Преимущества коаксиального кабеля

1. Что называют коаксиальным кабелем?
   
2. Какие материалы используются при изготовлении коаксиальных кабелей?
   
3. Коаксиальные кабели для передачи информации: сферы их применения
   
4. Конструкция коаксиального кабеля
   
5. Классификация коаксиальных кабелей
   
6. Преимущества и недостатки коаксиальных кабелей
   

Что называют коаксиальным кабелем?

В нормативном документе – ГОСТ 15845-80 «Изделия кабельные…» приведены термины, связанные с кабелями и даны их определения.

Электрический кабель – одна или более токопроводящих жил, изолированных друг от друга и от внешней металлической защитной оболочки.

Коаксиальная пара – два проводника, разделенные слоем изоляции и расположенные на общей оси и разделенные слоем изоляции:

• центральная жила – по оси коаксиальной пары;
• оболочка, установленная эквидистантно, т. е. на одинаковом расстоянии вокруг центральной жилы.

Из этих определений получим: коаксиальный кабель – это электрический кабель, токопроводящие пары которого выполнены коаксиальными, т. е. расположенными на одной оси.

Это может быть не только одна коаксиальная пара, а более сложное устройство из нескольких таких пар. Например, триаксиальный кабель состоит из трех токопроводящих проводников, которые расположены на одной общей оси и промежутки, между которыми заполнены изоляцией.

«Разделанный» торец триаксиального кабеля.

Структура триаксиального кабеля справа налево:

• центральная жила;
• белый цилиндр – сплошная изоляция жилы, например, из полиэтилена;
• первый экран – оплетка из оголенных проволочек;
• трубка розового цвета – второй слой изоляции – специальный диэлектрический материал, например, фторопласт;
• второй экран, тоже токопроводящая проволочная оплетка;
• красный цилиндр – наружная изоляция из пластика, защищающая кабель от внешних воздействий.

Но такие кабели применяются не часто. Большинство же используемых коаксиальных кабелей традиционно двухпроводные – центральная жила и экранирующий металлический, металлизированный или псевдо-металлический слой, выполняющий функцию экрана. Например, он может быть выполнен в виде сетки из тонких неизолированных проволочек.

Чтобы через ячейки такой сетки не проникало излучение электромагнитного поля, они должны быть размерами меньше 1/2 или 1/4 длины волны сигнала, передаваемого по кабелю. В таком случае через «дырочки» оплетки не будет проникать электромагнитная энергия, например, полного телевизионного сигнала. А это излучение, занимающее полосу частот от герц до десятков мегагерц. Т. е. не будет утечек наружу в окружающую среду и попадания в виде помех в другие кабели или электронную аппаратуру. И не будет наведения сигналов на электромагнитное поле, распространяющееся между центральной жилой и экраном. Наводки возникают в работе слаботочной электронной аппаратуры при прохождении больших токов в силовых кабелях электропитания, проложенных рядом с ней, от искрящего электрооборудования и т. п.

Т. е. снаружи в промежуток между коаксиальными электродами – центральной жилой и экраном не будет попадать излучение внешней помехи.

Если рассматривать название «коаксиальный кабель» терминологически, т. е. по структуре слова-термина, то получим следующее: латинское слово «coaxis» можно разделить на «co» – совместный или совмещенный и «axis» – осевой или соосный. Или «совмещенный на одной оси».

Практически тот же результат получим при анализе английского слова «coaxial».

Видно, что если последний термин транслитерировать кириллицей, то и получим название «коаксиал» или коаксиальный кабель.

Какие материалы используются при изготовлении коаксиальных кабелей?

Основной и наиболее емкий и точный нормативный документ – российский ГОСТ Р 53880-2010 «Кабели коаксиальные для сетей кабельного телевидения. Общие технические условия».

Определения материалов, которые применяют для изготовления коаксиальных кабелей, приведены в разд. 3 этого ГОСТа:

1. Пористая изоляция, международный термин – gas-injected cellular dielectric: изоляция, полученная газовым вспениванием диэлектрика, например, полиэтилена. Располагается между центральной жилой и внешним экраном – сетчатым, ленточным из металла или металлизированной ленты.
2. Изоляция из пористой пленки – пленко-пористая - skin-foam-insulation: совмещены сплошная и пористая пленки.
3. Сталемедная проволока или copper-clad steel wire – проволока из стали, покрытая концентричным слоем чистой меди.
4. Алюмомедная проволока или copper-clad aluminium wire – чистый алюминий, который концентрично закрыт слоем очищенной меди.
5. Лента металлополимерная или moralized tape – лента из полимерного материала, которая с одной или обеих сторон покрыта слоем металла, меди или алюминия.

