КОАКСИАЛЬНЫЕ И  МЕЖБЛОЧНЫЕ КАБЕЛИ                                             

    В наше время достаточно трудно удивить человека наличием в доме  домашнего кинотеатра, компьютера, а в авто -  серьёзной музыки, поэтому остро встаёт вопрос о том, как подключить компоненты между собой, чтобы добиться кристально чистого звука и безупречного изображения. Разработчиками бытовой аппаратуры было придумано триллион различных разъёмов, чтобы повергнуть в шок и трепет домохозяинов, но к счастью прижилось всего  с десяток, основными из них являются:

      КОАКСИАЛЬНЫЙ КАБЕЛЬ

 Коаксиальный кабель – самый распространенный. Применяется для передачи широкополосных и высокочастотных сигналов. Конструкция проста как грабли:

- центральный проводник

- диэлектрик

- экран

     Центральный проводник.

В нормальных  коаксиалах в качестве центрального проводника используется чистая медь OFC (Oxygen Free Copper) 99,99%.  В ненормальных,  в лучшем случае,  меднёная сталь CCS (Copper Clad Stell). Полностью медный центральный проводник обеспечивает лучшее петлевое сопротивление кабеля по постоянному току, что весьма важно для сетей большой протяженности. Кроме того, чисто медный центральный проводник ( особенно тонкие витые жилки ), позволяют кабелю оставаться гибким. Такое свойство необходимо при укладке кабеля в монтажные каналы.

      Диэлектрик.

Внутренний ( рабочий ) диэлектрик любого коаксиального кабеля – это, без преувеличения, его важнейшая компонента, определяющая большинство свойств и параметров конечного изделия. Рабочим диэлектриком большинства хороших коаксиалов является высокоплотный полиэтиленовый компаунд  HDPE (High Density Polyethylene), получаемый из гранулированного твердого полиэтилена путём физического вспенивания азотом. Такой физически-вспененный (gas-injected) диэлектрик, часто называемый PEG, содержит 60% воздуха (что обеспечивает рекордно низкое погонное затухание сигнала) и 40% полиэтилена. Применение HDPE\ PEG имеет и другое положительное следствие. Температурный коэффициент изменения параметров кабеля существенно улучшился. Так, например, изменение затухания в кабелях с диэлектриком HDPE\ PEG при многократном циклировании температуры в диапазоне от  -25⁰С…+70⁰С, не превышает 5%. Кроме того, способ вспенивания  гарантирует чёткое разделение воздухосодержащих пор полиэтилена, что, в  свою очередь, препятствует распространению влаги вдоль кабеля  и дополнительно обеспечивает общую стабильность параметров кабеля в течение всего срока службы.

Необходимо подчеркнуть, что многие кабельные фабрики вспенивают диэлектрик химическим образом с помощью химпорошков, вступающих в реакцию с гранулами твердого полиэтилена. Получаемый в результате низкоплотный полиэтиленовый компаунд LDPE (Low Density Polyethylene), часто называемый РЕЕ, не только мягок и подвержен механическим повреждениям, но и резко меняет свои свойства под воздействием температуры и влажности, что отражается на характеристиках кабеля в целом. Попытки защитить рабочий диэлектрик при помощи дополнительных тонких углеродных плёнок, по сути, результатов не дают.

Физически-вспененный диэлектрик HDPE\ PEG применяемый в кабелях по прочности не  отличается от хорошо известного твердого невспененного полиэтилена, который применялся  ранее при изготовлении телевизионного кабеля.

По этой причине кабели с  HDPE\ PEG , обладая необходимой гибкостью, чрезвычайно устойчивы к механическим ударным воздействиям, повреждениям, многократным изгибам при радиусе, близком к минимально возможному. С электрофизической точки зрения при попытке деформировать кабель такая  характеристика как Structural Return Loss (коэффициент отражения на механико-физических неоднородностях в кабеле) не возрастает, в отличие от мягких кабелей с химически-вспененным диэлектриком).

Еще одним действительно революционным нововведением стала технология нанесения на рабочий диэлектрик тонкого углеводородного слоя PIB (Poly-Iso-Butylene), который дeлaeт невозможным проникновение  влаги в рабочий диэлектрик. Именно совокупность PEG + РIВ обеспечивает  важнейшее свойство телевизионных кабелей : исключительно низкий коэффициент изменения («старения») параметров под воздействием таких разрушительных факторов внешней среды, как влажность и температура.

