Trong thế giới hiện đại, nơi mà thông tin và tín hiệu truyền dẫn đóng vai trò sống còn trong mọi lĩnh vực – từ truyền hình, viễn thông đến hệ thống camera giám sát – thì cáp đồng trục vẫn luôn là một thành phần không thể thiếu. Dù đã xuất hiện từ rất lâu, loại cáp này vẫn giữ vững vị trí quan trọng nhờ khả năng truyền tín hiệu ổn định, chống nhiễu tốt và chi phí hợp lý. Vậy cáp đồng trục là gì? Cấu tạo và ứng dụng của cáp đồng trục như thế nào? Bài viết này sẽ giúp bạn khám phá tất tần tật về cáp đồng trục một cách đơn giản, dễ hiểu và đầy đủ nhất.

Cáp đồng trục là gì?

Cáp đồng trục (Coaxial cable) là một loại cáp điện được thiết kế đặc biệt để truyền tín hiệu tần số vô tuyến (RF) từ điểm này sang điểm khác với tổn thất thấp và khả năng chống nhiễu tốt.Cáp đồng trục là loại cáp truyền dẫn tín hiệu điện tử, gồm một lõi kim loại được bao quanh bởi lớp cách điện, tiếp đến là lớp chắn nhiễu và cuối cùng là lớp vỏ bọc bên ngoài.

Tên gọi “đồng trục” xuất phát từ việc tất cả các lớp của cáp đều dùng chung một trục hình học. Nhờ cấu trúc đặc biệt này, cáp đồng trục có khả năng chống nhiễu tốt và truyền tín hiệu ổn định trên khoảng cách tương đối xa.

Cáp đồng trục được phát minh vào năm 1880 bởi Oliver Heaviside – một kỹ sư người Anh. Từ đó đến nay, loại cáp này đã được cải tiến và sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như truyền hình, mạng máy tính, camera an ninh…

Cấu tạo của cáp đồng trục

Cáp đồng trục có cấu tạo đặc trưng với các lớp đồng tâm, giúp nó truyền tín hiệu hiệu quả và chống nhiễu tốt. Từ trong ra ngoài, các lớp cấu thành cáp đồng trục bao gồm:

1. Lõi dẫn điện trung tâm (Center Conductor):

Đây là thành phần quan trọng nhất, nơi tín hiệu điện được truyền đi.
Thường được làm bằng dây đồng rắn (solid copper) hoặc dây thép mạ đồng (copper-clad steel – CCS). Dây thép mạ đồng có độ bền kéo cao hơn, thích hợp cho các ứng dụng cần độ bền cơ học.
Kích thước của lõi dẫn điện sẽ ảnh hưởng đến trở kháng và khả năng truyền tải tín hiệu của cáp.

2. Lớp điện môi (Dielectric Insulator):

Là lớp vật liệu cách điện bao quanh lõi dẫn điện trung tâm.
Có tác dụng giữ cố định lõi dẫn ở giữa, cách ly lõi dẫn với lớp chống nhiễu bên ngoài, ngăn chặn sự thất thoát tín hiệu và đảm bảo trở kháng đặc tính của cáp.
Các vật liệu phổ biến bao gồm polyethylene rắn (Solid PE), polyethylene dạng bọt (Foamed PE), hoặc polytetrafluoroethylene (PTFE). Polyethylene dạng bọt thường được sử dụng nhiều hơn trong các loại cáp hiện đại do có tổn hao tín hiệu thấp hơn.

3. Lớp chống nhiễu (Shield):

Đây là lớp quan trọng giúp bảo vệ tín hiệu bên trong lõi khỏi nhiễu điện từ (EMI) và nhiễu tần số vô tuyến (RFI) từ môi trường bên ngoài, đồng thời ngăn chặn tín hiệu rò rỉ ra ngoài.
Lớp chống nhiễu có thể bao gồm một hoặc nhiều lớp:
- Lá chắn (Foil Shield): Thường là một dải băng nhôm mỏng được dán chặt vào lớp điện môi. Nó cung cấp khả năng chống nhiễu tần số cao tốt.
- Lớp bện kim loại (Braided Shield): Gồm nhiều sợi dây đồng nhỏ (thường là đồng mạ thiếc hoặc nhôm) được bện lại thành một mạng lưới bao quanh lớp lá chắn (nếu có) hoặc trực tiếp lớp điện môi. Lớp bện cung cấp khả năng chống nhiễu tần số thấp và độ bền cơ học cho cáp.
Một số loại cáp đồng trục cao cấp có thể có nhiều lớp lá chắn và lớp bện để tăng cường khả năng chống nhiễu (ví dụ: cáp “quad-shield” có hai lớp lá chắn và hai lớp bện).

