Коаксиальные линии

Большинство радиочастотных кабелей  с полиэтиленовой изоляцией (в том  числе из пористого полиэтилена) изготавливается в оболочке из поливинилхлоридного  пластиката. Пластикат для этих оболочек должен содержать пластификаторы с  минимальной склонностью к миграции в полиэтиленовую изоляцию.

Для кабелей с изоляцией из лент фторопласта-4 часто применяют комбинированную  защитную оболочку, состоящую из повива лент фторопласта-4 и оплетки из стекловолокна, пропитанной кремнийорганическими лаками.

Радиочастотные кабели, предназначенные  для стационарной длительной эксплуатации и для работы в установках, требующих  герметичности, изготовляют в металлической  оболочке из алюминия или свинцового сплава.

Кабели, предназначенные для внутриприборного монтажа, могут изготовляться без оболочки и защитных покровов поверх внешнего проводника. Некоторые типы кабелей поверх внешнего проводника оплетают хлопчатобумажной пряжей, шелком, пластмассовыми нитями или стекловолокном.

 

3. Требования к кабелям.

Коаксиальные  кабели относятся к категории  элементов, параметры которых в  значительной степени определяют возможности  системы в целом. В связи с  этим кабели должны обладать достаточно низким затуханием при высокой стабильности частот в рабочем диапазоне частот, высокими однородностью волнового сопротивления и экранным затуханием, механической прочностью и стойкостью к воздействию окружающей среды, высокой экономичностью и технологичностью изготовления.

Перечисленным требованиям удовлетворяет широкая  номенклатура кабелей, которые условно  разделим на 3 категории:

• магистральные, используемые для подачи сигналов от головной станции до субмагистральных линий;
• распределительные, применяемые в субмагистральных линиях и линиях домовой сети;
• абонентские, предназначенные для подключения оконечных устройств.

 

Таблица 1- Категории кабелей в зависимости  от затухания

Допускаемое затухание a на частоте 200 МГц, дБ/100м, не более	Допустимое отклонение волнового  сопротивления от номинального значения, Ом	Область применения
2,5	±2	Магистральные линии
2,5…4	±2	Субмагистральные линии и домовые
4…8	±2,5
8…13	±3
13…21	±5	Абонентские линии

 

Основным  параметром, определяющим категорию  кабеля, является затухание, значение которого тесно связано с его  диаметром. Обычно в качестве магистральных  используемых используются кабели с  диаметром внутренней изоляции 14…22 мм, распределительных с диаметрами 9…13 мм и абонентских – менее 5 мм. В зависимости от затухания кабели делят на категории в соответствии с таблицей 1.

В этой же таблице приведены допуски  на отклонение значений волнового сопротивления  от номинального 75 Ом.

К числу наиболее важных параметров кабелей  относятся затухание экранирования, от значения которого зависит отношение  сигнала к наведенной помехи. Установлено, что при создании систем в районах  с напряженностью поля 100мВ/м требуются  кабели с затуханием экранирования  не менее 60 дБ.

 

4. Основные параметры коаксиальных  кабелей

Коаксиальные  кабели характеризуются рядом параметров, которые могут быть разделены  на параметры стандартизации, конструктивные, технологические, электрические, механические, климатические, параметры надежности и качества. В группу параметров стандартизации включается марка кабеля, номер технических условий. Конструктивные параметры – это описание материалов, размеров и массы отдельных элементов. К  электрическим относятся первичные  и вторичные параметры передачи, параметры экранирования. для радиочастотных коаксиальных кабелей наиболее важны  электрические параметры: волновое сопротивление Z_в, коэффициент затухания a, электрическое сопротивление проводников R, электрическое сопротивление изоляции R_из, электрическая емкость С, индуктивность С, сопротивление связи Z_с, коэффициент отражения, коэффициент стоячей волны (КСВ), неравномерность частотных характеристик затухания и фазы. Для расчета конструкции кабеля, определения его максимальных возможностей помимо диаметра по изоляции и волнового сопротивления надо знать эквивалентную диэлектрическую проницаемость, диаметр внутреннего проводника. Характерные значения эквивалентной диэлектрической проницаемости: для сплошной полиэтиленовой изоляции 2,2…2,3, для пористой полиэтиленовой 1,5.

В СКТВ широко применяются кабели с полужесткими, полугибкими конструкциями внешних проводников. При этом существующая система маркировки кабелей представляется не совсем удачной.

Для кабелей, стандартизированных МЭК, установлены следующие правила  маркообразования: сначала учитывается номер стандарта: 96 МЭК (96 IEC), затем волновое сопротивление, округленно диаметр по изоляции и порядковый номер конструкции при данных присоединительных параметрах.

Пример: МЭК 9675-5-1. В указанном примере  конструктивные схемы могут быть различны, но в маркировке это не отражается. Следовательно, такая система маркообразования имеет тот же недостаток, что и принятая ГОСТ 1326.0-78.

Во  многих стандартах наибольшую известность  получила система стандартов MIL-C-17, состоящая из двух разделов:

• общие требования и методы испытания MIL-C-17-F;
• частные спецификации на отдельные маркоразмеры кабелей.

Пример: М17/152-00001. Здесь М17 – индекс стандарта; 152- трехзначный порядковый номер  использования по техническим условиям.

Данная  система чисто порядковая – в  марке отсутствуют особенности, определяющие электрические и конструктивные признаки кабеля. Все зарубежные фирмы-производители  радиочастотных кабелей поставляют кабели в соответствии с требованиями MIL-C-17.