    Первые отечественные коаксиальные кабели с изоляцией физического вспенивания

            Производит любая уважающая себя кабельная фабрика, но обзор и характеристики нашел у НПП «СПЕЦКАБЕЛЬ».На сайте компании этому посвящена огромная статья Лобанова А.В., кандидата технических наук, Генерального директора ООО НПП «Спецкабель», приведу некоторые данные:

В таблице 1. представлены конструкции телевизионных кабелей типа RG-59 - кабели с изоляцией полученной по методу физического вспенивания марок РК75-3,7-35ф, РК75-3,7-33ф и РК75-3,7-311ф. Для сравнительной характеристики, в таблице 1 приведены параметры кабеля марки РК75-4-11, имеющего сплошную полиэтиленовую изоляцию и выпускаемого по ГОСТ113268-79. Частотные зависимости коэффициента затухания представлены в таблице 2 и на рис. 1. Кабели марок РК75-4-11 и РК75-3,7-35ф имеют схожие конструкции: однопроволочный внутренний проводник и внешний проводник в виде оплетки, но, тем не менее, кабель марки РК75-3,7-35ф при меньшем габарите, как мы видим, имеет меньший уровень потерь, что обусловлено применением изоляции физического вспенивания. У кабеля марки РК75-3,7-35 с изоляцией химического вспенивания уровень потерь выше, чем у РК75-3,7-35ф, а при частотах более 100 МГц, график частотной зависимости коэффициента затухания пройдет выше кривой 1 (на рисунке не показано). Указанные кабели используются в отечественной абонентской сети для передачи телевизионных сигналов в диапазоне частот 48…862 МГц, при этом в современных условиях диапазон частот может быть значительно расширен, поэтому мы ведем нормирование параметров телевизионных кабелей до частоты 2150 МГц. В системе интерактивного телевидения используется обратный канал, который занимает полосу частот 5…42 МГц. Если использовать кабели в системе видеонаблюдения, то частотный спектр видеосигнала определяет частотную полосу работы кабелей - 0…10 МГц. В данном случае для работы в низкочастотной области лучшие параметры будет иметь кабель марки РК75-3,7-311ф. К сожалению, при подготовке этого материала у нас не было возможности измерить коэффициент затухания при частотах ниже 100 кГц, но тенденцию изменения потерь уже можно определить по значениям, приведенным для данной частоты (табл. 2).

Наиболее массовое применение в системах кабельного и спутникового приема телевидения в абонентской распределительной сети получили радиочастотные кабели типа RG-6. В таблице 3 представлены конструкции двух марок кабелей этой серии, причем один из кабелей дан в двух исполнениях - РК75-4,8-31 с изоляцией химического вспенивания и РК75-4,8-31ф с изоляцией физического вспенивания. Сопоставление частотных зависимостей коэффициента затухания показано в таблице 4 и на рис. 2. Такое сопоставление наглядно иллюстрирует на сколько отличаются частотные параметры двух кабелей, изготовленных с применением различных технологий вспенивания полиэтиленовой изоляции. Более того, отличается стойкость указанных кабелей к воздействию повышенной влажности воздуха. Пунктирной линией показано предполагаемое изменение коэффициента затухания кабелей после их выдержки в климатической камере с относительной влажностью воздуха 98% при температуре

Принятые сокращения

ПЭ = сплошной полиэтилен

ППЭ = пористый полиэтилен химического вспенивания

ППЭф = пористый полиэтилен физического вспенивания

СПЭ = светостабилизированный полиэтилен

ПВХ = поливинилхлорид

Ал.лавс. = ламинированная полиэтилентетрафтолатом алюминиевая фольга

М.лавс.= ламинированная полиэтилентетрафтолатом медная фольга

М. = медь

Физически вспененный полиэтилен приобретает еще одно важное свойство: образующиеся микропоры имеют замкнутую ячеистую структуру. Такая структура препятствует проникновению влаги вглубь изоляции и, как это будет показано ниже на примере сравнительных климатических испытаний, повышает эксплуатационную надежность кабелей. Изоляция современных кабелей имеет три слоя и изготавливается по так называемой технологии "skin-foаm-skin", это значит, что на внутренний проводник одновременно накладывается три слоя изоляции: тонкий слой сплошного полиэтилена, основной слой вспененной изоляции и, опять же, тонкий наружный слой полиэтилена. Такая конструкция изоляции обеспечивает хорошую адгезию с внутренним проводником и гладкую наружную поверхность, что в свою очередь, обеспечивает высокую однородность волнового сопротивления по длине кабеля и позволяет получить высокую стабильность параметров передачи кабелей, как в исходном состоянии, так и после их монтажа на объекте и в процессе эксплуатации.

Преимущества современной технологии наложения пористой полиэтиленовой изоляции физического вспенивания очевидны и в наших современных условиях, речь может идти о ее доступности или недоступности для отдельных производителей кабелей. Эту проблему НПП "Спецкабель" решает в кооперации с кабельными заводами имеющими необходимое экструзионное оборудование.

Как уже говорилось выше, разработанные в рамках ТУ 16.К99-006-2001 коаксиальные кабели допускают два варианта наложения вспененной изоляции. Поэтому, чтобы различать кабели с физически вспененной изоляцией, в их маркировке добавляется индекс "ф". Так, например, кабель по типу RG 6/U c изоляцией полученной по методу физического вспенивания, имеет маркировку РК75-4,8-31ф.*