4. Vỏ bọc ngoài (Outer Jacket):

Là lớp ngoài cùng của cáp, có chức năng bảo vệ toàn bộ cấu trúc bên trong khỏi các tác động vật lý (va đập, uốn cong), hóa chất, độ ẩm, tia UV và các yếu tố môi trường khác.
Thường được làm bằng Polyvinyl Chloride (PVC) do tính linh hoạt, độ bền và khả năng chống cháy. Các vật liệu khác có thể bao gồm polyethylene (PE) cho các ứng dụng ngoài trời hoặc LSZH (Low Smoke Zero Halogen) cho các khu vực yêu cầu an toàn cháy nổ cao.

Tìm hiểu thêm về: Hub là gì trong hệ thống mạng? Phân biệt Hub và Switch

Nguyên lý hoạt động của cáp đồng trục

Nguyên lý hoạt động của cáp đồng trục dựa trên việc sử dụng hai dây dẫn đồng tâm để truyền tải tín hiệu, với một dây dẫn mang tín hiệu và dây còn lại đóng vai trò là điểm tham chiếu (đất) và lớp chống nhiễu. Dưới đây là các điểm chính trong nguyên lý hoạt động của cáp đồng trục:

Truyền tải tín hiệu viễn thông:

Lõi dẫn trung tâm: Mang tín hiệu điện (dòng điện và điện áp) từ nguồn đến đích. Đây là đường dẫn “nóng”.
Lớp chống nhiễu (lớp bện hoặc lá chắn): Hoạt động như đường dẫn “đất” (ground return path) cho tín hiệu. Điều này có nghĩa là dòng điện tín hiệu đi qua lõi trung tâm và trở về qua lớp chống nhiễu.
Sự khác biệt điện thế: Tín hiệu được truyền đi dưới dạng sự thay đổi điện thế giữa lõi trung tâm và lớp chống nhiễu.

Nguyên lý “đồng trục”:

Tên gọi “đồng trục” thể hiện rằng tất cả các thành phần dẫn điện (lõi và lớp chống nhiễu) đều có chung một trục vật lý.
Cấu trúc này tạo ra một trường điện từ cân bằng bên trong cáp, với các đường sức điện và từ trường được giới hạn chủ yếu trong không gian giữa lõi dẫn và lớp chống nhiễu.

Chống nhiễu hiệu quả:

Hiệu ứng Faraday Cage: Lớp chống nhiễu kim loại bao quanh lõi và lớp điện môi hoạt động như một lồng Faraday (Faraday Cage). Lồng này có khả năng chặn hầu hết các trường điện từ bên ngoài, ngăn chúng can thiệp vào tín hiệu bên trong lõi. Đồng thời, nó cũng ngăn chặn tín hiệu từ lõi rò rỉ ra bên ngoài, giảm thiểu phát xạ điện từ.
Loại bỏ nhiễu common-mode: Bất kỳ nhiễu nào tác động lên cả lõi dẫn và lớp chống nhiễu (nhiễu common-mode) sẽ bị triệt tiêu phần lớn do sự chênh lệch điện thế được giữ nguyên. Tín hiệu hữu ích (nhiễu differential-mode) vẫn được duy trì.

Kiểm soát trở kháng:

Trở kháng đặc tính (Characteristic Impedance): Đây là một yếu tố cực kỳ quan trọng trong cáp đồng trục (ví dụ: 50 Ohm cho truyền dữ liệu, 75 Ohm cho video). Trở kháng này được xác định bởi kích thước của lõi dẫn, đường kính bên trong của lớp chống nhiễu và hằng số điện môi của vật liệu cách điện.
Quan trọng của trở kháng: Để truyền tín hiệu hiệu quả mà không bị phản xạ (reflection) và suy hao năng lượng, trở kháng của cáp, thiết bị nguồn và thiết bị tải phải được khớp với nhau. Nếu không khớp trở kháng, một phần năng lượng tín hiệu sẽ bị phản xạ ngược trở lại nguồn, gây suy hao tín hiệu và biến dạng dạng sóng.

