Параметры коаксиальных кабелей Uniflex

Г. Алешин

Характеристики коаксиального кабеля UNIFLEX

Линии передачи являются одной из важных частей разветвленных систем и сетей. Они должны обеспечить надежную связь между устройствами, формирующими сигналы в сети, и аппаратурой, принимающей эти сигналы. Развитие телекоммуникационного оборудования содействовало прогрессу в области разработки и производства коаксиальных линий передачи, предназначенных для работы в ВЧ и СВЧ диапазонах. Коаксиальные кабели торговой марки Uniflex имеют хорошие технические характеристики, высокие эксплуатационные параметры, удовлетворяют требованиям, предъявляемым к современным линиям передачи телевизионных и радио сигналов.

Улучшение качественных показателей коаксиальных линий передачи обусловлено применением широкополосных технологий в кабельных сетях, использующих частотный диапазон 5 – 900 МГц, освоением диапазона частот 950 – 2700 МГц для передачи сигналов ПЧ спутникового вещания и MMDS. Увеличение числа наземных эфирных вещательных станций (телевизионных, радио, телеметрических, сотовой связи) диктует необходимость защиты линий передачи сигналов от антенных систем и кабельных сетей от внешних источников помех, а также уменьшения уровня ВЧ мощности, излучаемой кабелем в эфир. Поскольку работы по монтажу и ремонту разветвленных кабельных сетей требуют больших капиталовложений, линии передачи должны иметь конструктивные параметры, обеспечивающие устойчивость к различным видам механических напряжений и деформаций, а также высокую эксплуатационную надежность, гарантирующую их работу в тяжелых условиях при воздействии активных веществ и изменении климатического фона.

Конструкция кабелей Uniflex

Коаксиальная линия передачи (часто используется термин “коаксиальный кабель”) представляет собой два металлических проводника цилиндрической формы, расположенных один внутри другого так, что их оси совпадают. Пространство между ними заполнено изолирующим диэлектриком. Внешний проводник окружен непроводящей оболочкой, обеспечивающей защиту от воздействия окружающей среды. Основными достоинствами коаксиальной линии являются следующие:

• отсутствие потерь на вихревые токи и джоулево тепло в окружающих металлических частях,
• минимальное мешающее влияние коаксиальной линии на соседние цепи и малая подверженность помехам извне,
• возможность передачи широкого спектра частот сигналов.

К недостаткам можно отнести малую защищенность от помех в области нижних частот (до 60 кГц).

Электромагнитное поле в коаксиальной линии заключено в пространстве между центральным и внешним проводниками. При передаче по коаксиальному высокочастотной энергии по проводникам текут переменные токи, которые благодаря скин-эффекту сосредоточены в тонком слое металла (единицы микрометров), причем толщина этого слоя уменьшается с ростом частоты сигнала. Ток, возбуждаемый источником сигнала протекает по внутренней поверхности оплетки. Токи, создаваемые внешними источниками (помехи), протекают по наружной поверхности оплетки.

Параметрами, характеризующими геометрию коаксиального кабеля, являются:

• диаметр центрального проводника
• внутренний диаметр оболочки (оплетки)
• наружный диаметр защитной термопластовой оболочки B.

Конструкция коаксиального кабеля марки Uniflex представлена на рис.1. Внутренний (центральный) проводник изготовлен (в зависимости от типа кабеля) из меди (Cu) или из стали, плакированной медью (CCS). Использование стального омедненого проводника повышает прочность кабеля и надежность соединений. Слой изолирующего диэлектрика, имеющего диэлектрическую проницаемость =1.49, выполнен из физически вспененного полиэтилена (PEE). Применение этого материала позволяет уменьшить потери, связанные с поляризацией диэлектрика и снизить погонное затухание ВЧ-сигнала в кабеле. Изолирующий слой диэлектрика окружает слой алюминиевой (Al) фольги, усиленной полиэфирной подложкой. Экранирующий проводник (оплетка) выполнен из алюминиевых (Al), медных (Cu) или луженых медных (CuSn) проводников. Такая конструкция оплетки обеспечивает высокий коэффициент экранирования, и надежно защищает от внешних источников помех. От воздествия внешней среды кабели Uniflex защищает термопластовая оболочка из PVC или из плотного полиэтилена (PE). Оболочка может быть выполнена из белого или черного термопласта. Наружный диаметр защитной оболочки различных модификаций коаксиальных кабелей Uniflex хорошо согласуется с размерами F-коннекторов, которые используются для соединения линии передачи с промежуточными и оконечными устройствами тракта передачи сигнала. На оболочке нанесены хорошо различимые метровые метки и марка кабеля.

