ما هي حاسبة ممانعة الكابل المحوري؟
تحسب هذه الأداة الممانعة المميزة (Z₀) لخط النقل المحوري (الكوكسيال). والممانعة Z₀ هي قيمة الممانعة التي "يراها" الإشارة وهي تنتقل عبر الكابل، بغضّ النظر عن طول الكابل. ومطابقة ممانعة المصدر والخط والحمل (وغالبًا تكون 50 أوم أو 75 أوم) تقلّل من الانعكاسات والموجات الواقفة وضياع الإشارة في أنظمة الترددات الراديوية (RF) وأنظمة الفيديو.
كيفية الاستخدام
أدخل ثلاث قيم: D وهو القطر الداخلي للموصل الخارجي (الدرع) بالمليمتر؛ وd وهو قطر الموصل الداخلي؛ وεr وهو السماحية النسبية (ثابت العزل الكهربائي) للمادة العازلة الفاصلة بينهما. تكون قيمتها للهواء ≈ 1.0، وللـ PTFE الصلب ≈ 2.1، وللبولي إيثيلين ≈ 2.3. لاحظ أنّ وحدتي D وd تُختصران معًا، لذا يمكنك استخدام أي وحدة طول طالما كانت متطابقة لكليهما.
شرح المعادلة
التقريب الهندسي القياسي هو Z₀ = (138 / √εr) · log₁₀(D/d). يفسّر الحدّ √εr في المقام كيف تُبطئ المادة العازلة الموجة وتخفض الممانعة، بينما يعبّر الحدّ log₁₀(D/d) عن هندسة الموصلَين المتمركزين حول محور واحد. ولاحظ أنّ المعادلة تستخدم اللوغاريتم ذا الأساس 10؛ أمّا الصيغة المكافئة باللوغاريتم الطبيعي فتستخدم الثابت 60 بدلًا من 138.
مثال تطبيقي
لكابل بقيم D = 7.25 مم، وd = 2.0 مم، وεr = 2.3: يكون D/d = 3.625، وlog₁₀(3.625) = 0.55919، و138/√2.3 = 90.999، وبالتالي Z₀ = 90.999 × 0.55919 ≈ 50.88 أوم — وهو خط محوري نموذجي بقيمة 50 أوم.
ثوابت العزل الكهربائي للعوازل المحورية الشائعة
يتناسب ثابت العزل الكهربائي (النفاذية النسبية، \(\varepsilon_r\)) للمادة العازلة بين الموصلات الداخلية والخارجية مباشرة مع معاوقة الخط المميزة: \(Z_0\) يتناسب مع \(1/\sqrt{\varepsilon_r}\). يرفع \(\varepsilon_r\) الأقل (مثل العازل الرغوي أو المملوء بالهواء) المعاوقة بنفس الهندسة الكهربائية ويزيد أيضاً من معامل السرعة. القيم أدناه تمثل نطاقات نموذجية مستخدمة في تصميم الكابلات المحورية.
| مادة العزل الكهربائي | النفاذية النسبية \(\varepsilon_r\) | ملاحظات |
|---|---|---|
| الهواء (مثالي/مرجع الفراغ) | ~1.00 | أعلى معامل سرعة؛ مستخدم في الخطوط المفصولة بالهواء |
| البولي إيثيلين الرغوي/الخلوي (الرغوة PE) | ~1.3 – 1.6 | PE مملوء بالغاز؛ فقدان منخفض، معامل سرعة عالي |
| PTFE الرغوي | ~1.4 – 1.7 | عازل كابل الموجات الدقيقة منخفض الفقدان |
| FEP (الإيثيلين بروبيلين المفلور) | ~2.1 | كابل المرافق/درجات الحرارة العالية |
| PTFE / تيفلون (صلب) | ~2.05 – 2.1 | درجة حرارة عالية، فقدان منخفض |
| البولي إيثيلين الصلب (PE) | ~2.25 – 2.35 | العازل الصلب الأكثر شيوعاً |
| البولي بروبيلين | ~2.25 | مشابه للـ PE الصلب |
أنواع الكابلات المحورية القياسية ومعاوقتها
تُصنع الكابلات المحورية بمعاوقات اسمية قياسية — الأكثر شيوعاً هي 50 \(\Omega\) لنقل RF و 75 \(\Omega\) لتوزيع الفيديو والـ CATV. يسرد الجدول أنواع الكابلات المستخدمة على نطاق واسع مع معاوقتها الاسمية \(Z_0\) والعازل والتطبيقات النموذجية.
| نوع الكابل | المعاوقة الاسمية \(Z_0\) | العازل الكهربائي | الاستخدام النموذجي |
|---|---|---|---|
| RG-58 | 50 \(\Omega\) | PE صلب | RF عام، أسلاك المختبر/الاختبار، إيثرنت رقيق |
| RG-59 | 75 \(\Omega\) | PE صلب | فيديو تناظري، CCTV، النطاق الأساسي |
| RG-6 | 75 \(\Omega\) | رغوة PE | CATV، الأقمار الصناعية، فيديو النطاق العريض |
| RG-8/U | 50 \(\Omega\) | PE صلب | RF عالي القدرة، أسلاك تغذية الراديو الهاوي |
| RG-174 | 50 \(\Omega\) | PE صلب | محولات RF صغيرة، القياسات والتجهيزات |
| RG-213 | 50 \(\Omega\) | PE صلب | أسلاك تغذية RF منخفضة الفقدان، أجهزة الإرسال |
| LMR-400 | 50 \(\Omega\) | رغوة PE | أسلاك تغذية الهوائي منخفضة الفقدان، الخلوي/Wi-Fi |
الأسئلة الشائعة
لماذا 50 أوم و75 أوم؟ توازن قيمة 50 أوم بين قدرة تحمّل الطاقة وانخفاض الفقد، وهي مناسبة لأجهزة الترددات الراديوية وأجهزة القياس؛ أمّا 75 أوم فتقلّل التوهين إلى أدنى حدّ وهي القيمة القياسية للفيديو والكابل التلفزيوني.
هل يؤثّر طول الكابل؟ لا. تعتمد الممانعة المميزة على الهندسة والمادة العازلة فقط، ولا علاقة لها بطول الكابل.
أي قيمة لثابت العزل أستخدم؟ استخدم القيمة التي يحدّدها الشركة المصنّعة؛ ومن القيم الشائعة: الهواء ~1.0، والبولي إيثيلين الرغوي ~1.5، والبولي إيثيلين الصلب ~2.3، والـ PTFE ~2.1.
