Thuật ngữ “cáp đồng trục” thường ngụ ý rằng nó sẽ được sử dụng để truyền tải năng lượng tần số vô tuyến (500 kHz đến 10.000 MHz). Tuy nhiên, ở tần số thấp hơn 0,5 MHz, cáp đồng trục thường được chỉ định là dây có màn chắn và vỏ bọc đơn thuần.
Sự khác biệt chính xác hơn giữa dây có màn chắn và cáp đồng trục là cáp đồng trục là đường dây RF để truyền năng lượng điện từ ở chế độ điện từ trường ngang (TEM). Trong dây có màn chắn, lớp ruột dẫn ngoài chỉ đóng vai trò là mặt phẳng tiếp đất để giảm nhiễu điện.
Trong hầu hết các ứng dụng, đối với các loại cáp đồng trục và ba trục được mô tả dưới đây, lớp màn chắn bên ngoài được phủ một lớp vỏ cách điện thường được gọi là vỏ bọc ngoài. Vỏ bọc này dùng để cách ly màn chắn khỏi các bề mặt kim loại liền kề và ngăn hơi ẩm, dung môi và các chất gây ô nhiễm khác xâm nhập vào bên trong.
Ứng dụng cáp đồng trục
- Sản xuất thiết bị điện tử.
- Dây kết nối bên trong các hệ thống điện tử.
- Đầu vào cho ăng-ten và kết nối của mảng anten. Cáp đồng trục được chế tạo đặc biệt với cách điện dạng bọt (hằng số cách điện thấp) để phát sóng thông tin liên lạc và truyền hình mạch kín.
- Cho các ứng dụng tần số âm thanh.
- Ứng dụng xung điện áp cao
- Cáp có độ nhiễu thấp. Tiếng ồn có thể được gây ra từ sự thay đổi điện dung, và tiếng ồn màn chắn điện gây ra bởi điện trở của màn chắn.
- Radar và ứng dụng sonar
- Máy tính và xử lý dữ liệu
- Cáp nhiều dây có cáp đồng trục linh kiện cho hệ thống điều khiển
- Cáp có trở kháng cao, thường được gọi là dây cáp có độ trễ (delay line – bên dưới cùng)…
Các loại cáp đồng trục
Note: Iner conductor (ruột dẫn trong), outer conductor (ruột dẫn ngoài), cable core (lõi cáp), inner dielectric (cách điện trong), outer dielectric (cách điện ngoài), braid (màn chắn xoắn bím tóc), armor (giáp), inner jacket (vỏ bọc trong), outer jacker (vỏ bọc ngoài).
- Đồng trục (Coxial): Một dây cáp đồng trục cơ bản có thể được định nghĩa là cáp có dây đồng tâm, hình trụ, được ngăn cách bởi một số loại vật liệu cách điện; có một lớp là ruột dẫn trong và lớp kia là ruột dẫn bên ngoài.
- Đồng trục đôi (Twin Coxial): Cáp đồng trục đôi bao gồm hai dây dẫn có lớp cách điện riêng lẻ, bên trong một lớp màn chắn chung. Các dây dẫn cách điện này được đặt song song với nhau hoặc xoắn quanh nhau và được đặt đồng tâm bên trong lõi của cáp.
- Đồng trục kép (Dual Coxial): Cáp đồng trục kép là hai dây cáp đồng trục riêng lẻ, được đặt song song với nhau hoặc xoắn quanh nhau và được đặt đồng tâm trong một vỏ bọc chung hoặc một màn chắn và vỏ bọc bổ sung.
- Cáp đồng trục có màn chắn kép (double shielded coaxial): Đôi khi, cáp đồng trục có lớp màn chắn kép được chỉ định khi cần có những cải tiến nhỏ so với lớp màn chắn đơn. Loại cáp này có một màn chắn được bện trên màn chắn kia mà không có lớp cách điện nào giữa chúng.
- Cáp 3 trục (Triaxial): Cáp ba trục rất giống với cáp đồng trục và được sử dụng thay cho cáp đồng trục khi cần thêm hiệu quả màn chắn. Cáp này có dạng hình trụ, có một ruột dẫn trong nằm đồng tâm bên trong lõi cáp hoặc chất cách điện, nhưng có hai màn chắn được phân tách bằng vật liệu cách điện như polyetylen (PE) hoặc polytetrafluoroetylen (TFE).
Lớp màn chắn của cáp đồng trục
Có nhiều loại màn chắn được sử dụng trong cấu tạo cáp đồng trục. Các loại phổ biến nhất là màn chắn dạng bện, màn chắn xoắn ốc hoặc dọc. Màn chắn có tác dụng hạn chế trường cách điện bên trong lớp cách điện của cáp; tạo ra một rào cản năng lượng hoặc bức xạ từ bên ngoài nào; và trong trường hợp sử dụng ở điện áp cao sẽ tăng độ an toàn cho con người.
