Глава 1. Характеристика коаксиального кабеля

Не так давно коаксиальный кабель был самым распространенным типом кабеля. Это объяснялось двумя причинами. Во-первых, он был относительно недорогим, легким, гибким и удобным в применении. А во-вторых, широкая популярность коаксиального кабеля привела к тому, что он стал безопасным и простым в установке.

Самый простой коаксиальный кабель состоит из медной жилы (core), изоляции, ее окружающей, экрана в виде металлической оплетки и внешней оболочки. Если кабель, кроме металлической оплетки, имеет и слой фольги, он называется кабелем с двойной экранизацией. При наличии сильных помех можно воспользоваться кабелем с учетверенной экранизацией. Он состоит из двойного слоя фольги и двойного слоем металлической оплетки.

Некоторые типы коаксиальных кабелей покрывает металлическая сетка - экран (shield). Он защишает передаваемые по кабелю данные, поглощая внешние электромагнитные сигналы, называемые помехами или шумом. Таким образом, экран не позволяет помехам исказить данные.

Электрические сигналы, кодирующие данные, передаются по жиле. Жила-это один провод (сплошная) или пучок проводов. Сплошная жила изготавливается, как правило, из меди.

Жила окружена изоляционным слоем, который отделяет ее от металлической оплетки. Оплетка играет роль заземления и защищает жилу от электрических шумов (noise) и перекрестных помех (crosstalk). Перекрестные помехи - это электрические наводки, вызванные сигналами в соседних проводах.

Проводящая жила и металлическая оплетка не должны соприкасаться, иначе произойдет короткое замыкание, помехи проникнут в жилу, и данные разрушатся.

Снаружи кабель покрыт непроводящим слоем - из резины, тефлона или пластика.

Коаксиальный кабель более помехоустойчив, затухание сигнала в нем меньше чем в витой паре. Затухание (attenuation) - это уменьшение величины сигнала при его перемещении по кабелю.

Затухание сигнала приводит к ухудшению его качества Как уже говорилось, плетеная защитная оболочка поглощает внешние электромагнитные сигналы, не позволяя им влиять на передаваемые по жиле данные, поэтому коаксиальный кабель можно использовать при передаче на большие расстояния и в тех случаях, когда высокоскоростная передача данных осуществляется на несложном оборудовании.

1.1 Строение коаксиального кабеля

Основной показатель, формирующий параметры коаксиального кабеля — его конструкция. Ответственные производители уделяют немало внимания электрическим параметрам используемых проводников и изоляционных материалов. Коаксиальный кабель состоит из центрального проводника, внутреннего диэлектрика, экрана и внешней оболочки (рис. 1.1.1).

Рисунок 1.1.1 – Структура коаксиального кабеля

Проводник: Центральный проводник кабеля предназначен для передачи сигнала из одной точки в другую. Его делают из материалов, хорошо проводящих электрический ток. Обычно используется медь, которая подходит для этих целей по своим электрическим, механическим и стоимостным параметрам. Другие материалы также могут применяться в каких-то специальных целях. К ним можно отнести алюминий, серебро и золото. Центральный проводник может быть, как одножильным (рис. 1.1.2), так и многожильным (рис. 1.1.3).

Рисунок 1.1.2 - Коаксиальный кабель с центральным одножильным проводником и двойным экраном.

Рисунок 1.1.3 - Коаксиальный кабель с центральным многожильным проводником и экраном-оплеткой

Одножильный — это центральный проводник, выполненный в виде одного прямого провода (рис. 1.1.2). Одножильный проводник хорошо формуется, но не отличается хорошей гибкостью. Поэтому кабели с одножильным проводником обычно используются в стационарных инсталляциях.

Витой многожильный — представляет собой проводник, состоящий из множества тонких проводов, свитых вместе (рис. 1.1.3). Эти кабели гибкие, они легче и применяются в основном в мобильных инсталляциях. Однако по своим характеристикам такой кабель несколько уступает кабелю с одножильным проводником такого же типоразмера.

На российском рынке широко используются кабели американских производителей, которые производятся в соответствии с американским стандартом проводов AWG (American Wire Gauge). Поэтому было бы полезно привести данные этого стандарта по нормированию центрального проводника коаксиальных кабелей (табл. 1.1.1).

Таблица 1.1.1 Перевод американских обозначений AWG диаметра жил кабеля в метрические единицы

Внутренний диэлектрик: Внутренний диэлектрик, называемый также внутренней изоляцией кабеля, выполняет в коаксиальных кабелях важную роль. Прежде всего, это материал, который изолирует центральный проводник от экрана. Но, кроме того, он определяет импеданс и емкость кабеля.

