1.2 Призначення, характеристики та класифікація коаксіального каналу зв’язку.
Коаксіальний кабель (від лат. Со - «сумісно» та axis - «вісь») – електричний кабель із співвісними провідниками.
Коаксіальний кабель являє собою електричний кабель, що складається із центрального мідного проведення і металевого обплетення – екрана, розділених між собою шаром діелектрика – внутрішньої ізоляції і поміщених у загальну зовнішню оболонку.
Коаксіальний кабель донедавна був дуже популярний, що пов'язано з його високою перешкодозахищеністю (завдяки металевому обплетенню), більш широкими, ніж у випадку витої пари, смугами пропущення (понад 1ГГц), а також більшими припустимими відстанями передачі (до кілометра).
Основними параметрами коаксіального кабелю є: хвильовий опір, коефіцієнт стоячої хвилі (КСХ), втрати в кабелі, електрична міцність і стійкість до зовнішніх впливів.
КСХ характеризує ступінь узгодження лінії передачі високочастотної енергії (коаксіального кабелю) з навантаженням. Ідеальний випадок, коли опір навантаження рівний хвильовому опору кабелю.
Електрична міцність коаксіального кабелю обмежується допустимим струмом, що проходить через центральний провідник. Для радіостанцій з потужністю передавального пристрою 25 Вт допускається використовувати кабелі з діаметром центрального провідника не менше 1 мм.
В процесі експлуатації коаксіальний кабель насамперед піддається впливу вологи і з часом може значно погіршити свої характеристики. Найстійкішими в цьому відношенні є напівтверді кабелі, суцільна зовнішня оболонка яких мало схильна до корозії і забезпечує абсолютну герметичність.
Типові величини затримки поширення сигналу в коаксіальному кабелі становлять для тонкого кабелю близько 5 нс/м, а для товстого – близько 4,5 нс/м.
Існують варіанти коаксіального кабелю з подвійним екраном (один екран розташований усередині іншого й відділений від нього додатковим шаром ізоляції). Такі кабелі мають кращу перешкодозахищеність і захист від прослуховування, але вони небагато дорожче звичайних.
Принцип дії коаксіального кабелю.
Електромагнітне поле коаксіального кабелю зосереджене в просторі між провідниками струму, тобто зовнішнього поля немає, і тому втрати на випромінювання в навколишній простір коаксіального кабеля практично відсутні.
Оскільки зовнішній провідник одночасно служить електромагнітним екраном, що захищає електричне коло струму від впливів ззовні, коаксіальний кабель має високу завадостійкість і відносно малі втрати енергії сигналів, які передаються. Для радіоприйому використовується, як правило, кабель, що має хвильовий опір 50 0м.
Коаксіальні кабелі поряд із витою парою є найпоширенішим середовищем передачі даних у КМ. Вони мають високу швидкість передачі даних, завадостійкість, довговічність, помірну вартість. Для них розроблені прості засоби з’єднання з ЛМ.
За техніко-експлуатаційними характеристиками розрізняють широко- та вузькосмугові коаксіальні кабелі.
Широкосмугові кабелі використовуються для аналогової, широкосмугової передачі. Смуга перепускання такого кабелю, як звичайно, розділена на декілька аналогових каналів з різними частотами-носіями. Кабелі мають швидкість передачі сигналу 300-3000 Мбіт/с, загасання сигналу на частоті 100 МГц не більше 7 Дб на 100м.
Вузькосмугові кабелі застосовують для цифрової передачі. Вони мають швидкість передачі не більше 80 Мбіт/с, загасання сигналів на частоті 10 МГц – 4 Дб на 100 км.
Найуживанішими у ЛМ коаксіальними кабелями (рис. 1) є RG-8 (товстий Ethernet) та RG-59 (тонкий Ethernet). Для приєднання до коаксіального кабелю використовують такі роз’єднувачі: AUI - (товстий Ethernet), BNC - (тонкий Ethernet).
Мережі на "тонкому" коаксіальному кабелі порівняно широко поширені. Ця технологія донедавна була досить зручна для невеликих (до 5-10 комп'ютерів) мереж. Основна перевага в порівнянні з витою парою – відсутність активного устаткування. Однак, останнім часом використовувані в подібних мережах хаби (комутатори) так сильно подешевіли, що робити нову мережу на коаксіальному кабелі не має змісту.
Рис. 1. Зовнішній вигляд коаксіального кабелю
Недоліки коаксіального кабелю:
обмеження швидкості в 10 Мбіт;
коаксіальний кабель приблизно на 30-40% дорожчий, ніж вита пара;
низька технологічність інсталяції, складність в експлуатації;
роз’єднання шини в будь-якому місці цілком порушує працездатність мережі;
низька стійкість до статичної напруги і грозових наведень.
Як правило, "товстий" коаксіал вироблявся яскраво-жовтого кольору. "Тонкий" виготовляли чорним, рідше сірим. Через високу ціну і складності в інсталяції, перший варіант сприймається як екзотика, і знайти працюючу мережу на його основі – величезна проблема. Проте, загальне представлення про нього бажано мати.
Можливо, не будь ця технологія настільки дорогою і застарілої, вона змогла б, завдяки зручній топології і роботі на великі відстані, знайти широке застосування в домашніх (кампусних) мережах.
У мережах 10base5 і 10base2 застосовуються тільки кабелі, що мають хвильовий опір 50 Ом. У якості основного топологічного елемента, використовується сегмент. Так називається загальна довжина кабелю між двома термінаторами, установлюваними на обох кінцях мережі (один з них повинний бути заземлений).
Особливості мереж, що використовують "тонкий" коаксіальний кабель і протокол передачі даних 10base2 показані на рисунку 2.
Рис. 2. Схема мережі на "тонкому" коаксіальному кабелі
Основне застосування коаксіальний кабель знаходить у мережах з топологією типу шина. При цьому на кінцях кабелю обов'язково повинні встановлюватися термінатори для запобігання внутрішніх відбиттів сигналу, причому один з термінаторів повинен бути заземлений. Без заземлення металеве обплетення не захищає мережу від зовнішніх електромагнітних перешкод і не знижує випромінювання переданої по мережі інформації в зовнішнє середовище. Але при заземленні обплетення може вийти з ладу не тільки мережне устаткування, але й комп'ютери, підключені до мережі. Термінатори повинні бути обов'язково узгоджені з кабелем, необхідно, щоб їхній опір рівнявся хвильовому опору кабелю. Наприклад, якщо використовується 50-омний кабель, для нього підходять тільки 50-омні термінатори.
Рідше коаксіальні кабелі застосовуються в мережах з топологією зірка (наприклад, пасивна зірка в мережі Arcnet). У цьому випадку проблема узгодження істотно спрощується, тому що зовнішніх термінаторів на вільних кінцях не потрібно.
Особливості мереж, організованих на основі коаксіального кабелю:
До одного сегмента не може бути підключено більш 30 пристроїв, довжина якого повинна складати не більш 185 м. Мінімальна відстань між ними складає 0.5 метра. Таким чином, у локальній обчислювальній мережі може бути максимум 90 комп'ютерів.
Напруга пробою ізоляції між вузлами - 100 Вольт.
Зовнішній діаметр близько 5 мм, центральний провідник - 0,8 мм, загасання на частоті 10 Мгц близько 160 d/км.
Застосовуються роз’єми BNC-типу. Для підключення мережних адаптерів до кабелю використовуються спеціальні Т-конектори (T-Connector), при необхідності з’єднання двох відрізків кабелю використовують І-конектори.