Kaapelit – osa 1: kaapelityypit

Suojaamaton parikaapeli

Signaali ja sen paluureitti ovat samanlaista kaapelia. Systeemiä ei maadoiteta mistäään pisteestä. Menetelmä otettiin käyttöön 1800-luvulla puhelinteknologian yhteydessä.

• Pystyy vaimentamaan ulkopuolisia häiriöitä n. 60 dB, riippuen systeemin symmetrisyydestä
• Häiriönvaimennukseen vaikuttaa lisäksi kaapeleiden kiertäminen keskenään. (erityisesti magneettisesti kytkeytyvät häiriöt)
• Nykyisin käytössä lähinnä intercom- järjestelmissä ja tiedonsiirrossa (esim. CAT-5 UTP tietoliikennekaapelit)

Suojattu parikaapeli

Parikaapelin kääriminen sähköäjohtavan ja maadoitetun suojauksen sisään parantaa sähköstaattisesti kytkeytyvien häiriöiden vaimennusta n. 60 dB.

• Kaikki mikrofonikaapelit ja suojatut tietoliikennekaapelit

Suojattu parikaapeli epäsymmetrisellä signaalilla

MIDI- standardi käyttää periaatteessa suojattua parikaapelia tiedonsiirtoon. Dataa lähettävä pää on kuitenkin rakenteeltaan epäsymmetrinen, joten kaapelin siirtokyky on varsin rajallinen. 31.25 kilobittiä sekunnissa välittävä järjestelmä ei kykene yli 30 metrin siirtomatkaan, vaikka modernit laitteet pystyvät samaa kaapelia hyödyntäen lähes 100 metrin siirtomatkaan 100-kertaisella bittimäärällä.

Koaksiaalikaapeli

Signaali on tyypiltään epäsymmetrinen, eli signaalin paluureittinä toimii maa/maajohoto/kaapelin suojavaippa

• suojaus häiriöitä vastaan selvästi huonompi kuin symmetrisellä parikaapelilla.
• maadoitusten kautta kulkevat vuotovirrat häiritsevät voimakkaasti
• kapasitiivisesti kytkeytyviä häiriöitä vastaan kohtalaisen hyvä suojaus.
• Käytetään kitaran ja vahvistimen välillä (audiokaapeli) sekä radiolähettimien/vastaanottimien antennikaapelina.

Kaapelin aaltoimpedanssi

Radiotekniikassa antennikaapelin tulee pystyä siirtämään energiaa lähettimeltä vastaanottimelle mahdollisimman tehokkasti. Kaapelissa tapahtuu tietysti häviöitä, mutta lisäksi pitkät kaapelit tuottavat signaaliin heijastuksen, mikäli signaalia ei saada kaapelin  päästä kokonaan siirrettyä kuormaan (esim. antenniin). Kaapelin ominainen aaltoimpedanssi tulee tuntea ja se tulee sovittaa kuormaan mahdollisimman hyvin. Demo siitä, mitä tapahtuu, jos sovitus ei ole kunnossa. 

Radiolähettimissä käytetään yleensä 50 ohmin aaltoimpedanssia. Yleisimmät kaapelityypit tässä käytössä ovat RG58 ja RG213. Jälkimmäinen on huomattavasti  pienempihävioinen, mutta vastaavasti paksumpi ja jäykempi. Televisiotekniikassa 75 ohmin impedanssi on yleisempi, kaapelityyppinä on RG59. Kotistereoiden antenniliitäntä toimii myös 75 ohmin kaapeleilla.

Aaltoimpedanssilla ei juurikaan ole merkitystä mikrofonikaapeleissa, nämä ovat yleensä 200-600 ohmin välillä tunnetuilla valmistajilla, mutta tuntemattomilla merkeillä impedanssi saattaa vaihdella tämän alueen ulkopuolellekin. Digitaalisessa tiedonsiirrossa aaltoimpedanssilla on merkitytä, ja siellä käytetään yleisesti. 110-120 ohmin parikaapelia. Tämä sovitus on yleinen AES-EBU audiostandardeissa (AES3, AES 50 jne). Myös valopuolelta tuttu DMX512 järjestelmä käyttää samaa standardia. DMX standardi vaatii myös suojavaipan kaapelille.

Kaapelin liitoksissa aaltoimpedanssiin saattaa tulla epäjatkuvuuskohta, joka aiheuttaa myös heijastuksia. Niinpä useammasta pätkästä koostuva kaapeli ei pysty toimittamaan digitaalisignaalia yhtä pitkää matkaa kuin yhtenäinen kaapeli. CAT-5 ja CAT6 kaapeleissa jyrkät mutkat aiheuttavat myös heijastuksia ja sen seurauksena häiriöitä järjestelmiin, joten nämä kaapelit on suojattava mekaanisesti hyvin vaurioitumista vastaan. Joskus yhteys saattaa katketa pelkästään sen vuoksi, että kaapelin päälle astutaan.

Signaalin vaimeneminen kaapelissa.

Kaapelin pituuden kasvaessa signaali vaimenee. Osa vaimenemisesta johtuu resistiivisistä häviöistä, eli kuparin oma vastus syö signaalia. Mutta suuremmilla taajuuksilla kaapelin johtimien induktanssi ja johtojen välinen kapasitanssi syö korkeita taajuuksia nopeammin kuin matalia. Puhelintekniikan kaapeloinnissa diskanttipää alkaa vaimentua muutaman kilometrin jälkeen, ratkaisuna tähän on ettei yli 3.3 kHz diskantteja edes yritetty siirtää kaapelissa pitkiä matkoja. Radiosemien ohjelmansiirrossa käytettiin aikanaan vuokrattuja puhelinkaapeleita (jotka eivät siis kulkeneet puhelinkeskuksen kautta, vaan olivat kiinteästi kytkettyjä studion ja lähettimen välillä). Tällä tekniikalla pystyttiin siirtämään ilman erikoistemppuja signaalia pari kilometriä. Suomen ennätys taitaa olla n. 7 km (radio Mega, Oulu, 1989). Tässä diskanttipäätä piti korostaa siirron yhtyedessä toistakymmentä desibeliä, jotta taajuusvaste pysyi tasaisena.

Mikrofonikaapelin maksimipituudeksi voisi arvioida n. 300 metriä ilman diskanttihäviötä, kitarajohdolle n. 5 metriä.

Radiolaitteilla antennin ja laitteen välinen kaapeli saattaa olla hyvinkin haitallinen. Siksi antennikaapelit kannattaa pitää lyhyinä, n. 3-5 metriä. Signaali kulkee ilmassa paremmin. Toki kannattaa tuoda esim. seinästä läpi kaapelilla, seinä vaimentaa radioaallon etenemistä, varsinkin teräsbetoniseinä.

50 ohmin koaksiaalikaapeleiden vertailutaulukko häviöiden suhteen.