Le câble coaxial ou ligne coaxiale est une ligne de transmission ou liaison asymétrique, utilisée en hautes fréquences, composée d'un câble à deux conducteurs. L'âme centrale, qui peut être mono-brin ou multi-brins (en cuivre ou en cuivre argenté, voire en acier cuivré), est entourée d'un matériau diélectrique (isolant). Le diélectrique est entouré d'une tresse conductrice (ou feuille d'aluminium enroulée), appelée blindage, puis d'une gaine isolante et protectrice.

Ce type de câble est utilisé pour la transmission de signaux numériques ou analogiques à haute ou basse fréquence. L'invention est attribuée à l'américain Herman Affel (1893-1972) dont le brevet est accepté le 8 décembre 1931.

Usages

Par exemple, il est possible de trouver un câble coaxial :

Le câble coaxial est maintenant remplacé par la fibre optique sur les longues distances (supérieures à quelques kilomètres).

L'avantage d'un câble coaxial sur une ligne bifilaire (constituée de deux conducteurs parallèles séparés par un diélectrique) est qu'il y a création d'un écran (cage de Faraday) qui protège le signal des perturbations électromagnétiques et qui évite que les conducteurs ne produisent eux-mêmes des perturbations. Un câble coaxial peut être placé le long des murs, gouttières ou enfoui car la présence d'objets n'influence pas la propagation du signal dans la ligne. Les pertes sont constantes au fil du temps, les particules de poussière se déposant sur le support isolant n'ayant pas d'influence sur la propagation du signal.

Il est parfois nécessaire de placer, entre la sortie de l'antenne (symétrique) et la ligne coaxiale (asymétrique) un balun (BALanced / UNbalanced, convertisseur symétrique / asymétrique) pour optimiser le transfert de l'énergie entre l'antenne et le câble (en réception comme en émission).

Il est préférable de ne pas utiliser de câble endommagé car ses caractéristiques et ses propriétés sont alors dégradées et les ondes pourraient déborder chez votre voisin.

La connexion à un câble coaxial doit être réalisée par l'utilisation de connecteurs coaxiaux adaptés au câble et montés en respectant les indications fournies pour conserver à l'ensemble les caractéristiques souhaitées en termes de qualité de transmission. Pour la TV Numérique Terrestre, les fiches dites "IEC" sont désignées, alors que pour la Tv par satellite se sont les fiches "F" à visser, bien qu'elles soient montées sur un même câble "grand public"

Les caractéristiques

Caractéristiques mécaniques du câble coaxial :

Caractéristiques électriques du câble coaxial :

Elles sont données par les constructeurs.

Les pertes

Il faut rappeler que les courants haute fréquence circulent dans une pellicule proche de la surface des conducteurs. L'épaisseur de cette pellicule diminue quand la fréquence augmente. La résistance d'un conducteur augmente comme la racine carrée de la fréquence, c'est ce qu'on appelle l'effet pelliculaire. Les pertes produisent une diminution de l'amplitude du signal en fin de ligne,cela se manifeste par exemple par une diminution de la puissance RF rayonnée dans le cas d'un émetteur. Voici quelques règles:

En réception satellite ( B.I.S 950 / 2150 Mhz) le câble 17 Vatc ou Patc est préconisé, ainsi que pour la réception ( > 860 Mhz) de la TV Terrestre Numérique( TNT) "délicate". Les pertes en mode satellite à la fréquence maximale de 2150 Mhz, oscillent autour de 31 dB / 100 m

En outre, il existe un rapport optimum du diamètre de l'âme sur celui du blindage. Celui-ci correspond à une impédance caractéristique de 75 Ohm, ce qui explique que cette valeur soit employée pour les câbles de réception qui doivent minimiser les pertes, toutes choses étant égales par ailleurs.