Обычно в кабелях общего назначения используется полиэтилен, а для производства негорючих кабелей — фторсодержащие полимеры. Вообще, материал диэлектрика играет огромную роль, влияя на электрические и эксплуатационные свойства кабеля. Дешевые кабели имеют диэлектрик из твердого полиэтилена. Более серьезный производитель использует вспененный полиэтилен, который обеспечивает более низкое погонное затухание сигнала в кабеле на высоких частотах.

Стоит заметить, что некоторые производители вспенивают диэлектрик химическим способом. В результате получается низкоплотный полиэтиленовый компаунд, подверженный механическим повреждениям и нестабильный к воздействию окружающей среды в виде температуры и влажности. Наивысшее качество кабеля получается с физически вспененным диэлектриком (gas injected foam polyethylene). Он содержит до 60% воздушных пузырьков, за счет чего уменьшается затухание высоких частот сигнала. По прочности физически вспененный полиэтилен не отличается от обычного твердого невспененного полиэтилена, обеспечивая необходимую гибкость и устойчивость к механическим воздействиям. И, наконец, обладая высокой стойкостью к температурным колебаниям и влажности, физически вспененный диэлектрик обеспечит стабильность параметров и длительную эксплуатацию кабеля.

Экран: Экран выполняет две важные роли. Он работает как второй проводник, подключенный к общему «земляному» проводу оборудования. В то же время он экранирует сигнальный проводник от посторонних излучений. Существуют различные методы экранировки для кабелей, выполняющих различные задачи. Это экран из фольги, плетеный экран и комбинации из фольги и оплетки.

Оплетка — экран, который изготавливается из множества тонких проводников, сплетенных в виде сетки, охватывающей центральный проводник с внутренним диэлектриком (см. рис. 3). Оплетка обычно обладает меньшим сопротивлением, чем фольга, и отличается лучшей устойчивостью к постороннему электромагнитному полю и электромагнитным наводкам. Наводки имеют различный характер и происхождение. Это могут быть как низкочастотные наводки (например, от промышленной сети питания), так и высокочастотные (ВЧ-шум от работы электронных приборов и при искрении электрических машин). Оплетка может сочетаться с другими видами экранов, например, с алюминиевой или медной фольгой для обеспечения необходимого процента экранировки. Фольга позволяет обеспечить до 100% экранировки в сочетании с оплеткой (см. рис. 1.1.2). Учитывая, что оплетка может обеспечить эффективность экранировки до 90%, чтобы получить 100%, необходимы две оплетки, что существенно увеличивает стоимость кабеля, его вес и ухудшает гибкость. Гораздо легче добиться 100% эффективности экранировки можно сочетанием оплетки и фольги.

Оболочка: Необходимую защиту внутренних компонентов кабеля обеспечивает внешняя оболочка. Оболочка защищает кабель от климатического, химического воздействия и предохраняет от солнечного света. По типу оболочки кабели можно разделить на стандартные и специального исполнения. Стандартный кабель — имеет обычную, чаще всего поливинилхлоридную оболочку, которая защищает кабель (в том числе и многожильный) от механических воздействий и влаги, а также играет роль электрической изоляции. Заполненный (Plenum) — стандартная инсталляция предполагает прокладку кабеля через стены и потолки. Возможное возгорание внутри здания предъявляет особые требования к оболочке кабелей. Кабели типа Plenum имеют огнестойкую оболочку, в составе которой используются специальные компаунды. Это обеспечивает низкую горючесть и дымовыделение в случае, если кабель будет подвергнут воздействию огнем. Такой кабель может быть проложен без трубопровода, что снижает затраты на инсталляцию.

Галогенонесодержащий — низкое выделение дыма и паров, отсутствие галогенов в материале оболочки кабеля — такие требования предъявляют европейские правила техники безопасности (IEC33203 — тест на горючесть, IEC61034 — тест на дымовыделение, IEC754-1 — коррозионная стойкость).

Рисунок 1.1.4 - Многожильный кабель 5BNC с двумя симметричными аудиопарами

Для передачи сигналов RGBHV, S-Video и компонентных несколько коаксиальных кабелей могут объединяться в многожильный (multicore) с общей оболочкой. Количество коаксиальных кабелей в многожильном кабеле может быть от двух до шести, кроме того, в многожильные кабели могут добавляться симметричные аудиопары и силовые проводники, что делает их еще более универсальными (рис. 1.1.4).