Электрические параметры кабелей Uniflex

Геометрические размеры коаксиального кабеля и применяемые материалы определяют электрические параметры – погонную емкость (), погонную индуктивность (), погонное активное сопротивление (). Эти параметры позволяют расчитать другие характеристики кабеля.

Волновое сопротивление коаксиального кабеля

Для того, чтобы передача сигнала по коаксиальной линии от источника до нагрузки осуществлялась с наибольшей эффективностью, необходимо чтобы в кабеле был реализован режим бегущей волны. При этом отражения ВЧ-энергии от нагрузки минимальны. Обычно элементы ВЧ-тракта имеют входной импеданс 50 Ом или 75 Ом. Продукция Uniflex представлена моделями коаксиальных кабелей с волновыми сопротивлениями 50 Ом и 75 Ом. Волновое сопротивление коаксиального кабеля может быть определено по известной формуле, , [Ом]

Возвратные потери в кабеле

При наличии в кабеле неоднородностей, возникших процессе его изготовления, прокладки или эксплуатации, возникают отражения электромагнитных волн, распространяющихся в коаксиальном кабеле, что приводит к искажениям передаваемого сигнала. На участках, содержащих неоднородности, импеданс кабеля отличается от его значения в остальной части тракта. Возвратные потери характеризуются коэффициентом возвратных потерь , выраженным в дБ. Он характеризует уровень энергии отраженного сигнала в кабеле и может быть определен через коэффициент стоячей волны в линии - , [дБ]

Кабели Uniflex имеют низкий уровень возвратных потерь, обусловленный неоднородностями диэлектрика, что обусловлено применением технологии физического вспенивания. Также такой кабель менее чувствителен к механическим факторам, вследствие которых могут возникнуть неоднородности.

Скорость распространения волны в кабеле

В частотном диапазоне, для которого предназначены коаксиальные кабели Uniflex, в кабеле распространяется поперечная электромагнитная волна, скорость распространения которой определяется из соотношения

Производитель кабелей Uniflex указывает относительную скорость распространения волны в кабеле, которая показывает на сколько последняя отличается от скорости распространения электромагнитной волны в свободном пространстве , [%].

Затухание сигнала в кабеле

Затухание в коаксиальном кабеле складывается из потерь в проводниках, потерь в диэлектрике и потерь на излучение. Последний параметр рассматривается отдельно, и характеризует эффективность экранирования.

Общее затухание электромагнитной энергии в кабеле характеризуется величиной затухания на отрезке кабеля длиной 100 м , [дБ/100 м], где - мощность сигнала на входе кабеля, - мощность сигнала после прохода по кабелю.

Потери в проводниках зависят от частоты сигнала, вследствие уменьшения толщины скин-слоя и соответственного уменьшения проводимости. Использование в кабелях Uniflex высококачественной меди в слое покрытия центрального проводника или для всего центрального проводника, позволяет снизить общее затухание в кабеле.

Потери в диэлектрике тоже зависят от частоты сигнала. Мощность потерь в диэлектрике расходуется на переориентацию молекул диэлектрика в ВЧ-поле. С увеличением диэлектрической проницаемости материала мощность потерь также растет. Применение в качестве диэлектрика в кабелях Uniflex физически вспененного полиэтилена, позволяет снизить величину потерь в диэлектрике.

Геометрия кабеля также определяет величину затухания. Конструкция кабелей Uniflex рассчитана исходя из оптимального соотношения диаметров центрального и наружного проводников. Значение этой величины должно находиться в диапазоне: . У различных типов кабелей Uniflex эта величина принимает значения от 3,6 до 5,7.

Коэффициент экранирования

Для измерения электрических характеристик коаксиальных кабелей Uniflex использовался измерители КСВ Р4-11 и Р2-102 , измеритель АЧХ Х1-42.

Автор признателен корпорации “Дженерал Сателайт” за предоставленные для тестирования образцы кабеля Uniflex. Автор благодарен сотруднику корпорации “Дженерал Сателайт” Долгову И.М. за организационную поддержку работы.

Характеристики коаксиального кабеля UNIFLEX