Pour le transport de puissance, on aurait tendance à penser que maximiser le diamètre de l'âme diminue la résistance et donc les pertes. Ceci est vrai en continu, mais en haute fréquence, l'épaisseur réduite du diélectrique entraîne une tension de claquage plus faible, et donc une puissance maximale admissible limitée. L'optimum se réalise pour une impédance caractéristique de l'ordre de 30 Ohm. La valeur de 50 Ohm correspond à un compromis entre pertes en émission et pertes en réception.

Un câble Twinax est un câble semblable au câble coaxial, mais doté de deux conducteurs internes au lieu d'un seul. Grâce à son efficacité et son coût limité, son utilisation redevient répandue (en 2013) pour les applications de signalisation différentielle à grande vitesse et à très courte portée.

Le câble Twinax a été conçu au départ par IBM pour remplacer le câble série RS-232 avec une vitesse de 1Mb/s.

IBM continue de déposer des brevets d'invention pour des variantes de câbles Twinax, par exemple le brevet US 20090229850 A1, dont la date de dépôt est le 11 mars 200 et dont les inventeurs sont Moises Cases, Bhyrav M. Mutnury et Bruce J. Wilkie, introduisant un câble Twinax pouvant opérer entre 7 et 9 GHz. Moins de 2 mois plus tard, c'est le tour du brevet US 7479601 B1, dont la date de dépôt est le 6 mai 2008, avec les 3 mêmes inventeurs et un quatrième qui s'appelle Daniel N. De Araujo.

D'autres compagnies introduisent également des variantes du Twinax, comme 3M avec le brevet US 20060254805 A1 pour un câble de profil bas pouvant transmettre des signaux au-delà de 100 MHz, déposé le 25 mai 2005 et dont les inventeurs sont Richard Scherer et Denis Springer. Il y a le taïwanais Hon Hai avec le brevet US 6273753 B1 du 19 octobre 2000, dont l'inventeur est David Tso-Chin Ko, introduisant un câble Twinax pouvant fonctionner avec des écrans à cristaux liquides. Ou encore Panduit Corp. avec le brevet WO 2012078489 A1 du 5 décembre 2011, portant les noms d'inventeurs Masud Bolouri-Saransar et Ronald A. Nordin, permettant d'utiliser 20 paires de câble Twinax pour construire un câble Ethernet de 100 Gbit/s

Ses principaux avantages étaient la haute vitesse (1 Mbit/s par rapport à 9600 bit/s au moment de son introduction) et la multiplicité des dispositifs adressables par connexion. Son principal inconvénient est l'obligation d'un câblage Twinax propriétaire avec des connecteurs encombrants. Avec Twinax sept dispositifs peuvent être adressés, en tant qu'adresses de postes de travail 0 à 6. Ces dispositifs peuvent ne pas être séquentiels.

Les câbles Twinax doivent fonctionner en topologie en bus qui nécessite des bouchons de terminaison pour fonctionner correctement. La plupart des connecteurs Twinax en T ont automatiquement une fonction de bouchon de terminaison (adaptateurs d'impédance, pour éviter la réflexion des signaux). Pour une utilisation dans les bâtiments câblés avec des câbles de catégorie 3 ou supérieure en paires torsadées, il y a des baluns qui convertissent les câbles Twinax en paires torsadées et les concentrateurs qui convertissent d'une topologie en bus à une topologie en étoile.

En 1988, les câbles Twinax utilisés pour les IBM 5250 peuvent adresser jusqu'à 8 dispositifs sur une distance de plus de 1500 mètres.

Les câbles Twinax sont utilisés avec des systèmes NEC Astra.

Les câbles Twinax sont utilisés dans la norme MIL-STD-1553 qui est adoptée par l'OTAN.

Les câbles Twinax 100 ohms fournis par Nexans sont utilisables pour les transmissions haut débit de type Storage Area Network, Serial ATA, Infiniband, 10Gbit Ethernet et 10Gbit Fiber Channel.

Certains câbles SATA-3 sont implémentés en utilisant du câble Twinax.

