Коаксиальные кабели

Название происходит от латинского “coaxialis”, означающего “имеющий общую ось”. Это объясняется конструкцией кабеля, состоящего из двух концентрически расположенных проводов, окруженных диэлектриком и защитной оболочкой.

Он используется во многих областях — от радиосвязи и телевидения до сложных радиочастотных систем в авиации, военной технике и спутниковой связи.

С момента появления коаксиальные линии стали важнейшим элементом инфраструктуры связи. Их популярность объясняется уникальными электрическими свойствами и способностью работать в широком диапазоне частот, вплоть до десятков гигагерц. Такой кабель успешно используется в аналоговых и цифровых системах передачи информации, в том числе в телекоммуникациях, радиочастотных усилителях, антеннах и измерительной технике.

Устройство коаксиального кабеля

Конструкция его основана на концентрической геометрии, где один проводник заключён в другой, а между ними расположен диэлектрический материал. Такая структура обеспечивает эффективную экранировку сигнала и равномерное распространение волны по длине.

Центральная жила — основной проводник, обычно изготовленный из меди или медных сплавов. Может быть как монолитной (цельной), так и многожильной. Она предназначена для непосредственной передачи электрического сигнала.

Диэлектрический изолятор — слой из полимера (например, полиэтилен, тефлон или пенополиэтилен), обеспечивающий изоляцию между центральной жилой и экранировкой. Его электрическая проницаемость и однородность существенно влияют на волновое сопротивление и потери в линии.

Экранирующая оплётка — внешняя токопроводящая оболочка, часто выполненная из плетёнки, фольги или их комбинации. Она служит как обратный проводник, а также защищает сигнал от внешних электромагнитных воздействий.

Внешняя оболочка — защитный слой из пластика или резины, который предохраняет от механических повреждений, влаги, ультрафиолетового излучения и других факторов окружающей среды.

Виды радиочастотных кабелей

Есть множество видов, различающихся по электрическим параметрам, конструкции, назначению и стандарту изготовления. Ниже приведены основные категории и их характеристики.

RG-кабели

Наиболее распространенные типы коаксиальных кабелей обозначаются номерами RG (Radio Guide), такие как RG-58, RG-59, RG-6 и др., различающиеся диаметром центрального провода, толщиной оболочки и допустимой частотой сигнала.

Российские и ГОСТ-кабели

В странах СНГ распространены кабели, соответствующие отечественным стандартам:

- РК-50, РК-75 — радиочастотные с волновым сопротивлением 50 или 75 Ом. Обозначение сопровождается цифрами, указывающими на сечение.

- КВК — комбинированный, включающий коаксиальную часть и жилы питания, часто применяется в системах видеонаблюдения.

Кабели с двойным экранированием

Кабели с двойным экранированием представляют собой усовершенствованный вид коаксиальных кабелей, специально разработанных для защиты передающихся сигналов от внешних электромагнитных помех. Благодаря дополнительной защите, такая конструкция обеспечивает высокую степень устойчивости к воздействию шумов и значительно улучшает качество передачи данных.

Полужёсткие и жёсткие

- Полужёсткие (semi-rigid) имеют металлическую трубку вместо гибкой оплётки, что улучшает экранирование, но ухудшает гибкость. Применяются в ВЧ- и СВЧ-устройствах.

- Жёсткие (hard-line) — тяжёлые, толстые, используемые в базовых станциях и магистральных линиях. Обеспечивают минимальные потери при высоких мощностях.

Гибкие коаксиальные

Наиболее распространённый тип. Используются в большинстве бытовых и профессиональных задач, включая соединение антенн, приёмников, передатчиков, Wi-Fi маршрутизаторов и телекоммуникационных устройств.

Области применения

Коаксиальные кабели применяются в самых различных областях благодаря своей надёжности и предсказуемому поведению при высоких частотах.

Радиосвязь. В системах радиосвязи коаксиальные линии служат связующим звеном между радиопередатчиком и антенной.

Телевизионное оборудование. RG-6 и РК-75 применяются для передачи сигналов от антенн и спутниковых тарелок к телевизорам, ресиверам и другим приёмным устройствам.

Сети передачи данных.  Технологии DOCSIS (кабельный интернет), а также в системы видеонаблюдения и кабельного ТВ.

Питание антенн. Используются специальные элементы - устройства типа Bias Tee.

Системы видеонаблюдения. Комбинированные коаксиальные кабели позволяют одновременно передавать видеосигнал и питание, упрощая монтаж. В таких системах часто используются стандарты HDCVI, HDTVI и AHD.

Критерии выбора

Выбор модели зависит от множества факторов, включая рабочую частоту, длину линии, передаваемую мощность, условия эксплуатации и допустимые потери. Игнорирование хотя бы одного из параметров может привести к значительному ухудшению качества передачи сигнала или даже к выходу оборудования из строя. 

Кабель должен обеспечивать приемлемое затухание на заданной частоте. При частотах выше 1 ГГц использование низкокачественного кабеля приводит к значительным потерям. Следует выбирать модели с указанной максимальной рабочей частотой, превышающей целевую частоту хотя бы в 1,5 раза.

