Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель (от лат. «co» — совместно и «axis» — ось) — это тип электрического кабеля, в котором оба проводника (центральная жила и экран) расположены соосно и разделены диэлектриком. Эта конструкция обеспечивает эффективную передачу высокочастотных сигналов с минимальными потерями и защитой от внешних электромагнитных помех.

1. Конструкция коаксиального кабеля

Конструкция кабеля представляет собой многослойный «бутерброд», где каждый элемент выполняет критически важную функцию.

1. Центральная жила (Внутренний проводник)

• Материал: Медь, омедненная сталь (CCS — Copper Clad Steel), омедненный алюминий (CCA — Copper Clad Aluminum). Чистая медь обеспечивает лучшую проводимость, но омедненные материалы дешевле и прочнее.
• Строение: Бывает однопроволочной (монолитной) или многопроволочной (гибкой). Многопроволочная жила используется там, где важна гибкость (например, патч-корды).

2. Диэлектрик (Изоляция)

• Назначение: Фиксирует положение центральной жилы строго по центру кабеля, обеспечивает постоянное расстояние до экрана и определяет волновое сопротивление.
• Материал: Вспененный полиэтилен (самый распространенный), сплошной полиэтилен, тефлон (PTFE) для высокотемпературных применений. Вспененная структура улучшает электрические характеристики и снижает вес.

3. Экран (Внешний проводник)

• Назначение: Защищает внутренний сигнал от внешних электромагнитных помех (EMI) и предотвращает излучение сигнала наружу, что обеспечивает защиту от перехвата и помех другим устройствам.
• Конструкция:
  • Алюминиевая фольга: Обеспечивает 100% покрытие, но не обладает гибкостью. Всегда используется в паре с дренажным проводником.
  • Оплетка из медных или омедненных проволок: Обеспечивает механическую прочность и гибкость. Эффективность экранирования зависит от плотности оплетки (например, 60%, 96%).
  • Комбинированный экран (Фольга + Оплетка): Наиболее эффективный вариант. Обозначается как RF-100 или 4C X 64 Braid. Обеспечивает максимальную защиту.

4. Внешняя оболочка

• Назначение: Защищает внутренние слои от механических повреждений, влаги, ультрафиолета и других внешних воздействий.
• Материал: ПВХ (для помещений), полиэтилен (PE — для улицы, устойчив к УФ-излучению), безгалогенные составы (для помещений с повышенными требованиями к пожарной безопасности).

2. Ключевые электрические характеристики

1. Волновое сопротивление (импеданс)
Это самое важное свойство коаксиального кабеля. Оно определяется геометрией кабеля и материалами диэлектрика и должно согласовываться с импедансом источника сигнала и нагрузки.

• 50 Ом: Стандарт для профессиональных радиочастотных систем, измерительного оборудования, радиосвязи, сотовой связи. Оптимальный баланс между потерьной мощностью и прочностью.
• 75 Ом: Стандарт для телевизионных и видео систем, кабельного телевидения (CATV), спутниковых антенн (SAT). Обеспечивает минимальные потери на единицу длины.
• 93 Ом: Редкий тип, использовался в компьютерных сетях (Arcnet).

2. Затухание (Потери в кабеле)
Измеряется в децибелах на метр (дБ/м). Затухание увеличивается с ростом частоты сигнала. Зависит от:

• Частоты сигнала: Чем выше частота, тем больше потери.
• Диаметра кабеля: Чем толще кабель (например, 10 мм vs 5 мм), тем меньше затухание.
• Качества диэлектрика: Вспененный полиэтилен имеет меньшие потери, чем сплошной.

3. Погонная емкость
Измеряется в пикофарадах на метр (пФ/м). Влияет на передачу цифровых сигналов: слишком высокая емкость может «завалить» фронты импульсов.

4. Скорость распространения (Velocity of Propagation, Vp)
Выражается в процентах от скорости света. Показывает, насколько сигнал в кабеле медленнее сигнала в вакууме. У кабелей с вспененным диэлектриком Vp составляет около 80%.

3. Стандарты, марки и применение

1. Кабели 75 Ом (для видео и телевидения)

• RG-6/U: Самый распространенный кабель для спутникового (SAT) и кабельного (CATV) телевидения, антенн. Имеет медную центральную жилу, хорошее экранирование.
• RG-59/U: Более тонкий и дешевый, чем RG-6. Подходит для аналогового CCTV (систем видеонаблюдения) на короткие расстояния, для композитного видео. Не рекомендуется для HD-сигналов.
• SAT-703 / DG-113: Качественные кабели с медной центральной жилой и двойным (фольга+оплетка) или даже четверным экраном для приема спутникового телевидения.

