Кабели связи коаксиальные

Кабели связи коаксиальные: конструкция, типы, параметры и применение

Коаксиальный кабель (коаксиал) представляет собой электрический кабель, состоящий из центрального проводника (жилы) и внешнего цилиндрического проводящего слоя (экрана), разделенных изоляционным диэлектриком и имеющих общую геометрическую ось. Основное назначение – передача высокочастотных (от десятков кГц до нескольких ГГц) электромагнитных сигналов с минимальными потерями и высокой защищенностью от внешних электромагнитных помех (ЭМП).

Конструкция коаксиального кабеля

Конструкция является строго иерархической и определяет все электрические характеристики изделия.

• Внутренний проводник (центральная жила): Выполняется из медной или медной луженой проволоки. Может быть однопроволочным (solid) для стационарной прокладки или многопроволочным (stranded) для гибких применений. В кабелях большого диаметра иногда применяется серебрение или омеднение стального провода для улучшения прочности и проводимости на высоких частотах.
• Изоляция (диэлектрик): Обеспечивает соосность проводников и определяет волновое сопротивление. Материалы:
  • Сплошной полиэтилен (PE) – для обычных кабелей.
  • Вспененный полиэтилен (Foamed PE) – снижает диэлектрические потери и емкость, улучшая высокочастотные характеристики.
  • Фторопласт (PTFE) – для высокотемпературных и высокочастотных спецкабелей.
  • Воздушно-пористая изоляция (кордельно-трубчатая, шайбовая) – минимизирует потери в магистральных кабелях.
• Внешний проводник (экран): Выполняет две функции: обратного проводника для сигнального тока и экрана от внешних помех. Конструкции:
  • Оплетка (braid) – из медных или алюминиевых проволок. Степень покрытия (плотность оплетки) обычно 60-95%. Чем выше покрытие, тем лучше защита.
  • Фольга (foil) – алюминиевая или ламинированная полиэстером фольга, наложенная продольно. Обеспечивает 100% покрытие по постоянному току, но имеет низкую гибкость и плохой контакт при изгибах.
  • Комбинированный экран: фольга + оплетка. Наиболее распространенный вариант, сочетающий полное покрытие фольги и механическую прочность/гибкость оплетки (обозначается, например, как ALU/PET+Braided).
  • Двойная оплетка или гофрированная трубка – для кабелей высшего класса защиты.
• Внешняя оболочка: Защищает от механических повреждений, влаги, УФ-излучения. Материалы: поливинилхлорид (PVC) для общего применения, полиэтилен (PE) для уличной прокладки, безгалогенные составы (LSZH) для помещений с людьми, тефлон для экстремальных условий.

Основные электрические и эксплуатационные параметры

Ключевые характеристики, определяющие выбор кабеля для конкретной задачи.

Таблица 1. Основные параметры коаксиальных кабелей

Параметр	Обозначение / Единица измерения	Описание и влияние
Волновое сопротивление	Z, Ом	Нормированное значение, определяемое геометрией и диэлектриком. Наиболее распространены кабели 50 Ом (для радиочастотной аппаратуры, измерительных приборов, сетей передачи данных) и 75 Ом (для систем телевизионного и видеовещания, кабельного ТВ, антенных систем). Несогласованность импеданса приводит к отражениям сигнала и потерям.
Погонное затухание	α, дБ/м (дБ/100м)	Важнейший параметр, определяющий максимальную длину линии без усиления. Зависит от частоты, материалов и диаметра кабеля. Растет пропорционально квадратному корню из частоты. Чем больше диаметр, тем меньше затухание.
Рабочая частота (полоса пропускания)	f, МГц (ГГц)	Максимальная частота, на которой кабель эффективно передает сигнал без чрезмерного роста затухания или возникновения высших типов волн.
Погонная емкость	C, пФ/м	Влияет на фазовую характеристику и искажение импульсных сигналов. Меньше у кабелей с воздушным диэлектриком.
Скорость распространения	Vp, % от скорости света	Отношение скорости сигнала в кабеле к скорости света в вакууме. Зависит от диэлектрической проницаемости изоляции. Для вспененного PE ~78%, для воздушного диэлектрика >88%.
Максимальное рабочее напряжение	U, В (кВ)	Определяется толщиной и качеством диэлектрика. Важно для мощных передающих трактов.
Номинальный диаметр	D, мм	Внешний диаметр кабеля. Влияет на гибкость, минимальный радиус изгиба и удобство монтажа.

Типы и марки коаксиальных кабелей

Классификация проводится по волновому сопротивлению, гибкости, диаметру и назначению.

Таблица 2. Распространенные типы коаксиальных кабелей

Тип / Марка (пример)	Импеданс, Ом	Диаметр, мм	Ключевые особенности и применение
RG-6/U (рос. РК-75-4,3)	75	~6.8	Стандарт для систем спутникового и кабельного телевидения (CATV, SAT), систем видеонаблюдения (CCTV). Центральная жила – сталь омедненная, диэлектрик – вспененный PE, экран – фольга + оплетка.
RG-11/U (рос. РК-75-7)	75	~10.3	Магистральный кабель для телевизионных сетей, длинных линий видеонаблюдения. Больший диаметр обеспечивает меньшее затухание на больших расстояниях.
RG-58C/U (рос. РК-50-2-21)	50	~5.0	Классический гибкий кабель для внутриобъектовых соединений в радиочастотной аппаратуре, измерительных приборах, системах радиосвязи (например, для соединения радиостанции с антенной).
RG-213/U (рос. РК-50-7-11)	50	~10.3	Мощный кабель для фидерных линий передающих антенн, профессиональных систем связи. Имеет низкое затухание и рассчитан на высокую мощность.
LMR-400 (аналог)	50	~10.3	Современный кабель с низкими потерями, вспененным диэлектриком и двойным экраном. Широко используется в базовых станциях сотовой связи, СВЧ-системах, Wi-Fi сетях большой дальности.
Коаксиальные пары/четверки (КСПП, КМ-4)	75/150	Различный	Многопарные кабели в общей оболочке для магистральных линий связи (уплотнение по системе с частотным разделением каналов – ЧРК). Имеют сложную конструкцию с индивидуальными и общими экранами.

Области применения в профессиональной сфере

• Телевизионные и вещательные системы: Распределение сигналов эфирного, спутникового и кабельного ТВ (CATV, MATV, SAT). Используются кабели 75 Ом (RG-6, RG-11).
• Системы безопасности и видеонаблюдения (CCTV): Передача видеосигналов от камер к регистраторам. Наряду с коаксиалом (например, RG-59) сейчас часто используются витые пары с передачей по технологии UTP.
• Системы связи и телекоммуникаций:
  • Фидерные тракты базовых станций сотовой связи (2G-5G). Применяются кабели 50 Ом с низким затуханием (LMR-400, RG-213, 1/2″, 7/8″ и более жесткие «Hardline»).
  • Антенно-фидерные устройства (АФУ) радиорелейных линий, спутниковой связи.
  • Внутриобъектовые соединения в аппаратных залах.
• Измерительная техника: Соединение генераторов, анализаторов спектра и другого высокочастотного оборудования с объектами измерения. Используются гибкие кабели 50 Ом с высококачественным экраном.
• Промышленные сети передачи данных: В устаревших, но еще эксплуатируемых сетях стандартов ARCnet, 10BASE5 («толстый Ethernet») и 10BASE2 («тонкий Ethernet»). В современных системах в основном вытеснены витой парой и оптическим волокном.
• Системы радиосвязи: Фидерные линии для антенн профессиональных, любительских и морских радиостанций.

Монтаж и эксплуатация: критические аспекты

Качество монтажа напрямую влияет на параметры линии.