Волновое сопротивление

Неверно подобранное волновое сопротивление вызывает отражения сигнала и стоячие волны, ухудшая передачу данных и снижая эффективность. В системах радиосвязи и Wi-Fi чаще всего применяются 50-омные, а в телевизионных — 75-омные.

Уровень потерь

Если необходимо передавать сигнал на расстояние более нескольких метров, важно выбирать модель с низкими потерями. В длинных линиях применяют более толстые и тяжёлые модели, обладающие меньшим затуханием на единицу длины. При недостаточном бюджете сигнала возможна установка активных усилителей.

Гибкость и условия прокладки

Если требуется прокладка провода в ограниченном пространстве, важны такие параметры, как минимальный радиус изгиба и устойчивость к многократным деформациям. В уличных условиях он должен быть устойчив к УФ-излучению, влаге и перепадам температуры.

Механическая прочность

Кабели, предназначенные для внешней прокладки, должны быть защищены от механических повреждений. Для этого выбираются изделия с дополнительной бронёй, усиленной оболочкой или наружной защитной оплёткой.

Экранирование

Для систем, чувствительных к помехам, необходимо выбирать модели с двойным экраном или сплошной трубчатой оболочкой. Это особенно важно в условиях промышленного или городского электромагнитного фона.

Правила монтажа и разъемы

Правильный монтаж коаксиального кабеля гарантирует качественную передачу сигнала и долгий срок службы самого кабеля. Для этого необходимо следовать ряду правил и рекомендаций.

Общие рекомендации

- Не допускается чрезмерный изгиб — соблюдайте минимальный радиус, указанный производителем (примерно равняется диаметру самого кабеля, умноженному на десять)

- Не допускайте перекручивания, растяжения и перегибов, давления.

- Он не должен лежать вблизи мощных источников помех, таких как трансформаторы, провода питания и сварочные аппараты.

- Убедитесь в качественном соединении экранов кабеля с корпусами оборудования и заземлением.

- Все соединения должны быть герметичны при наружной установке, особенно в антеннах и мачтах.

Подготовка концов

Подготовка концов — один из важнейших этапов, от которого зависит согласование и защита. При разделке важно:

- Не повредить центральную жилу и диэлектрик.

- Снять экран аккуратно, без короткого замыкания на центральную жилу.

- Использовать качественные разъёмы, соответствующие типу кабеля.

Использование разъёмов

Разъёмы для коаксиальных кабелей бывают разных типов (BNC, F, N, SMA, TNC и др.). Их выбор зависит от рабочей частоты, мощности и оборудования. Важно использовать оригинальные или качественные совместимые разъёмы, соответствующие диаметру. 

Монтаж разъёмов может быть выполнен различными способами:

- Обжимной — простой и надёжный, требует специального обжимного инструмента.

- Паечный — трудоёмкий, но обеспечивает прочное соединение.

- Завинчивающийся — распространён в ТВ-системах (например, F-разъёмы).

Некорректный монтаж приводит к ухудшению экранирования, повышению КСВ и затухания.

Организация трасы

При прокладке следует избегать излишней длины и резких изгибов. Желательно прокладывать кабель в гофре или коробе. При уличной установке нужно использовать герметичные вводы, капельники и надёжное крепление к мачтам и фасадам.

Методы согласования и снижения потерь

Чтобы обеспечить эффективную передачу сигнала, необходимо правильно согласовывать все элементы цепи — источник сигнала, кабель, антенну и нагрузку. Несогласование вызывает отражения, стоячие волны и повышенное затухание. 

Использование согласующих устройств

Согласующие трансформаторы, аттенюаторы, линии с плавным переходом сопротивления позволяют свести к минимуму КСВ. Также применяются активные согласующие усилители.

Учет длины кабеля

На некоторых частотах длина может влиять на фазу сигнала. В особенно чувствительных системах (например, в фазированных антенных решётках) проводник обрезается точно по длине с учётом коэффициента укорочения.

Проверка КСВ

Используются КСВ-метры и анализаторы антенн, позволяющие в реальном времени измерять отражённую мощность и настраивать оборудование на оптимальный режим.

Заземление и защита

Электрическая защита коаксиальной линии включает в себя:

- Грамотное заземление экрана (в точках подключения и через каждый 20–30 м трассы).

- Установка грозозащитных устройств (газоразрядников или варисторов) перед входом в оборудование.

- Изоляция от токов утечки с помощью разделительных трансформаторов.

Условия эксплуатации и срок службы

Коаксиальные кабели, особенно при уличной установке, подвергаются множеству внешних воздействий. Их надёжность и срок службы зависят от качества материала, корректной установки и технического обслуживания. Чтобы обеспечить оптимальную производительность и долговечность кабеля, необходимо учитывать условия его эксплуатации и рекомендации производителей относительно срока службы.

Факторы, влияющие на срок службы коаксиальных кабелей:

Температурный режим. Оптимальной температурой для большинства моделей является диапазон от −40°