Кабели коаксиальные 2 жилы

Кабели коаксиальные с двумя жилами: конструкция, применение и технические аспекты

Коаксиальный кабель с двумя жилами, часто называемый в профессиональной среде «сдвоенным коаксиалом» или «twinaxial cable» (twinax), представляет собой специализированную разновидность коаксиального кабеля, в которой два центральных проводника (жилы) изолированы друг от друга и совместно окружены единым экраном (или системой экранов) и общей внешней оболочкой. Данная конструкция сочетает в себе принципы передачи сигнала коаксиального кабеля с возможностью дифференциальной передачи, что делает его ключевым компонентом в современных высокоскоростных цифровых и аналоговых системах.

Конструкция и основные элементы

Конструкция двухжильного коаксиального кабеля является многослойной и строго регламентированной для обеспечения стабильных электрических характеристик.

• Два центральных проводника: Изготавливаются из луженой меди, чистой меди или посеребренной меди. Могут быть монолитными (solid) для стационарной прокладки или многопроволочными (stranded) для гибкого применения. Жилы имеют идентичные диаметры и расположены параллельно в одной плоскости.
• Внутренняя изоляция (диэлектрик): Объединяет оба проводника, фиксируя их взаимное положение. Применяются материалы с низкими диэлектрическими потерями: вспененный полиэтилен (Foamed PE), сплошной полиэтилен (Solid PE), полипропилен (PP) или фторопласт (PTFE). Стабильность геометрии диэлектрика критична для сохранения волнового сопротивления.
• Экран (экранирование): Основная функция — защита от внешних электромагнитных помех (ЭМП) и минимизация излучения сигнала наружу. Конструкция экрана может быть комбинированной:
  • Фольгированный экран (алюминиевая или полиэфирная фольга) с дренажным проводом — обеспечивает 100% покрытие.
  • Оплетка из луженых медных проволок — обеспечивает механическую прочность и низкое сопротивление по постоянному току.
  • Часто используется комбинация: фольга + оплетка (например, SF/UTP или S/FTP по стандарту ISO/IEC 11801).
• Внешняя оболочка: Изготавливается из поливинилхлорида (PVC), полиэтилена (PE), безгалогенных материалов с низким дымовыделением (LSZH) или полиуретана (PUR) для особых условий. Защищает от механических повреждений, влаги, УФ-излучения и химических воздействий.

Ключевые электрические параметры и характеристики

Выбор кабеля осуществляется на основе строгих технических параметров, приведенных в спецификациях.

Параметр	Типичные значения / Описание	Влияние на применение
Волновое сопротивление	100 Ом, 120 Ом, 150 Ом	Определяет согласование с импедансом передающего и приемного оборудования. Несогласованность ведет к отражениям сигнала и потерям.
Дифференциальное затухание (потери вносимые)	Зависит от частоты (дБ/100 м). Указывается в даташитах для ряда частот (10 МГц, 100 МГц, 1 ГГц, 10 ГГц).	Ключевой параметр для определения максимальной длины линии связи без ретрансляции. Растет с увеличением частоты.
Скорость распространения (NVP)	0,69 – 0,83 (69% – 83% от скорости света)	Важен для систем, где критична временная задержка (например, в синхронизации).
Погонная емкость	~70-100 пФ/м	Влияет на полосу пропускания и нагрузку на выходные каскады передатчиков.
Сопротивление изоляции	>5000 МОм·км	Показатель качества диэлектрика.
Рабочее напряжение	От 300 В до 500 В (переменного тока)	Определяет применимость в цепях с повышенным потенциалом.
Температурный диапазон	От -55°C до +85°C (зависит от материалов оболочки и изоляции)	Определяет возможность эксплуатации в промышленных или внешних условиях.

Области применения и стандарты

Двухжильные коаксиальные кабели нашли применение в областях, где требуется высокая помехозащищенность и целостность сигнала на высоких частотах.

• Высокоскоростные интерфейсы передачи данных: Исторически и в настоящее время — для протоколов RS-422, RS-485 (длинные линии). Активно используются в стандартах SAS (Serial Attached SCSI) для подключения устройств хранения данных (SAS-2, SAS-3), в сетях InfiniBand, 10 Gigabit Ethernet (10GBase-CX4).
• Видеотехника и вещание: Передача сигналов высокой четкости (HD-SDI, 3G-SDI) в профессиональном студийном оборудовании. Два проводника могут использоваться для передачи дифференциальных компонентов видеосигнала (например, Y и C).
• Измерительные системы и АСУ ТП: Соединение датчиков, плат сбора данных, передача аналоговых сигналов в условиях сильных промышленных помех. Применяются в системах контроля и управления в энергетике.
• Радиочастотные соединения: В антенно-фидерных устройствах, где требуется синфазная или квадратурная подача сигнала.
• Военная и аэрокосмическая техника: Благодаря высокой надежности и помехозащищенности, кабели с фторопластовой изоляцией и усиленным экранированием используются в ответственных системах.

Сравнение с другими типами кабелей

Тип кабеля	Ключевые отличия	Преимущества Twinaxial
Одножильный коаксиальный кабель (RG-6, RG-58)	Один центральный проводник. Передача несимметричного (unbalanced) сигнала.	Дифференциальная передача в twinax обеспечивает лучшую защиту от синфазных помех, более высокую помехозащищенность на низких частотах.
Витая пара (UTP, FTP, Cat.6/6a/7)	Скрученные пары проводников. Импеданс обычно 100 Ом. Более гибкий и дешевый для структурированных кабельных систем.	Кабели twinax, как правило, имеют лучшие характеристики на сверхвысоких частотах (более 1 ГГц) и более стабильное волновое сопротивление по длине из-за жесткой геометрии. Меньшие потери на высоких частотах.
Экранированная витая пара (STP)	Каждая пара имеет индивидуальный экран. Близкие характеристики, но разная конструкция.	Конструкция twinax часто обеспечивает более надежное и полное экранирование за счет общего внешнего экрана большого покрытия.