Коаксиальные кабели для передачи информации: сферы их применения

Коаксиальные кабели радиочастотного диапазона используют для различных радиотехнических устройств и радиочастотных промышленных установок. Например, коаксиальные кабели группы РК служат:

• в радиостанциях для соединения как приемных, так и передающих антенн с выходным каскадом передатчика и/или входными цепями приемника;
• в системах радиолокации и радиосвязи – подключение антенн и соединений отдельных блоков-подсистем внутри системы;
• в вычислительной технике – для связи ЭВМ между собой и с устройствами ввода и/или вывода информации и т. п.
• для соединения блоков и подсистем в сложных радиоэлектронных системах – радиосвязи, радиолокации, радиообнаружения и пр.;
• для производства отдельных деталей и узлов аппаратуры, работающей на высоких напряжениях и частотах, например, с магнетронами РЛС;
• для передачи аналоговой информации большого объема с частотным уплотнением – аналоговая телефония, передача информации, связь и пр.

Конструкция коаксиального кабеля

По конструкции коаксиальные кабели бывают разные. Наибольшее распространение получили кабели, имеющие конструкцию, приведенную на рисунке.

 Коаксиальный кабель, с «разделанным», т. е. зачищенным одним торцом для демонстрации его структуры.

В такой конструкции имеются:

Позиция 1 – центральная жила или внутренний проводник. Обычно она однопроводная. Но в некоторых случаях, например, в кабелях, от которых требуется многократный изгиб, центральная жилу выполняют многопроводной, свитой из нескольких неизолированных проводников.

Позиция 2 – сплошная внутренняя изоляция, обычно это литой полиэтилен или фторопласт, он же тефлон и пр. Названий у фторопласта несколько. Для повышения гибкости изоляция может быть выполнена «мягкой» – из пенополиэтилена или из экспандированного фторопласта – трубки, выполненной из хаотично перемешанных тончайших волокон фторопласта. Такой материал иногда называют «фторопластовый фетр» или «пористый фторопласт».

Позиция 3 – экран или внешний проводник. Им может быть металлическая трубка, сетчатая оплетка из оголенных проводников-проволочек, спиральная металлическая лента, намотанная с перекрытием витков, слой металлической фольги или пленки, металлизированной алюминием, например, из фторопласта или из лавсана, полиэтилена и др.

Позиция 4 – защитная оболочка. Она выполняется в виде сплошного шланга из пластика, например, из ПВХ – модифицированного поливинилхлорида высокой прочности, устойчивого к воздействию факторов внешней среды, прежде всего потоков солнечного УФ-излучения.

В коаксиальных кабелях с уменьшенными потерями центральную проводящую жилу обвивают сплошным тонким стержнем из пластика с низкими диэлектрическими потерями. Это может быть уже упомянутые полиэтилен, фторопласт или другой материал. Остальное пространство занимает воздух.

Шаг навивки такой «изоляции» небольшой, но при изгибах кабеля экран не касается центральной жилы.

Еще один вариант конструкции – дистанционные кольца или диски, надетые на центральный проводник. Но такие устройства имеют малое применение из-за их небольшой длины. Например, в радиолокационных станциях большой мощности для систем дальнего обнаружения. Называть их кабелем было бы, наверное, не совсем корректно, т. к. это коаксиальное устройство для передачи сигналов очень большой мощности.

Системы обозначений коаксиальных кабелей

Систем обозначений коаксиальных кабелей не меньше, чем их производителей.

Маркировка и системы обозначений вводятся для того, чтобы несколькими цифрами и буквами идентифицировать конкретные технические параметры или характеристики кабеля.

На территории Российской Федерации продолжает действовать советская система обозначений.

Ее основа – группа государственных стандартов ГОСТ 11326 «Кабели радиочастотные». Головной стандарт в группе – ГОСТ 11326.0-78 «Кабели радиочастотные. Общие техусловия».

В документе приведены следующие типы кабелей:

• РК – радиочастотные коаксиальные, например, РК-50, РК-75, в обозначение цифры, указывающие на волновое сопротивление в Омах;
• РД – радиочастотные двухпроводные, в общем или индивидуальном экране, или без экрана;
• РС – кабели радиочастотные двухпроводные и коаксиальные со спиральными проводниками;
• РИ – радиочастотные излучающие – имеют отверстия во внешнем экране для выхода электромагнитной энергии.

Система обозначений по шкале Radio Guide. Второе название – система RG.

Ее буквенно-цифровая маркировка состоит из латинских букв RG – аббревиатуры, образованной от словосочетания Radio Guid, которое переводится как «радиогид».

