردترین گزینه‌ها، کابل کواکسیال است که به دلیل طراحی خاص خود، امکان ارسال سیگنال‌های الکتریکی را با حداقل نویز و افت فراهم می‌کند. این کابل در صنایعی مانند مخابرات، تلویزیون و اینترنت جایگاه ویژه‌ای دارد. در این مقاله از بیتوته به بررسی این کابل پرداخته‌ایم.
کابل کواکسیال به طور معمول در تلویزیون‌های کابلی و اینترنت استفاده می‌شود
کابل کواکسیال نوعی کابل مسی است که به‌طور ویژه با یک محافظ فلزی و سایر اجزایی طراحی شده است که مانع از تداخل سیگنال می‌شوند. کابل کواکسیال که به اختصار کواکـس نیز نامیده می‌شود، عمدتاً توسط شرکت‌های ارائه‌دهنده تلویزیون کابلی برای اتصال آنتن‌های ماهواره‌ای خود به خانه‌ها و مشاغل مشتریان استفاده می‌شود. همچنین شرکت‌های مخابراتی گاهی از کابل کواکسیال برای اتصال دفاتر مرکزی خود به تیرهای تلفن نزدیک مشتریان بهره می‌برند. برخی از منازل و دفاتر نیز از کابل کواکسیال استفاده می‌کنند، اما کابل‌های جفت تابیده (Twisted Pair) تا حد زیادی جایگزین آن در شبکه‌های اترنت در مراکز داده و سازمان‌ها شده‌اند.
نام کابل کواکسیال از این واقعیت گرفته شده است که این کابل شامل یک کانال فیزیکی است که سیگنال را حمل می‌کند و توسط یک کانال فیزیکی هم‌مرکز دیگر احاطه شده است، و هر دو در امتداد یک محور قرار دارند. کانال داخلی معمولاً یک سیم مسی است که با یک لایه عایق از کانال بیرونی جدا می‌شود. کانال بیرونی که معمولاً از جنس مش مسی است، به‌عنوان زمین عمل می‌کند. یک لایه عایق دیگر نیز هر دو کانال داخلی و خارجی را می‌پوشاند. بسیاری از این کابل‌ها یا مجموعه‌ای از لوله‌های کواکسیال می‌توانند در یک غلاف بیرونی قرار بگیرند و با استفاده از تقویت‌کننده‌ها (Repeaters) قادر به انتقال اطلاعات در فواصل طولانی باشند.
کابل کواکسیال در سال 1880 توسط مهندس و ریاضیدان انگلیسی، الیور هویساید (Oliver Heaviside)، اختراع شد و در همان سال به ثبت رسید. شرکت AT&T اولین سیستم انتقال کواکسیال بین قاره‌ای خود را در سال 1940 راه‌اندازی کرد. بسته به فناوری حامل و سایر عوامل، کابل‌های جفت تابیده مسی و فیبر نوری به‌عنوان جایگزین‌هایی برای کابل کواکسیال مطرح هستند.
کابل‌های کواکسیال دارای لایه‌های هم‌مرکز از رساناهای الکتریکی و مواد عایق هستند. این ساختار باعث می‌شود که سیگنال‌ها در داخل کابل محصور شوند و از تأثیر نویزهای الکتریکی بر سیگنال جلوگیری شود.
ساختار کابل کواکسیال
لایه‌ی رسانای مرکزی یک سیم نازک از جنس مس (جامد یا بافته‌شده) است. این سیم با یک لایه‌ی دی‌الکتریک که از یک ماده‌ی عایق با ویژگی‌های الکتریکی مشخص ساخته شده است، احاطه می‌شود. سپس، یک لایه‌ی محافظ از جنس فویل فلزی یا مش مسی بافته‌شده، روی لایه‌ی دی‌الکتریک قرار می‌گیرد. در نهایت، کل مجموعه با یک روکش عایق پوشانده می‌شود. لایه‌ی محافظ فلزی بیرونی کابل کواکسیال معمولاً در هر دو سر کابل و در محل اتصالات، به زمین متصل می‌شود. این کار باعث محافظت از سیگنال‌ها و تخلیه‌ی نویزهای الکتریکی مزاحم می‌شود.