• Согласование волнового сопротивления: Необходимо использовать разъемы и оборудование, соответствующие импедансу кабеля (50 или 75 Ом). Смешивание типов недопустимо.
• Качество разделки и обжатия разъемов: Центральная жила должна быть ровно обрезана и выступать на строго заданную длину. Экран должен иметь надежный и большой по площади контакт с корпусом разъема. «Усы» оплетки, закорачивающие центральную жилу на экран, недопустимы.
• Минимальный радиус изгиба: Обычно составляет 5-10 наружных диаметров кабеля. Превышение приводит к необратимой деформации диэлектрика и проводников, изменению волнового сопротивления в месте изгиба и возникновению отражений.
• Защита от влаги: Для уличного монтажа необходимо использовать кабели с влагостойкой оболочкой (PE) и герметизировать все точки соединения (термоусаживаемые трубки, герметики). Влага в диэлектрике резко увеличивает затухание.
• Заземление экрана: В длинных линиях экран должен быть заземлен только с одной стороны (как правило, со стороны приемного оборудования) для предотвращения образования контуров заземления и протекания выравнивающих токов. В антенно-фидерных трактах заземление выполняется по специальным правилам, часто в нескольких точках.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальная разница между кабелями на 50 и 75 Ом?

Разница обусловлена оптимизацией для разных задач. Кабель 50 Ом представляет собой компромисс между минимальным затуханием и максимальной передаваемой мощностью для данного диаметра. Поэтому он стал стандартом для активной радиочастотной аппаратуры (передатчики, измерительные приборы). Кабель 75 Ом обеспечивает минимальное затухание на единицу длины, но при меньшей передаваемой мощности. Это оптимально для пассивного распределения сигналов (телевизионные сети), где важна дальность передачи без усиления.

Можно ли использовать телевизионный кабель (75 Ом) для подключения антенны радиостанции (50 Ом)?

Нет, это не рекомендуется. Несогласованность волнового сопротивления приведет к отражению части мощности сигнала назад в передатчик. КСВ (коэффициент стоячей волны) увеличится, что может вызвать перегрев и выход из строя выходного каскада передатчика, а также снизит эффективность излучения антенны. В экстренных случаях на короткое время и на малой мощности это допустимо, но для постоянной эксплуатации необходим согласующий устройство (трансформатор или балун).

Что лучше: сплошной или многопроволочный центральный проводник?

Однопроволочный (solid) проводник обеспечивает меньшее затухание на высоких частотах (скин-эффект) и более стабильные геометрические параметры, что важно для постоянных линий. Однако он менее гибок и при частых изгибах может сломаться. Многопроволочный (stranded) проводник гораздо более гибкий и устойчивый к вибрациям, что делает его предпочтительным для мобильных установок, патч-кордов, но его затухание несколько выше.

Какой экран эффективнее: оплетка или фольга?

У них разные функции. Фольга (в виде ламината) обеспечивает 100% электростатический экран на низких и средних частотах, но из-за малой толщины имеет высокое сопротивление на постоянном токе и плохо экранирует магнитную составляющую. Оплетка обеспечивает хорошее экранирование в широком диапазоне частот (включая магнитную составляющую) и имеет низкое сопротивление, но ее покрытие неполное (есть просветы). Поэтому в профессиональных кабелях почти всегда используется комбинация: фольга для полного покрытия + оплетка для механической прочности и дополнительного экранирования.

Почему коаксиальный кабель до сих пор актуален в эпоху оптического волокна?

Оптоволокно безусловно превосходит коаксиал по дальности передачи и полосе пропускания. Однако коаксиальный кабель сохраняет ключевые преимущества: простоту монтажа и ремонта (не требуется сварочное оборудование), возможность передачи энергии постоянного тока по тому же кабелю (питание активных антенн, усилителей), более низкую стоимость оконечного оборудования и высокую механическую прочность на изгиб/сжатие в условиях объекта. В гибридных сетях (HFC) оптическое волокно доходит до узла, а далее разводка к абонентам выполняется по коаксиальной сети.

Как правильно выбрать кабель для системы видеонаблюдения на большие расстояния?

Для аналоговых систем CCTV (CVBS сигнал) ключевым параметром является погонное затухание на частоте 5-10 МГц (несущая цветности). Необходимо рассчитать общее затухание в линии (длина в метрах

• затухание дБ/м) и убедиться, что оно находится в пределах чувствительности приемника (обычно до -6 дБ). Для длинных линий (более 200-300м) предпочтительны кабели большего диаметра (например, RG-11 вместо RG-6) или использование коаксиальных усилителей. Для современных HD-форматов (AHD, HD-TVI, HD-CVI) требования к полосе пропускания и затуханию строже, часто оптимальным решением становится переход на витую пару с передачей по технологии UTP или на оптический кабель.