Наиболее распространены такие типы:

• RG-8 или «толстый Ethernet»
• серия RG-58 или «тонкий Ethernet» (Thinnet), номинальное волновое сопротивление 50 Ом.
• В серию RG-58 входят:
• RG-58/U со сплошной центральной жилой;
• RG-58A/U —с многожильной центральной жилой;
• RG-58C/U — модель военного назначения;
• RG-59 — кабель Broadband/CableTelevision для телевидения, волновое сопротивлением 75 Ом -российский (советский) аналог РК-75-х-х;
• RG-6 — широкополосный телевизионный кабель с номинальным волновым сопротивлением 75 Ом, имеются некоторые разновидности по типу и материалам исполнения;
• RG-11 – магистральный кабель для линий с большими, до 600 м расстояниями, модификация S1160 отличается тросом - несущем элементом для перебрасывания по воздуху между домами;
• RG-62 с сопротивлением 93 Ом;
• RG-11 – «толстый» Ethernet, диаметр 11,7 мм, центральный проводник более толстый, чем у «тонкого Ethernet», кабель имеет два недостатка – плохо гнётся и дорого стоит, но за счет толстого проводника данные можно передавать на 500 м со скоростью 10 Мбит/с.

Коаксиальные кабели для подвески, например, между зданиями. В их наружную изоляцию заделан введен продольный силовой элемент – высокопрочный стальной трос. Он не дает растянуться жилам, оплеткам, внутренней и наружной изоляциям коаксиальных кабелей.

Есть и другие разновидности кабели этой категории.

Классификация коаксиальных кабелей

Классификацию коаксиальных кабелей можно вести по разным критериям. Одна из классификаций приведена в российском государственном стандарте – ГОСТ Р 53880-2010 Кабели коаксиальные для сетей кабельного телевидения.

По этому нормативному документу коаксиальные кабели делятся:

1. По назначению: на магистральные или субмагистральные и распределительные ТВКМ – телевизионные коаксиальные магистральные и ТВКА – телевизионные коаксиальные абонентские.
2. По конструкции проводника внутренней жилы: однопроволочный из медной проволоки; из сталемедной или алюмомедной проволоки; многопроволочный, проволока медная; из гладкой сварной или цельнотянутой медной трубки.
3. По конструкции изоляционно слоя: сплошная; полувоздушная; пленочно-пористая; пористая.
4. По виду внешнего проводника-экрана: металлическая фольга или 1042лента, на которой уложена обмотка или проволочная обмотка; гладкая или гофрированная металлическая трубка.

Пример обозначения коаксиального кабеля с видимой его конструкцией. Элементы конструкции слева направо – центральная медная однопроводная жила, ее сплошная изоляция, двойной экран – фольга металлизированная алюминием и оплетка из луженых оголенных проводников, наружная оболочка из пластификата или ПВХ, маркировка конкретной модели: производитель – компания Premier, марка – RG-6U и его разновидность – coaxial.

Модель RG-11 – магистральный вариант для передачи сигнала на большие расстояния – нескольких сотен метров.

Кабель RG-7 предназначен для передачи сигналов от спутникового или кабельного телевидения, а также кабельных модемов на высокой частоте с уменьшенными потерями энергии.

Преимущества и недостатки коаксиальных кабелей

К достоинствам этой разновидности электрических кабелей относят:

• широкая полоса частот передаваемого сигнала, достигающая у лучших серийных изделий 5 000 МГц, т. е. 5 ГГц;
• возможна передача десятков и сотен телевизионных каналов с полосой в десятки мегагерц каждый и тысяч телефонных каналов, занимающих полосу 3,5-4 кГц;
• высокая скорость передачи сигналов цифровой информации – до нескольких Гбит/с – в канале связи идут пакеты коротких прямоугольных импульсов, для которых требуется канал с шириной полосы пропускаемых частот в десятки мегагерц;
• передачу за счет малого затухания сигнала можно вести без электронных повторителей на расстояние от нескольких сотен метров до десятков километров;
• качественно изготовленные и правильно смонтированные средства передачи мало подвержены воздействию электромагнитных помех;
• стабильность электрических характеристик во времени.

К недостаткам относятся:

• гальваническая связь входных и выходных цепей коаксиального канала связи;
• малая физическая гибкость устройств увеличенного диаметра;
• небронированные виды легко механически повреждаются;
• в сравнении с волоконно-оптическими у коаксиальных уже полоса пропускания и меньше скорость передачи цифровой, т. е. компьютерной информации;
• сложность средств разъемного подключения – коннекторы нужно паять, предварительно разделав и зачистив торцы кабелей;
• довольно высокая цена, зависящая от разных условий, но есть модели и с доступной ценой.