طراحی کابل کواکسیال به کنترل دقیق ابعاد و مواد آن بستگی دارد. این کنترل به ایجاد مقدار مشخصی از امپدانس مشخصه (Characteristic Impedance) در کابل کمک می‌کند. سیگنال‌های با فرکانس بالا در صورت وجود ناهماهنگی امپدانس، تا حدی منعکس می‌شوند که این امر می‌تواند باعث بروز خطا شود.
امپدانس مشخصه نسبت به فرکانس سیگنال حساس است. در فرکانس‌های بالای ۱ گیگاهرتز، تولیدکنندگان کابل باید از مواد دی‌الکتریک استفاده کنند که سیگنال را بیش از حد تضعیف نکنند و امپدانس مشخصه را طوری تغییر ندهند که باعث بازتاب سیگنال شود.
ویژگی‌های الکتریکی کابل‌های کواکسیال بسته به کاربرد آن‌ها متفاوت است و برای عملکرد مناسب بسیار مهم هستند. دو مقدار استاندارد امپدانس مشخصه عبارت‌اند از:
• 50 اهم – مناسب برای محیط‌های با توان متوسط.
• 75 اهم – رایج برای اتصالات به آنتن‌ها و نصب‌های خانگی.
کابل‌های کواکسیال انواع مختلفی دارند که برخی از آن‌ها عبارت‌اند از:
• کابل کواکسیال سخت (Hard-line coaxial cable): این کابل‌ها دارای لوله‌های گرد مسی و ترکیبی از فلزات مانند آلومینیوم یا مس به‌عنوان محافظ هستند. از این نوع کابل معمولاً برای اتصال فرستنده به آنتن استفاده می‌شود.
• کابل سه‌محوره (Triaxial cable): دارای یک لایه محافظ اضافی است که برای محافظت بیشتر از سیگنال‌های عبوری به زمین متصل می‌شود.
• کابل کواکسیال سخت و غیرقابل انعطاف (Rigid-line coaxial cable): از دو لوله مسی موازی ساخته شده و مانند لوله‌های غیرقابل انعطاف عمل می‌کند. این کابل‌ها برای استفاده در فضاهای داخلی و بین فرستنده‌های فرکانس رادیویی (RF) با توان بالا طراحی شده‌اند.
• کابل تابشی (Radiating cable): ساختاری مشابه کابل‌های سخت دارد اما در لایه محافظ خود دارای شکاف‌های تنظیم‌شده‌ای است که با طول موج فرکانس رادیویی هماهنگ شده‌اند. این کابل‌ها معمولاً در آسانسورها، تجهیزات نظامی و تونل‌های زیرزمینی استفاده می‌شوند.
کابل‌های کواکسیال معمولاً از مس یا آلومینیوم ساخته می‌شوند
کانکتورهای کابل کواکسیال در دو دسته‌ی کلی نری (Male) و مادگی (Female) قرار می‌گیرند. برخی از رایج‌ترین انواع کانکتورها عبارت‌اند از:
• BNC (Bayonet Neill-Concelman): این کانکتور برای تلویزیون، سیگنال‌های ویدئویی و رادیویی با فرکانس کمتر از ۴ گیگاهرتز استفاده می‌شود.
• TNC (Threaded Neill-Concelman): نسخه رزوه‌دار کانکتور BNC است که در تلفن‌های همراه کاربرد دارد و تا ۱۲ گیگاهرتز عمل می‌کند.
• SMA (SubMiniature version A): این کانکتور در تلفن‌های همراه، سیستم‌های آنتن Wi-Fi، سیستم‌های مایکروویو و رادیوها استفاده می‌شود و تا ۱۸ گیگاهرتز کار می‌کند.
• SMB (SubMiniature version B): این کانکتور در سخت‌افزارهای مخابراتی کاربرد دارد.
QMA: نوعی کانکتور سریع‌قفل‌شونده بر پایه SMA است که در تجهیزات صنعتی و ارتباطی استفاده می‌شود.