Các kích thước thước đo dây được sử dụng phổ biến nhất cho các dây bảo vệ riêng lẻ trong một lớp màn chắn dạng braid là từ #34 AWG đến #38 AWG.
Trở kháng bề mặt là đơn vị thực tế nhất để đo hiệu quả tương đối của lớp màn chắn. Nó được định nghĩa là tỷ lệ giữa điện áp trên bề mặt của ruột dẫn ngoài/ dòng điện được tải bởi ruột dẫn bên trong.
Ở tần số cao hơn 1000 MHz, hiệu quả che chắn trở thành một yếu tố quan trọng. Một màn chắn kép dạng xoắn bện cải thiện chất lượng của màn chắn ở một mức độ nào đó, tuy nhiên một số bức xạ năng lượng điện có thể xảy ra ở tần số vi sóng thông qua các kẽ hở của các màn chắn dạng xoắn bện.
Việc sử dụng cấu trúc ba trục (hai màn chắn cách điện với nhau) cải thiện đáng kể hiệu quả của lớp màn chắn. Tác dụng của kiểu xây dựng này là hai màn chắn riêng lẻ hoạt động riêng biệt.
Cáp đồng trục chuyên dụng
1. Dây xung (pulse cable)
Vì dây điện xung phải có khả năng truyền xung điện áp cao, dòng điện một chiều DC, với công suất cực đại MW, nên yêu cầu nghiêm ngặt hơn nhiều so với cáp đồng trục thông thường.
Các yêu cầu quan trọng hơn liên quan đến mức độ phóng điện corona, hiệu quả che chắn và độ suy giảm tần số thấp. Để cung cấp cho cáp có mức độ phóng corona cao, cần có liên kết vật lý tốt giữa ruột dẫn trong và chất cách điện, và giữa chất cách điện và ruột dẫn ngoài hoặc vỏ bọc, để loại bỏ các lỗ khí.
Polyetylen (PE) được sử dụng làm chất cách điện cho cáp có công suất vừa phải; đối với nhiệt độ hoạt động và mức công suất cao hơn, cách điện cao su được sử dụng. Tính linh hoạt của cáp tăng lên và do lớp cách điện cao su bám dính tốt hơn vào ruột dẫn trong (hoặc ngoài) nên ứng suất điện sẽ được giảm thiểu.
Hầu hết các dây điện xung được sản xuất ở dạng cáp ba trục. Do có công suất rất cao liên quan nên việc giảm bức xạ điện từ giả là bắt buộc. Độ suy giảm và khả năng xử lý công suất trung bình trong các điều kiện xung phụ thuộc trực tiếp vào chu kỳ làm việc và được thiết lập bởi các yêu cầu và giới hạn của hệ thống.
2. Dây trễ (delay lines)
Các đường dây trễ chủ yếu được sử dụng trong các mạch và hệ thống tạo xung cũng như để kết hợp các mạch trở kháng cao. Độ trở kháng cao của các loại cáp này đạt được bằng cách tăng độ tự cảm nối tiếp của ruột dẫn trong và điện dung của cáp, dẫn đến các đặc tính pha và suy giảm.
Các đặc điểm này duy trì khá ổn định cho đến khi đạt đến giới hạn tần số. Ruột dẫn trong bao gồm một sợi dây tráng men mịn được quấn chặt quanh một lõi cách điện rỗng. Một dải băng mỏng, hoặc chất cách điện ép đùn, được đặt trên dây dẫn xoắn ốc này. Việc sản xuất các loại cáp như vậy có thể tạo ra độ trễ từ 0,040 đến 1,1 Msec/ft, với các giá trị trở kháng đột biến từ 900 đến 3000Ω. Các ứng dụng cho loại cáp này là trong radar, mạch thời gian kết hợp với máy tính và hệ thống truyền hình.
3. Cáp tiếng ồn thấp (low noise)
Cáp độ nhiễu/ tiếng ồn thấp có cấu trúc rất giống với cáp đồng trục thông thường ngoại trừ vật liệu bán dẫn, chẳng hạn như carbon, được phân tán bằng một vật liệu tương thích khác, chẳng hạn như nhựa vinyl hoặc polyetylen và được đặt trên lõi cách điện. Rào cản bán dẫn này nằm giữa lớp cách điện và màn chắn, có xu hướng triệt tiêu tiếng ồn cơ học phát sinh từ sự lạm dụng cơ học bất thường — chẳng hạn như dây cáp rơi xuống bề mặt cứng hoặc bị va đập mạnh.
