Коаксиальный кабель: области применения, подключение и особенности монтажа

Наиболее распространенным типом антенного фидера, используемым сегодня, является коаксиальный радиочастотный кабель. Он удобен и обеспечивает хороший уровень производительности. По этой причине выпускается огромное количество коаксиальных кабелей, предназначенных для различных целей.

Сферы использования

Кабели данного типа применяются там, где необходимо передавать радиочастотные электрические сигналы. Наиболее очевидной областью их использования является трансляция изображения на домашние телевизоры, но они востребованы и во многих других областях. Также применяются коаксиальные кабели для видеонаблюдения и соединения ресиверов и антенн коммерческими и промышленными потребителями. Они необходимы там, где требуется передать любые высокочастотные сигналы на расстояние.

Конструкция коаксиальных кабелей сводит к минимуму потери и помехи. Поэтому они широко применяются в организации сетевых соединений. Например, цифровые коаксиальные кабели использовались в ранних формах локальных сетей Ethernet, хотя сегодня их заменили оптические волокна, обеспечивающие большую скорость передачи данных, и более дешевые витые пары, когда частота сигнала не так высока.

История создания

Радиочастотный коаксиальный кабель является важной частью современной электроники. Первая известная его реализация появилась в 1884 г., когда Эрнст фон Сименс (один из основателей компании Siemens) запатентовал свою идею, но в то время применений для нее не нашлось. Только в 1929 г. Bell Laboratories запатентовала современные коммерческие коаксиальные кабели, хотя их использование было относительно небольшим. Например, они применялись в 1934 г. для передачи телевизионного изображения с берлинской Олимпиады в Лейпциг. В 1936 г. между Лондоном и Бирмингемом был проведен коаксиальный кабель на 40 телефонных соединений, а в США, между Нью-Йорком и Филадельфией, была создана экспериментальная линия для передачи телевизионных изображений.

После начала коммерческого использования открылись и другие применения, хорошо себя зарекомендовавшие и получившие широкое распространение в бизнесе и дома.

Что такое коаксиальный кабель?

Внешне он выглядит как толстый электрический провод. Изготавливается из частей, которые обеспечивают передачу радиочастотных сигналов с низким уровнем потерь. Его основными элементами являются:

• центральный проводник;
• изолирующий диэлектрик;
• внешний проводник;
• наружная защитная оболочка.

Центральный проводник почти всегда выполняется из меди. Иногда используется медный или алюминиевый сплав. Может состоять как из одного, так и из нескольких проводов.

Изолирующий диэлектрик разделяет проводники и является одной из главных причин затухания сигнала. Может быть сплошным или полувоздушным. Выполняется в виде длинных трубок, сделанных из полиэтилена или фторопласта, или пены, большую часть которой составляет воздух.

Внешний проводник обычно представляет собой медную оплетку. Это обеспечивает коаксиальному витому кабелю достаточную гибкость. Для улучшения экранирования иногда используются 2 или даже 3 слоя. Обычно это достигается путем размещения одной оплетки непосредственно над другой, хотя в некоторых случаях может применяться медная фольга или лента. При использовании дополнительных экранирующих слоев уровни помех и излучения значительно снижаются.

Наружная защитная оболочка препятствует образованию паразитной обратной связи. Также она обеспечивает защиту от проникновения грязи и влаги, предотвращает повреждение кабеля другими механическими средствами.

Принцип работы

Коаксиальный кабель проводит ток как по внутреннему, так и по внешнему проводникам. Эти токи равны и имеют противоположную полярность, в результате чего все поля остаются в кабеле, не излучаются за его пределы и не подвержены помехам. Поэтому на поля не влияют никакие внешние объекты. Таким образом, коаксиальный фидер идеально подходит для монтажа внутри зданий или вблизи них или других объектов. Это его главное преимущество по сравнению, например, с витой парой.

При выборе типа коаксиального кабеля необходимо учитывать его спецификации и параметры.

Импеданс

Наиболее важной характеристикой коаксиального кабеля является волновое сопротивление, которое определяется его диаметром и материалом диэлектрика. Параметр измеряется в омах. Наиболее распространены следующие его значения:

• Коаксиальный кабель на 50 Ом. Обеспечивает минимальные потери сигнала для заданного веса проводника. Обычно используется в профессиональных целях.
• Коаксиальный кабель на 75 Ом. Обладает минимальным весом для заданного уровня потерь. Широко применяется в домашней телевизионной и Hi-Fi-аппаратуре.
• Кабель на 93 Ом ранее использовался для связи компьютеров и подключения мониторов.

Доступны и другие значения волнового сопротивления, но они востребованы значительно меньше.

Затухание

Другим важным параметром коаксиального витого кабеля являются его потери при передаче сигнала. Их уровень зависит от ряда факторов, в том числе качества материалов диэлектрика и проводника. Затухание сигнала пропорционально длине кабеля. В спецификациях обычно указываются потери в децибелах на единицу длины. Например, у коаксиального кабеля RG-6A/U затухание на частоте 100 МГц составляет 1,0 дБ/10 м. К сожалению, не все производители используют одну и ту же длину, поэтому для сравнения могут понадобиться дополнительные вычисления.

Максимально допустимая мощность

Хотя для применений с низким уровнем сигнала эта спецификация не очень важна, при передаче высокой мощности она может стать проблемой. Обычно ограничения возникают из-за тепловых потерь в кабеле. Если предполагается передача большой мощности, необходимо проверить рабочее напряжение.

Коэффициент укорочения

Является отношением скорости передачи сигнала в коаксиальном кабеле к скорости его распространения в вакууме (скорости света).