Truyền tải tín hiệu tần số cao:

Cấu trúc của cáp đồng trục được tối ưu hóa cho việc truyền tải tín hiệu tần số cao (radio frequency – RF). Ở tần số cao, các hiệu ứng như hiệu ứng bề mặt (skin effect) và cảm ứng điện từ trở nên quan trọng hơn.
Hiệu ứng bề mặt: Dòng điện xoay chiều tần số cao có xu hướng tập trung chảy gần bề mặt của dây dẫn. Cấu trúc cáp đồng trục tận dụng điều này bằng cách giới hạn trường điện từ bên trong, giảm thiểu tổn thất bức xạ.

Phân loại cáp đồng trục

Cáp đồng trục, hay còn gọi là cáp đồng trục, có nhiều loại khác nhau, được phân loại dựa trên các đặc điểm kỹ thuật và mục đích sử dụng. Dưới đây là những cách phân loại phổ biến nhất:

Phân loại theo trở kháng

Đây là tiêu chí quan trọng nhất, quyết định ứng dụng của cáp. Trở kháng được đo bằng Ohm ( $Ω$ ). Bao gồm:

Cáp đồng trục 50 Ohm:
- Ứng dụng chính: Truyền dữ liệu trong các hệ thống mạng máy tính (Ethernet đời cũ), truyền tín hiệu vô tuyến (RF) cho ăng-ten, bộ thu phát sóng, và các thiết bị truyền thông không dây.
- Ví dụ: Các loại cáp như RG-8, RG-213 (dày) và RG-58 (mỏng) thuộc nhóm này.
Cáp đồng trục 75 Ohm:
- Ứng dụng chính: Cực kỳ phổ biến trong các hệ thống truyền hình cáp, truyền hình vệ tinh, hệ thống camera giám sát (CCTV) và truyền tải tín hiệu video nói chung.
- Ví dụ: Các loại cáp như RG-6, RG-59 và RG-11 thuộc nhóm này.

Phân loại theo tiêu chuẩn RG

Đây là cách phân loại phổ biến nhất dựa trên các thông số kỹ thuật cụ thể. Các số RG ban đầu được quân đội Hoa Kỳ sử dụng và hiện nay là tên gọi chung cho nhiều loại cáp.

Cáp đồng trục RG-59:
- Đặc điểm: Có lõi dẫn trung tâm nhỏ, lớp điện môi mỏng, và thường có ít lớp chống nhiễu (chỉ một lớp bện hoặc một lớp lá chắn). Khả năng suy hao tín hiệu cao hơn ở tần số cao.
- Ứng dụng: Tối ưu cho truyền tín hiệu video và tần số thấp trên khoảng cách ngắn (dưới 75 mét), ví dụ như trong các hệ thống CCTV analog cũ, hoặc kết nối video composite.
Cáp đồng trục RG-6:
- Đặc điểm: Lõi dẫn trung tâm lớn hơn (thường 18 AWG) và lớp điện môi dày hơn RG-59, giúp suy hao tín hiệu thấp hơn và truyền tải tín hiệu tần số cao tốt hơn. Thường có nhiều lớp chống nhiễu (có thể là lá chắn kép hoặc “quad-shield”).
- Ứng dụng: Là loại cáp phổ biến nhất hiện nay cho truyền hình cáp, truyền hình vệ tinh, internet băng thông rộng (DOCSIS) và các ứng dụng video kỹ thuật số trên khoảng cách trung bình (từ 75-300 mét).
Cáp đồng trục RG-11:
- Đặc điểm: Có đường kính tổng thể lớn nhất trong 3 loại này. Lõi dẫn trung tâm dày hơn đáng kể (thường 14 AWG) so với RG-6, dẫn đến suy hao tín hiệu cực thấp. Tuy nhiên, nó kém linh hoạt và khó lắp đặt hơn.
- Ứng dụng: Lý tưởng cho các đường truyền tín hiệu tần số cao trên khoảng cách rất xa (trên 300 mét, có thể lên tới 600-900 mét), thường dùng làm cáp trục chính trong các hệ thống phân phối tín hiệu lớn hoặc kết nối giữa các tòa nhà.