2. Кабели 50 Ом (для радиочастот и связи)

• RG-58/U: Классический кабель для радиочастотных подключений, ранее использовался в сетях Ethernet (10BASE2). Гибкий, но с высоким затуханием.
• RG-213/U: Более толстый и с меньшим затуханием, чем RG-58. Используется для питания фидеров радиостанций, измерительных систем.
• LMR-195 / LMR-400: Современные низкопотерьные кабели от Times Microwave. LMR-400 является популярным заменой RG-213, обладая значительно меньшим затуханием и гибкостью. Широко используется для подключения GSM/4G/5G антенн, Wi-Fi точек доступа, радио репитеров.

3. Толстые магистральные кабели (Trunk & Distribution)

• Используются провайдерами кабельного ТВ для построения магистральных линий. Имеют большой диаметр (до 20 мм) и минимальное затухание (например, 11 мм «толстяк»).

4. Области применения

1. Телевидение и видео: Кабельное, эфирное, спутниковое TV; системы видеонаблюдения (CCTV).
2. Связь и телекоммуникации: Антенны сотовой связи, базовые станции, радио репитеры, Wi-Fi оборудование.
3. Радиоэлектроника и измерительная техника: Соединение генераторов сигналов, анализаторов спектра и другого РЧ-оборудования.
4. Вещание: Подключение передающих антенн для FM-радио и телевизионных вещателей.
5. Компьютерные сети: Исторически использовался в стандарте 10BASE2 («тонкий Ethernet»). Сегодня его вытеснила витая пара и оптоволокно.

5. Монтаж и эксплуатация

1. Правильное согласование
Несогласованность импеданса (например, подключение 75-омного кабеля к 50-омному порту) приводит к отражениям сигнала (КСВН — коэффициент стоячей волны), что вызывает значительные потери мощности и может повредить передающее оборудование.

2. Качественные коннекторы
Использование правильных и качественных разъемов — залог надежной системы.

• Для 75 Ом: F-коннектор (для ТВ), BNC (для видео).
• Для 50 Ом: BNC, N-коннектор, SMA.
  Обжим или пайка должны выполняться аккуратно, без коротких замыканий центральной жилы на экран.

3. Минимальный изгиб
Каждый коаксиальный кабель имеет минимально допустимый радиус изгиба (обычно 5-10 диаметров кабеля). Превышение этого радиуса приводит к деформации диэлектрика и изменению волнового сопротивления на изгибе, что ухудшает характеристики.

4. Защита от влаги
Для уличной прокладки необходимо использовать кабели с устойчивой к УФ-излучению оболочкой (PE), а все соединения должны быть герметизированы (термоусадка с клеевым слоем).

6. Сравнение с витой парой и оптическим волокном

Параметр	Коаксиальный кабель	Витая пара (Cat.6)	Оптическое волокно
Пропускная способность	Высокая (до нескольких ГГц)	Высокая (до 500 МГц)	Очень высокая (ТГц)
Дальность	Средняя (десятки-сотни метров)	Короткая (до 100 м)	Очень большая (километры)
Помехозащищенность	Очень высокая (благодаря экрану)	Средняя/Хорошая (зависит от экрана)	Абсолютная (не подвержен ЭМ-помехам)
Стоимость	Средняя	Низкая	Высокая (оборудование, монтаж)
Основное применение	Видео, РЧ-сигналы, антенны	Компьютерные сети, телефония	Магистральные каналы, ЦОД

Заключение

Коаксиальный кабель, несмотря на свой возраст, остается незаменимым решением для передачи высокочастотных сигналов там, где важны надежная защита от помех, механическая прочность и относительная простота монтажа. Его ниша — это телевизионные системы, видеонаблюдение, радиочастотные соединения и системы связи.

Понимание его конструкции, характеристик и правил применения позволяет построить эффективную и долговечную кабельную систему. Хотя в области передачи данных его вытеснили витая пара и оптоволокно, для специфических задач, связанных с передачей радиочастотной энергии, коаксиальный кабель еще долго будет оставаться стандартом.