В некоторых случаях значение коэффициента укорочения может иметь большое значение, например, когда важна фаза сигнала. Оно всегда меньше 1. Во многом его определяет материал диэлектрика. У цифровых коаксиальных кабелей со сплошным полиэтиленовым диэлектриком коэффициент укорочения равен 0,66, а с пенополиэтиленовым – в диапазоне 0,80-0,88.

Емкостное сопротивление

Поскольку внутренний и внешний проводники образуют емкость, она пропорциональна их диаметрам, длине кабеля, а также диэлектрической постоянной.

Максимальное напряжение

В некоторых случаях напряжение достигает больших значений. Из-за этого кабель может выйти из строя. Напряжение повышается в результате высокого уровня стоячих волн и большой мощности. Перед выбором конкретного типа коаксиального кабеля необходимо провести проверку того, как он выдерживает ожидаемое напряжение.

Физические размеры

Эта характеристика важна по целому ряду причин. Проводники большего диаметра часто имеют более низкие потери и более высокую номинальную мощность. Например, популярный коаксиальный кабель на 75 Ом RG-6/U имеет внешний диаметр 6,86 мм.

Кроме того, кабель должен соответствовать размерам имеющихся отверстий и подходить к штекерам нужного типа. Часто последние изготавливаются под размеры популярных видов кабелей.

Руководство по установке

Радиочастотный коаксиальный кабель широко используется для передачи сигнала от передатчика или к приемнику. Хотя он очень прост в установке, чтобы он прослужил долго, необходимо соблюсти определенные условия. Это особенно важно, потому что часто он устанавливается снаружи и должен выдерживать суровые условия окружающей среды.

Такие факторы, как попадание влаги, с течением времени могут ухудшить его эффективность. Такое снижение остается незамеченным до тех пор, пока оно не достигнет такой степени, когда его будет невозможно использовать. Несколько простых мер предосторожности позволят сохранить эффективность коаксиального кабеля и существенно замедлят его деградацию.

Порядок выбора

На рынке существует огромное разнообразие коаксиальных кабелей, и на первый взгляд выбор может показаться нелегким. Первое решение, которое необходимо сделать, – выбрать подходящее волновое сопротивление. В домашних Hi-Fi- и видеоантеннах применяется коаксиальный кабель на 75 Ом. Профессиональные пользователи и радиолюбители стандартно выбирают импеданс 50 Ом.

Следующее решение, которое необходимо принять, – это приемлемый уровень затухания сигнала. Чем меньше потери, тем больше диаметр кабеля, а также его стоимость. Как правило, можно найти несколько марок с одинаковыми характеристиками, и часто решение о конкретном типе будет зависеть от позиции поставщиков.

Как только подходящий кабель будет найден, его можно приобрести и установить.

Защита от неблагоприятных погодных условий

При наружном монтаже, например, коаксиального кабеля для видеонаблюдения очень важно обеспечить его надлежащую защиту. Это имеет большое значение, потому что любая влага приведет к значительному увеличению потерь. Если намокнет диэлектрик, разделяющий внутренний и внешний проводники, то это ухудшит его характеристики и увеличит затухание. Влажность также приводит к окислению оплетки и снижению ее проводимости.

Поэтому так важно герметизировать конец кабеля, если он используется вне помещений, и не допускать попадания влаги. Необходимо обеспечить, чтобы внешняя оболочка оставалась целостной и не повреждалась во время монтажа и дальнейшей эксплуатации.

Дополнительным методом предотвращения попадания большого количества влаги в кабель является формирование петли вверх и вниз. Это мешает воде, проникнувшей внутрь, двигаться дальше. Однако влага все же будет распространяться капиллярным способом, поэтому всегда лучше убедиться, что концы правильно герметизированы и защищены.

Общие рекомендации по монтажу

Все кабели имеют радиус изгиба. Чтобы предотвратить повреждение, они не должны сгибаться больше этого значения. В противном случае может повредиться внутренняя конструкция и значительно возрастет уровень потерь.

Также следует позаботиться о том, чтобы кабель не был деформирован. Это приведет к изменению его размеров и волнового сопротивления. Кроме того, повреждение диэлектрика может увеличить уровень потерь.

При физическом повреждении кабеля необходимо убедиться, что его оболочка осталась целой. Если ее целостность нарушена, то это может привести к проникновению влаги, окислению провода и намоканию диэлектрика, что увеличит уровень потерь.

В некоторых случаях коаксиальный кабель необходимо закопать. Обычные марки нельзя прокладывать в земле, поскольку их оболочка не рассчитана на эти условия. Но их можно уложить в канале, специально для этого предназначенном. Это имеет то преимущество, что кабель легко заменить. Однако следует убедиться, что в канал не попадает вода. Альтернативным вариантом является применение специально предназначенного для прокладки в грунте кабеля, оболочка которого может выдерживать такие условия.

Оконцовка

При установке коаксиального кабеля важно правильно его оконцевать. В большинстве случаев физическим завершением является штекер, а конечным устройством – либо антенна, либо приемник. Соединения должны быть выполнены правильно и качественно.

Хотя разъемы для бытовых установок часто имеют плохие радиочастотные характеристики, альтернатив мало. Для профессиональных нужд необходимы соединения более высокого качества, хотя и в этом случае следует убедиться, что они подходят для используемых частот. Некоторые дешевые модели не соответствуют требованиям и ухудшают работу коаксиального кабеля. Поэтому лучше приобретать разъемы у проверенных продавцов.

Правильный монтаж коаксиального кабеля обеспечит многие годы его службы. Однако износ и воздействие окружающей среды приведут к тому, что через некоторое время потребуется его замена. Поскольку ухудшение производительности происходит медленно, ее можно не заметить. Она становится очевидной только после полной замены кабеля.