Особенности монтажа и подключения

Качество монтажа напрямую влияет на сохранение электрических характеристик кабеля.

• Разъемы: Используются специализированные разъемы, рассчитанные на два центральных контакта: Twin BNC, Twin SMA, SFF-8644 (для SAS), CX4, а также винтовые клеммы для интерфейсов RS-485.
• Эксплуатационные требования:
  • Минимальный радиус изгиба: Обычно не менее 10 наружных диаметров кабеля. Превышение приводит к деформации диэлектрика и изменению импеданса.
  • Защита от растяжения: Не предназначены для значительных растягивающих нагрузок.
  • Заземление экрана: Критически важный момент. Как правило, экран заземляется только с одной стороны цепи (часто на приемном конце) для предотвращения образования контуров заземления и протекания уравнительных токов. В некоторых высокочастотных схемах может требоваться заземление с обоих концов через развязывающие конденсаторы.
• Прокладка: Допускается прокладка в лотках, коробах, кабельных каналах. При совместной прокладке с силовыми кабелями необходимо соблюдать расстояния, регламентированные ПУЭ, или использовать дополнительную экранировку (например, стальные трубы).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальное отличие двухжильного коаксиального кабеля от двух отдельных коаксиальных кабелей, скрученных вместе?

Ключевое отличие — в точном и постоянном взаимном расположении двух центральных проводников внутри единой экранирующей системы. В кабеле twinax расстояние между жилами и их положение относительно экрана стабилизировано диэлектриком, что обеспечивает стабильное волновое сопротивление и синфазные характеристики пары. Два отдельных кабеля не гарантируют этого постоянства, их параметры будут меняться при изгибах и вибрациях, что ухудшит качество дифференциальной передачи и повысит восприимчивость к помехам.

Можно ли использовать кабель twinax для передачи сигналов Ethernet?

Да, но только для специфических стандартов. Кабели twinax являются средеопределяющей средой для стандарта 10GBase-CX4 (10 Гбит/с Ethernet на расстояние до 15 м). Однако для наиболее распространенных стандартов 100Base-TX и 1000Base-T (Fast Ethernet и Gigabit Ethernet) используются кабели на основе витой пары категорий 5e/6. Для Ethernet со скоростью 10 Гбит/с на большие расстояния сегодня чаще применяются оптические кабели или витая пара Cat.6a/7.

Как правильно выбрать волновое сопротивление (100, 120, 150 Ом)?

Выбор строго определяется импедансом входных и выходных цепей подключаемого оборудования, указанным в технической документации. Использование кабеля с несоответствующим импедансом приводит к неоднородности линии передачи, отражениям сигнала (возвратным потерям) и искажению его формы. Например, для интерфейсов RS-422/485 стандартным является импеданс 120 Ом, для некоторых видов видеоаппаратуры — 150 Ом, для высокоскоростных цифровых интерфейсов (SAS) — 100 Ом.

Что важнее: процент покрытия оплетки или наличие фольги?

Оба параметра важны, но для разных частотных диапазонов. Фольгированный экран (в виде ламинированной алюминиевой ленты) обеспечивает близкое к 100% покрытие на высоких частотах, эффективно защищая от высокочастотных электромагнитных помех. Однако он имеет большее сопротивление по постоянному току и менее надежен механически. Медная оплетка обеспечивает лучшее экранирование на низких и средних частотах, обладает меньшим сопротивлением, более гибкая и долговечная. Комбинированный экран (фольга + оплетка) обеспечивает максимальную защиту в широком частотном спектре и является рекомендуемым для ответственных применений в условиях сильных ЭМП.

Как падение температуры влияет на параметры кабеля?

Снижение температуры ниже минимальной рабочей, указанной в спецификации, приводит к изменению физических свойств материалов. Внешняя оболочка (особенно из PVC) теряет гибкость и может растрескаться при изгибе. Диэлектрик может изменить свои свойства, что теоретически может повлиять на волновое сопротивление и скорость распространения. При проектировании систем для эксплуатации в экстремальных условиях (например, в северных регионах) необходимо выбирать кабели с морозостойкой оболочкой (обычно из полиэтилена или специальных составов PVC) и уточнять температурные коэффициенты электрических параметров у производителя.

Каковы основные причины деградации сигнала в длинной линии на основе twinax?

• Собственное затухание (основная причина): Увеличение с ростом частоты и длины. Определяется материалом диэлектрика и проводника.
• Несогласованность импеданса: Некачественные разъемы, нарушение геометрии кабеля при монтаже, использование кабеля с неправильным волновым сопротивлением вызывают отражения.
• Перекрестные помехи: Внутри кабеля — минимальны благодаря экрану. Могут возникать между двумя независимыми кабелями twinax, проложенными вплотную.
• Внешние электромагнитные помехи: Проникают при недостаточном экранировании или неправильном заземлении экрана.
• Скин-эффект: На высоких частотах ток вытесняется к поверхности проводника, увеличивая его активное сопротивление и, как следствие, потери.