C'est un câble en cuivre qui se présente en tant que câble Twinax actif ou passif et qui se connecte directement au logement du émettteur-récepteur de l'équipement réseau. Cette connectique est souvent appelée DAC.

Le câble Twinax actif a des composants électroniques dans le logement du transceiver pour améliorer la qualité des signaux le câble Twinax passif est un simple fil dénué de composants pouvant redresser les signaux. D'une manière générale, les câbles de moins de 5 mètres de long sont des passifs et les autres sont actifs. Mais chaque vendeur a ses règles spécifiques.

Ce produit existe chez plusieurs constructeurs de matériels réseaux. Ce type de connexion est capable de transmettre à la vitesse de 10 Gigabits/second en full duplex sur des distances de quelques mètres. Il offre des temps de latence émetteur-récepteur (transceiver latency) de 0,1 µs, ce qui est 15 à 25 fois meilleur que le système de câblage 10GBASE-T CAT6/CAT6a/CAT7 (1,5 à 2,5 μs). La consommation électrique d'un câble Twinax avec SFP + est d'environ 0,1 watt, ce qui est aussi beaucoup mieux que de 4 à 8 watts pour 10GBASE-T.

Comme toujours avec le câblage, un des points à considérer est le taux d'erreur mesuré à la réception d'une transmission numérique (le B.E.R. ou Bit Error Ratio). Le câblage Twinax en cuivre a un B.E.R. plus petit que 10⁻¹⁸ selon Cisco, ce qui est acceptable pour les applications dans les environnements critiques.

Le CoaXPress (CXP) est un protocole de communication asymétrique rapide de type communication série. Il a été développé afin d'interfacer simplement des capteurs vidéo (device) avec du matériel de capture et d'enregistrement (host) en utilisant un seul câble coaxial, le rendant couramment utilisé en vision industrielle. Ce standard permet également de servir d'alimentation pour le device.

La norme définit des taux de transferts de données sur la voie descendante (device vers host) allant jusqu'à 6.25 Gbit/s par câble en version 1.x et jusqu'à 12.5 Gbit/s en version 2.0. Le transfert des données de contrôle sur la voie montante (host vers device) est fixé à 20.833 Mbit/s en version 1.x et passe à 41.667 Mbit/s lorsque le taux de transfert sur la voie descendante est de 10 ou 12.5 Gbit/s. L'alimentation optionnelle sur le câble coaxial est de 24 V et peut fournir jusqu'à 13 W par lien au device. Le dernier avantage de cette norme réside dans sa possibilité d'utiliser plusieurs câbles coaxiaux en parallèle afin de transférer les données sur la voie descendante.

Le support de transmission pour le CoaXPress est le câble coaxial (75Ω). La distance maximale de transmission dépend principalement de la fréquence et de la qualité du câble. Les câbles RG11, RG6, RG59 ainsi que bien d'autres types peuvent être utilisés.

Le connecteur standard pour cette norme est un connecteur BNC 75Ω. Il est également possible d'utiliser des connecteurs DIN 1.0/2.3 ainsi que des connecteurs Micro-BNC depuis la version 2.0 (ou aussi connu sous le nom HD-BNC). Diverses solutions ont également été testées mais ne sont actuellement pas officialisées par le consortium CoaXPress.

Le CoaXPress supporte un canal de communication montant du host vers le device. Cette voie montante utilise un débit fixe de 20.833 Mbit/s ainsi qu'un codage 8b/10b. A partir de la version 2.0 du standard, le débit passe à 41.667 Mbit/s dès que le débit descendant est de 10 ou 12.5 Gbit/s.

Le CoaXPress possède un canal descendant dont le débit est variable, allant de 1.25 Gbit/s à 12.5 Gbit/s par lien. La multiplication du nombre de lien permet l'augmentation des taux de transferts. Le tableau ci-après montre quelques exemples de topologies CoaXPress.