• RCA (Radio Corporation of America): این کانکتورها در سیستم‌های صوتی و تصویری به‌کار می‌روند و همان کابل‌های زرد، سفید و قرمز معروفی هستند که در تلویزیون‌های قدیمی استفاده می‌شدند. این کانکتورها با نام A/V جک نیز شناخته می‌شوند.
• F-type (F connectors): این کانکتورها در تلویزیون‌های دیجیتال و کابلی به‌کار می‌روند و معمولاً از کابل‌های RG-6 یا RG-59 استفاده می‌کنند.
در منازل و دفاتر کوچک، کابل‌های کواکسیال کوتاه برای تلویزیون کابلی، تجهیزات ویدیویی خانگی، تجهیزات رادیویی آماتور و دستگاه‌های اندازه‌گیری استفاده می‌شوند. در گذشته، کابل‌های کواکسیال به‌عنوان یکی از اولین روش‌های اتصال اترنت (Ethernet) مورد استفاده قرار می‌گرفتند و از سرعتی تا ۱۰ مگابیت بر ثانیه پشتیبانی می‌کردند. اما امروزه، کابل‌های زوج به‌هم‌تابیده (Twisted Pair) به‌طور گسترده جایگزین کابل‌های کواکسیال در شبکه‌های اترنت شده‌اند. با این حال، کابل‌های کواکسیال همچنان در اینترنت باند پهن کابلی، خودروها، هواپیماها، تجهیزات نظامی و پزشکی، اتصال دیش‌های ماهواره‌ای، آنتن‌های رادیویی و تلویزیونی به گیرنده‌هایشان مورد استفاده قرار می‌گیرند.
کابل کواکسیال در ارتباطات رادیویی و ماهواره‌ای هم کاربرد دارد
بیشتر کابل‌های کواکسیال دارای امپدانس ۵۰، ۵۲، ۷۵ یا ۹۳ اهم هستند. به دلیل استفاده گسترده در صنعت تلویزیون کابلی، کابل‌های RG-6 با محافظ دوگانه یا چهارگانه و امپدانس ۷۵ اهم به استانداردی رایج در بسیاری از صنایع تبدیل شده‌اند.
تقریباً ۵۰ استاندارد متفاوت برای کابل‌های کواکسیال وجود دارد که معمولاً برای موارد خاصی مانند رادیو آماتوری یا انتقال سیگنال با تلفات کم در تلویزیون کابلی طراحی شده‌اند. از جمله:
• RG-59/U: برای انتقال سیگنال‌های باند پهن در سیستم‌های تلویزیونی مداربسته (CCTV).
• RG-214/U: برای انتقال سیگنال‌های فرکانس بالا.
اتصالات کواکسیال از اتصال‌دهنده‌های ساده در سیستم‌های تلویزیون کابلی تا ترکیب‌های پیچیده‌ای از چندین لینک کواکسیال نازک، همراه با اتصالات برق و سیگنال‌های دیگر در بدنه‌های نیمه‌سفارشی متغیر هستند. این نوع اتصالات در تجهیزات الکترونیکی نظامی و هوانوردی رایج هستند.
سختی مکانیکی کابل‌های کواکسیال بسته به ساختار داخلی و کاربرد مورد نظر آن‌ها می‌تواند بسیار متفاوت باشد. به عنوان مثال:
کابل‌های با توان بالا معمولاً دارای عایق ضخیم و بسیار سخت هستند.
برخی کابل‌ها به‌طور عمدی دارای سیم‌های مرکزی ضخیم هستند که باعث افزایش مقاومت ناشی از اثر پوسیدگی می‌شود. این مقاومت به این دلیل رخ می‌دهد که سیگنال‌های فرکانس بالا تنها در سطح خارجی رسانا حرکت می‌کنند و نه در تمام حجم آن. رسانای مرکزی بزرگ‌تر منجر به کابل‌های سخت‌تر با تلفات کمتر در هر متر می‌شود.
کابل‌های کواکسیال ممکن است در معرض انواع مختلفی از تداخلات الکترومغناطیسی قرار بگیرند. نشت سیگنال زمانی رخ می‌دهد که میدان الکترومغناطیسی از طریق محافظ خارجی کابل عبور کند. در برخی موارد، سیگنال‌های خارجی نیز ممکن است از طریق عایق وارد کابل شوند. در خطوط مستقیم انتقال به برج‌های رادیویی تجاری، میزان نشت و تداخل حداقل است زیرا این کابل‌ها دارای محافظ‌های رسانای صاف و بدون شکاف زیاد هستند.