       Коэффициент экранирования и коэффициент подавления возвратной волны

Помимо изоляции, существенное значение, с точки зрения надежности и уровня электрических параметров, имеет конструкция внешнего проводника (экрана) радиочастотного кабеля. Внешние проводники кабелей могут быть в виде оплетки из медных или медных луженых проволок. Медная оплетка плотностью 92% обеспечивает затухание экранирования порядка 45…50 дБ. Такая же оплетка, но луженая повышает уровень экранирования еще на 10 дБ. Однако, при частотах выше 100 МГц, из-за многопроволочности в кабелях с внешними проводниками в виде оплетки существенно возрастают потери, которые растут с повышением частоты сигнала. Поэтому в радиочастотных кабелях, используемых для передачи телевизионных сигналов, практикуется использование двойных экранов, где поверх ламинированной алюминиевой фольги накладывается оплетка из медных луженых проволок. Для кабелей, требующих повышенной надежности при эксплуатации в условиях повышенной влажности, алюминиевою фольгу лучше заменить на медную. Использование в качестве внешнего проводника ламинированной медной фольги и оплетки из медных проволок позволяет уменьшить коэффициент затухания на 5%, и примерно, на такую же величину повысить затухание экранирования

ITALIANA CONDUTTORI удалось достичь рекордно высокого коэффициента экранирования в своих магистральных кабелях CAVEL серии TS (не хуже 110 дБ в полосе частот 30...1000 МГц!). (для аналоговых кабелей серии SAT - более 75 дБ, для цифровых кабелей серии DG - более 90 дБ, а в новой серии TS для интерактивных цифровых телевизионных систем - более 110 дБ!).

Остановимся более подробнее на кабелях  новой серии TS (“Triple  Shield”), главная особенность которых- наличие  высокотехнологичного тройного экрана (см.рис.2)

- 1-й экран (внутренний) - трехслойная алюминиевая фольга (алюминиевая фольга + полиэстер + алюминиевая фольга),  которая приклеивается  к рабочему диэлектрику

отгибом, который обеспечивает надежный контакт «металл-металл» вдоль всей по­верхности наружного экрана при любых механических воздействиях на кабель во время монтажных работ.

Такой "пирог" обеспечивает коэффициент экра­нирования 110 дБ (очень важно в области частот обратного канала 5...42 МГц !!). Ряд американских магистральных кабелей имеет аналогичный коэффициент экранирования, но за счет "лобового" решения - применения в них в качестве экрана толстостенной алюминиевой трубки. Очевидно, что они проигрывают кабелям  TS в гибкости.

Потребителям кабеля следует знать, что ТВ рынок наполнен также и кабелями с тройным экраном, которые принадлежат к так называемой категории «low-cost» (дешевые). Как правило, в этих кабелях плотность оплетки очень низка (около 25%), а наружный фольговый экран просто уложен про­дольно по кабелю, без какого-либо «закора­чивающего» отгиба, т.е. без электроконтакта между экранирующими проводниками.

Необходимо отметить, что при передаче по кабелю цифровых сигналов телевидения, на первый план выдвигаются именно коэффициент экранирования, а также параметр кабеля, называемый Structural Return Loss или коэф­фициент подавления возвратной волны, возни­кающей на внутренних "неоднородностях" волно­вого сопротивления.

Эти скачки волнового сопротивления образуются за счет механико-физических дефектов кабеля, главным образом в системе "центральный проводник - рабочий диэлектрик - экран".

Поскольку химически-вспененный диэлектрик гораздо более подвержен дефектам, чем физически-вспененный, и, кроме того, централь­ный проводник и экран смещаются друг относи­тельно друга при различных деформациях, то вывод о непригодности дешевых кабелей с химически-вспененным диэлектриком для передачи "цифры" становится очевидным. Для иллюстрации, в кабелях , имеющих физически-вспененный диэлектрик действи­тельно высокого качества, данный параметр, Structural Return Loss, доведен до величины 30...35дБ (что соответствует коэффициенту отражения не более 3%) в полосе частот 10...2400 МГц .

Отметим также, что изготовление оплетки на основе луженой меди CuSn в кабелях  облегчает пайку в тех случаях, когда оплетка долж­на быть электрически заземлена надлежащим образом.

   Коэффициент затухания

   Чем меньше – тем лучше.

   Внешний диэлектрик

Имеющие специальный состав внешние PVC компаунды в кабелях  пожаробезопасны, а целая серия кабелей, имеющих в своем обозначении буквы ZН (например, CAVEL SAT 703 ZH, CAVEL DG 113 ZH), еще и не выделяют ядовитого дыма, находясь в открытом огне, поскольку в своем составе не содержат галогеноводородов (ZH = Zero Halogen). Все это оказывается чрезвычайно важным при прокладке кабелей в закрытых помещениях с высокой плотностью людей: больницах, школах.

Магистральные кабели CAVEL, готовые для прямой укладки в землю (например CAVEL 27/115 FC, CAVEL 34/145 FC), имеют специальный слой желейного наполнителя PJ (Petrol Jelly) между оплеткой и внешним диэлектриком. Этот желей­ный наполнитель необходим для того, чтобы минимизировать возможность проникновения влаги и других реагентов под оболочку кабеля. В случае образования трещин или надломов во внешнем диэлектрике желе затекает в образо­вавшуюся щель и полимеризуется, обеспечивая полную защиту параметров кабеля при меха­нических повреждениях.

Что можно найти в Минске: