1 коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель: конструкция, параметры, применение и стандарты

Коаксиальный кабель (коаксиал) — это электрический кабель, состоящий из центрального проводника, окруженного концентрическим экраном, с изоляционным диэлектрическим слоем между ними. Ключевая особенность конструкции — совмещение осей обоих проводников, что минимизирует излучение электромагнитной энергии вовне и обеспечивает высокую защиту от внешних помех. Он предназначен для передачи высокочастотных сигналов в широком спектре приложений: от телекоммуникаций и телевещания до систем связи, измерительной техники и промышленной автоматизации.

Конструкция и материалы

Конструкция коаксиального кабеля строго регламентирована и определяет его электрические характеристики. Основные элементы включают:

• Центральный проводник (жила): Выполняется из медной или омедненной стальной проволоки. Может быть монолитным (однопроволочным) для жестких кабелей или многопроволочным (гибким). Омеднение снижает стоимость и увеличивает прочность при сохранении хороших поверхностных проводящих свойств на высоких частотах (скин-эффект).
• Диэлектрик (изоляция): Обеспечивает постоянное расстояние между центральным проводником и экраном. Материалы: сплошной полиэтилен (PE), вспененный полиэтилен (Foam PE), фторопласт (PTFE), полипропилен. Вспененная структура снижает диэлектрические потери и уменьшает волновое сопротивление.
• Экран (внешний проводник): Выполняет две функции: обратного пути для сигнального тока и защиты от внешних электромагнитных помех. Часто используется комбинация слоев: алюминиевая или медная фольга (обеспечивает 100% покрытие) и оплетка из луженых медных проволок (обеспечивает механическую прочность и низкое сопротивление). В кабелях высшего класса применяют двойную или даже тройную экранизацию (например, фольга+оплетка+фольга).
• Оболочка: Защищает внутренние элементы от механических повреждений, влаги, УФ-излучения и химических воздействий. Материалы: поливинилхлорид (PVC), полиэтилен (PE), безгалогенные огнестойкие составы (LSZH). Для уличной прокладки оболочка часто имеет черный цвет и содержит стабилизаторы против ультрафиолета.

Основные электрические параметры и характеристики

Выбор коаксиального кабеля для конкретной задачи определяется набором ключевых параметров.

Волновое сопротивление (импеданс)

Наиболее распространенные стандартные значения: 50 Ом и 75 Ом. Волновое сопротивление определяется геометрией кабеля (диаметром центрального проводника, внутренним диаметром экрана и диэлектрической проницаемостью изоляции) и не зависит от длины линии. 50-омные кабели оптимизированы для минимального затухания при передаче мощности (радиочастотные системы, профессиональные коммуникации). 75-омные кабели оптимизированы для минимального затухания сигнала (телевизионные и видеосистемы, приемные антенны).

Погонное затухание

Измеряется в децибелах на метр (дБ/м) и указывает, насколько ослабляется сигнал при прохождении по кабелю. Затухание увеличивается с ростом частоты. Зависит от качества диэлектрика и проводимости центрального проводника. Чем больше диаметр кабеля, тем, как правило, меньше затухание.

Тип кабеля (пример)	Волновое сопротивление, Ом	Диаметр, мм	Затухание на 100 МГц, дБ/100м	Затухание на 1000 МГц, дБ/100м
RG-58/U	50	~5	22.0	74.0
RG-6/U	75	~6.8	6.5	22.0
LMR-400	50	~10.3	3.9	13.0
ДКС 75-9.0	75	~13.0	3.5	11.5

Экранирование

Эффективность экранирования измеряется в децибелах (дБ) и показывает, насколько ослабляется внешнее поле. Кабели классифицируют по процентному покрытию оплетки, но более точно — по стандартам (IEC 61196-1).

• Одноэкранные (60-85% оплетки): до 60-70 дБ. Для помещений с низким уровнем помех.
• Двухэкранные (фольга + оплетка >90%): до 90-100 дБ. Стандарт для большинства профессиональных применений.
• Трех- и четырехэкранные: >100 дБ. Для критически важных систем в условиях сильных электромагнитных помех (промышленные цеха, объекты энергетики).

Рабочая частота и полоса пропускания

Коаксиальные кабели способны передавать сигналы от постоянного тока до нескольких десятков ГГц. Верхний предел частоты ограничен ростом потерь в диэлектрике и скин-эффектом, а также возникновением высших видов волн (мод). Для каждого типоразмера существует граничная частота, выше которой в кабеле могут распространяться не только поперечные электромагнитные волны (ТЕМ).

Скорость распространения (Vp)

Определяется как отношение скорости сигнала в кабеле к скорости света в вакууме. Зависит от диэлектрической проницаемости изолятора. Для кабелей со сплошным полиэтиленом Vp ≈ 0.66, со вспененным — до 0.88. Важный параметр для фазо-чувствительных систем и антенных решеток.

Классификация и типы коаксиальных кабелей

Классификация проводится по различным признакам: гибкости, волновому сопротивлению, области применения, стандартам.

По гибкости

• Жесткие (полужесткие): Имеют сплошной внешний проводник из меди или алюминия. Обладают стабильными параметрами, отличным экранированием. Не гибкие, монтаж требует специального инструмента.
• Гибкие: Стандартные кабели с многопроволочной оплеткой. Широко распространены для межблочных соединений.
• Сверхгибкие: Специальная конструкция с многопроволочным центральным проводником и высокоплотной оплеткой. Используются в подвижных частях оборудования, на роботах.

По применению

• Кабели для систем связи и вещания (75 Ом): RG-6, RG-11, ДКС 75-4.0…75-11.0. Для распределения ТВ-сигнала, подключения спутниковых антенн, систем видеонаблюдения (CCTV).
• Кабели для радиочастотных систем (50 Ом): RG-58, LMR-195, LMR-400, ДКС 50-2.0…50-11.0. Для подключения антенн передатчиков и приемников, измерительного оборудования, внутристанционной коммутации.
• Кабели для высокочастотных измерений: Специализированные кабели с точным и стабильным волновым сопротивлением, низкими потерями (например, кабели с изоляцией из PTFE).
• Кабели для промышленных систем управления и АСУ ТП: Часто имеют усиленное экранирование и оболочку, стойкую к маслам, химикатам, широкому температурному диапазону.

Монтаж, соединение и требования к установке

Качество монтажа коаксиальных линий напрямую влияет на характеристики всей системы. Основные правила:

• Использование правильных коннекторов: Коннектор должен соответствовать типу кабеля по волновому сопротивлению и механическому посадочному месту. Распространенные типы: BNC, N, SMA, F (для 75 Ом систем).
• Качественная разделка и обжим/пайка: Центральный проводник не должен иметь заусенцев. Экран должен быть надежно закреплен в контактной части коннектора. Не допускается замыкание центральной жилы на экран.
• Минимальный изгиб: Радиус изгиба кабеля должен быть не менее 5-10 его внешних диаметров для сохранения целостности экрана и геометрии.
• Защита от влаги: Для уличных соединений обязательна герметизация термоусадочными трубками с клеевым слоем.
• Крепление: Кабель должен быть надежно закреплен для исключения механических нагрузок на коннекторы.

Стандарты и нормативная база

Производство и испытание коаксиальных кабелей регламентируется национальными и международными стандартами:

• IEC 61196 (части 1-6): Международный стандарт на коаксиальные кабели связи.
• ГОСТ 11326.0-78 (и последующие): Российские стандарты на радиочастотные кабели.
• MIL-C-17: Военный стандарт США, определяющий серии RG/U.
• EN 50117, VDE 0882: Европейские стандарты.

Стандарты определяют методы измерения электрических параметров (затухание, КСВН, импеданс), механические и климатические испытания.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем принципиально отличаются кабели на 50 Ом и 75 Ом?

Отличие — в оптимизации для разных задач. 50-омный кабель представляет собой компромисс между минимальным затуханием и максимальной передаваемой мощностью для заданного диаметра. 75-омный кабель обеспечивает минимальное погонное затухание сигнала. Использование кабеля с несоответствующим импедансом приводит к рассогласованию линии, отражениям сигнала (высокому КСВН) и потере мощности или ухудшению качества сигнала.

Как правильно выбрать тип экранирования?

Выбор зависит от уровня электромагнитных помех в среде прокладки. Для домашних ТВ-систем достаточно кабеля с одним экраном (60-80% оплетки). Для профессиональных систем видеонаблюдения, прокладки рядом с силовыми кабелями обязателен кабель с двойным экраном (фольга+оплетка). Для промышленных объектов, подстанций, где присутствуют сильные поля от силового оборудования, рекомендуется кабель с тройным или четверным экраном.

Что такое КСВН и почему он важен?

Коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН, или SWR) — это мера согласования волнового сопротивления кабеля с сопротивлением нагрузки (например, антенны) и источника (передатчика). Идеальное согласование — КСВН = 1. Высокий КСВН (например, >1.5) указывает на наличие отраженных волн, что приводит к потере передаваемой мощности, перегреву кабеля и возможному повреждению передатчика. Высокий КСВН может быть вызван использованием некачественного кабеля, неправильным монтажом коннекторов, повреждением кабеля или несоответствием нагрузки.

Можно ли прокладывать коаксиальный кабель в одном лотке с силовыми кабелями?

Категорически не рекомендуется. Переменное электромагнитное поле от силовых линий наводит помехи в коаксиальном кабеле. Если такая прокладка неизбежна, необходимо использовать кабель с максимально эффективным экранированием (не менее 100 дБ), а также по возможности выдерживать максимальное расстояние между группами кабелей (регламентируется, например, в ПУЭ 7 изд.). Предпочтительна прокладка в отдельных металлических лотках или трубах.

Как длина кабеля влияет на затухание сигнала?

Затухание линейно зависит от длины (при условии, что частота сигнала постоянна). Удвоение длины приводит к удвоению потерь в децибелах. Поэтому при проектировании систем, особенно на высоких частотах (спутниковый прием, СВЧ-связь), критически важно рассчитывать бюджет потерь, учитывая затухание в кабеле, и выбирать кабель с минимально возможным погонным затуханием (часто более толстый).

В чем разница между кабелями RG-6 и RG-59?

Оба — 75-омные кабели, но разного диаметра. RG-6 имеет центральный проводник большего диаметра (обычно 1.0 мм против 0.58 мм у RG-59) и, как следствие, меньшее погонное затухание. RG-59 исторически использовался для внутриобъектовых распределительных сетей на короткие расстояния, но в современных системах (особенно для цифрового TV, SAT, CCTV) стандартом де-факто стал RG-6 или его аналоги. RG-59 не рекомендуется для частот выше 1 ГГц и длин более 30-50 метров.

Как проверить целостность коаксиального кабеля?

Профессиональная проверка включает измерения с помощью рефлектометра (кабельного радара, TDR), который точно определяет место обрыва или короткого замыкания по отраженному импульсу. Базовую проверку можно выполнить мультиметром: прозвонить центральную жилу и экран на предмет обрыва (сопротивление должно быть близко к 0 Ом) и убедиться в отсутствии короткого замыкания между ними (сопротивление должно быть бесконечно большим). Однако мультиметр не покажет ухудшение параметров на высоких частотах.