Phân loại theo chất liệu lõi dẫn

Lõi đồng nguyên chất (Solid Copper – BC / Bare Copper): Toàn bộ dây dẫn làm bằng đồng. Loại này cho hiệu suất truyền dẫn tốt nhất, ít suy hao, nhưng chi phí cao hơn.
Lõi thép mạ đồng (Copper Clad Steel – CCS): Lõi bên trong là thép được mạ một lớp đồng bên ngoài. Loại này có độ bền cơ học cao hơn, giá thành rẻ hơn, nhưng có thể có suy hao tín hiệu cao hơn một chút ở tần số cao so với đồng nguyên chất. Thường được dùng cho các ứng dụng cần độ bền kéo.

Việc hiểu rõ các loại cáp đồng trục và đặc tính của chúng sẽ giúp bạn chọn đúng loại cáp cho từng ứng dụng cụ thể, đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.

Xem thêm: Module quang là gì? Cấu tạo, công dụng của module quang

Ứng dụng của cáp đồng trục

Cáp đồng trục có khả năng truyền tín hiệu tần số cao với độ suy hao thấp và khả năng chống nhiễu tốt, do đó nó được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ gia đình đến công nghiệp và viễn thông. Dưới đây là các ứng dụng chính của cáp đồng trục:

Truyền hình cáp và vệ tinh (CATV & Satellite TV):

Đây là ứng dụng phổ biến nhất của cáp đồng trục (đặc biệt là RG-6 và RG-11).
Cáp đồng trục được sử dụng để truyền tín hiệu video và âm thanh từ nhà cung cấp dịch vụ truyền hình cáp đến các hộ gia đình.
Nó cũng dùng để kết nối ăng-ten vệ tinh với bộ thu tín hiệu (receiver) và TV.

Hệ thống camera giám sát (CCTV):

Cáp đồng trục (thường là RG-59, đôi khi là RG-6 cho khoảng cách xa hơn) được sử dụng để truyền tín hiệu video analog từ camera an ninh đến đầu ghi hình (DVR/NVR) hoặc màn hình giám sát.
Nhờ khả năng chống nhiễu tốt, cáp đồng trục đảm bảo chất lượng hình ảnh ổn định cho hệ thống giám sát.

Kết nối Internet băng thông rộng (Broadband Internet):

Nhiều nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) sử dụng cơ sở hạ tầng cáp đồng trục hiện có của truyền hình cáp để cung cấp dịch vụ internet băng thông rộng (thường là DOCSIS).
Cáp đồng trục kết nối modem cáp tại nhà với mạng của ISP, cho phép truyền dữ liệu tốc độ cao.

Mạng máy tính cục bộ (LAN – Legacy Ethernet Networks):

Thin Ethernet (10Base2): Sử dụng cáp RG-58 (50 Ohm) với các đầu nối BNC.
Thick Ethernet (10Base5): Sử dụng cáp RG-8 (50 Ohm) dày hơn với các đầu nối Transceiver.
Mặc dù hiện nay đã được thay thế phần lớn bởi cáp xoắn đôi (Ethernet hiện đại) và cáp quang, nhưng vẫn có thể tìm thấy trong một số hệ thống cũ hoặc chuyên biệt.

Mặc dù cáp quang và cáp xoắn đôi đã phát triển mạnh mẽ và thay thế cáp đồng trục trong nhiều ứng dụng truyền dữ liệu tốc độ cao, nhưng cáp đồng trục vẫn giữ vai trò quan trọng trong các lĩnh vực đặc thù nhờ vào khả năng truyền tín hiệu tần số vô tuyến ổn định và chi phí tương đối thấp.

Kết luận

Trên đây là toàn bộ Cáp đồng trục là một phát minh không hề lỗi thời. Dù công nghệ ngày càng phát triển, loại cáp này vẫn là lựa chọn tuyệt vời cho các hệ thống truyền hình, camera, âm thanh nhờ tính ổn định, dễ lắp đặt và chi phí hợp lý. Nắm vững cấu tạo, phân loại và ứng dụng của cáp đồng trục sẽ giúp bạn lựa chọn đúng sản phẩm phù hợp nhất.

Tin Tức

Cáp đồng trục là gì? Cấu tạo, ứng dụng và phân loại