بیشترین میزان تداخل در راکتورهای هسته‌ای مشاهده می‌شود، جایی که برای جلوگیری از این مشکل، از محافظ‌های مخصوص استفاده می‌شود.
کابل کواکسیال در مقایسه با کابل‌های دیگر کمتر دچار تداخل سیگنال می‌شود
1. چرا کابل کواکسیال دارای لایه‌های مختلف است؟
کابل کواکسیال از چندین لایه شامل رسانای مرکزی، عایق دی‌الکتریک، شیلد فلزی و روکش بیرونی تشکیل شده است. این ساختار باعث می‌شود که سیگنال داخل کابل بماند و از ورود نویزهای الکترومغناطیسی خارجی جلوگیری شود.
2. تفاوت بین کابل RG-59 و RG-6 چیست؟
کابل RG-59 نازک‌تر است و برای انتقال سیگنال‌های آنالوگ و سیستم‌های CCTV مناسب‌تر است، درحالی‌که کابل RG-6 ضخیم‌تر بوده و برای اینترنت پهن‌باند و تلویزیون دیجیتال استفاده می‌شود.
3. آیا کابل کواکسیال برای اینترنت مناسب است؟
بله، کابل‌های کواکسیال، به‌ویژه RG-6، برای اتصال اینترنت پهن‌باند از طریق مودم‌های کابلی بسیار مناسب هستند و سرعت بالایی ارائه می‌دهند.
4. آیا می‌توان کابل کواکسیال را در فضای باز استفاده کرد؟
بله، اما باید از کابل‌های کواکسیال مخصوص فضای باز که دارای روکش مقاوم در برابر رطوبت، نور خورشید و شرایط آب‌وهوایی نامساعد هستند، استفاده شود.
5. کابل کواکسیال چه مزایایی نسبت به کابل‌های دیگر دارد؟
کاهش نویز و تداخل الکترومغناطیسی ، امکان انتقال سیگنال در فواصل طولانی ، استفاده گسترده در اینترنت، تلویزیون و سیستم‌های امنیتی
6. چگونه می‌توان کابل کواکسیال را به تلویزیون یا مودم متصل کرد؟
معمولاً از اتصال‌دهنده‌های F-type برای تلویزیون و اینترنت استفاده می‌شود. کافی است سر کابل را به درگاه مخصوص روی مودم، گیرنده یا تلویزیون متصل کنید و محکم ببندید.
7. آیا امکان افزایش طول کابل کواکسیال وجود دارد؟
بله، اما افزایش بیش از حد طول کابل باعث افت سیگنال می‌شود. در صورت نیاز به طول زیاد، باید از تقویت‌کننده‌های سیگنال (Signal Booster) یا کابل‌های با کیفیت بالا استفاده کنید.
کابل‌های کواکسیال همچنان یکی از پرکاربردترین روش‌های انتقال داده در حوزه‌های مختلف از جمله تلویزیون، اینترنت، ارتباطات رادیویی و سیستم‌های امنیتی محسوب می‌شوند. انتخاب نوع مناسب کابل بر اساس نیاز، فرکانس و کیفیت موردنظر، تأثیر مستقیمی بر عملکرد سیستم دارد. همچنین، نگهداری صحیح و استفاده از تجهیزات استاندارد می‌تواند از افت سیگنال و مشکلات ارتباطی جلوگیری کند. با پیشرفت فناوری، کابل‌های فیبر نوری و شبکه‌های بی‌سیم در حال گسترش هستند، اما کابل کواکسیال همچنان به دلیل پایداری، هزینه مناسب و کیفیت انتقال بالا جایگاه خود را حفظ کرده است. بنابراین، آگاهی از انواع، ویژگی‌ها و نحوه استفاده صحیح از این کابل‌ها، می‌تواند به بهبود تجربه کاربری در زمینه‌های مختلف کمک کند.
گردآوری: بخش کامپیوتر و اینترنت بیتوته