Радиочастотные кабели используются не самостоятельно, а  в комплекте с оборудованием  СКТВ. Это особенность комплектующих  изделий и приводит к необходимости  стандартизации присоединительного параметра. Указанный параметр – важнейший  показатель, указывающий на возможность  соединения кабеля как с активной (усилителем), так и с пассивной (ответвителями, разветвителями) аппаратурой КТВ. В понятие «присоединительный параметр» входят волновое сопротивление и диаметр по изоляции. Последний определяет ряд параметров кабеля и прежде всего такие важные, как коэффициент затухания и номинальная мощность. фактически из стандартизированного ряда используются коаксиальные кабели со следующими значениями диаметра по изоляции, мм: 3,7; 5,6; 7,25; 9,0; 11,5; 13,0; 17,3 ; 24,0.

При проектировании и эксплуатации систем необходимо располагать значениями параметров кабелей. Приведем формулы  для расчета основных характеристик  и справочные материалы по кабелям, используемые РС.

Волновое сопротивление  Z_в= .

Для коаксиального кабеля коэффициент затухания, дБ/км:

 

,  

 

Для кабелей с проводниками, выполненными из меди, коэффициент  затухания, дБ/км:

 

,                                     

где D₁ – диаметр внутреннего проводника, мм;

D₃ - внутренний диаметр внешнего проводника, мм;

m_а, m_в – магнитная проницаемость материала диэлектрика;

f – частота, Гц;

r _а, r _в – удельное сопротивление материалов соответственно внутреннего и внешнего проводников;

tg d - тангенс угла диэлектрических потерь материала изоляции.

Температурная зависимость  коэффициента затухания:

 

,                                                    

где a₂₀ – коэффициент затухания при температуре 20 °С, дБ;

a_a - температурный коэффициент затухания;

t -  рабочая температура, °С.

Значения температурного коэффициента затухания приведены  в таблице 2. Экранное затухание А_э=20 lg (1/1,03*10⁴*Z_св), дБ, где Z_св – сопротивление связи.

 

Таблица 2 - Значения температурного коэффициента затухания

	Коэффициент затухания на частоте 200 МГц
Кабель	при приемке и поставке, не более, дБ/100 м	Температурный на частоте 200 МГц при t=50…+50С, промиле/град
РК 75-17-13С	4,6	2
РК 75-11-11С	6,2	2

 

Модуль сопротивления  связи обычно нормируют по частоте 30 МГц, зависимости сопротивления  связи для кабелей, имеющих внешний  проводник из оплетки и медной ленты, приведены на рисунке 1.

Коэффициент укорочения определяется диэлектрической проницаемостью диэлектрика  и составляет 1,51 для кабелей со сплошным полиэтиленом и 1,23 – с пористым.

Рис. 3 - Зависимость от частоты сопротивления связи кабелей с внешними проводниками: 1 – из медной ленты; 2 – из оплетки

 

Для магистральных и  распределительных  кабелей значения затухания приведены в таблице 2, где указаны также значения температурного коэффициента затухания.

Следует отметить, что в  соответствии с вышеприведёнными формулами зависимость коэффициента затухания кабелей пропорционально . Это позволяет рассчитать затухание кабеля при нормировании его лишь на одной частоте. пусть известно, что на частоте f₁=200 МГц затухание отрезка кабеля a₁ = 50 дБ. Требуется найти его затухание на частоте f₂=100 МГц. В соответствии с (1) искомое значение =33,5 дБ. Температурная зависимость коэффициента затухания кабелей определяется (3). на рисунке 4 приведены зависимости коэффициента затухания магистрального кабеля длиной 1 км при разных температурах. На частоте 50 МГц изменение затухания этого кабеля составляет 3,2 дБ, а на частоте 200 МГц 7 дБ, т.е. разность изменений затухания в диапазоне температур –50…+50С равна 3,8 дБ.

Рис. 4. - Характеристики затухания магистрального кабеля  при разных температурах

 

5. Входной контроль кабельной  продукции

До начала монтажных  работ кабельная продукция должна быть подвергнута входному контролю. Кабели, не имеющие соответствующей документации, к входному контролю не допускаются. Кабели подвергаются внешнему осмотру и проверки на соответствии сопроводительной документации. У всех 100% кабелей при разработке, выпуске и эксплуатации должны быть измерены следующие параметры: конструктивные размеры; сопротивление проводников (на постоянном токе); сопротивление изоляции (на постоянном токе); электрическая емкость (на частоте 1 кГц); волновое сопротивление (на частоте 1 …200 МГц); коэффициент затухания (на рабочей частоте); сопротивление связи (на частоте 30 МГц); коэффициент укорочения длины волны; коэффициент отражения (в полосе рабочих частот).

Измерение параметров высокочастотных  кабелей рекомендуется проводить  на частотах 2, 10, 15, 30, 45, 60, 200, 600, 1000 МГц. при необходимости измерения  параметров выполняются в полосе частот, определенной технической документацией.

Нормы на параметры кабелей, используемых в СКТВ, крупных СКПТ, приведены в таблице 

 

Таблица 3 - Нормы на параметры  кабелей, используемых в СКТВ, крупных  СКПТ

Марка	Волновое	КСВН		Диапазон	Коэффициент	Срок охра
кабеля	сопротивление	пиковое значение, не более	фоновое значение, не более	Частот, ГГц	затухания, дБ/м	няемости, год
РК-75-17-13С	75±3,5	1,35	1,15	0,03…0,27	0,051	20
РК-75-11-11С	75±3,5	1,35	1,15	0,03…0,27	0,068	20
РК-75-9-12	75±5	1,35	1,15	0,03…0,27	0,12	8
РК-75-4-113	75±5	1,35	1,15	0,03…0,27	0,17	20
ТВК 75-11	75±3	1,35	1,2	0,05…0,27	0,14	20
ТВК 75-9	75±3	1,35	1,2	0,05…0,27	0,065	20
ТВК 75-7	75±3	1,35	1,2	0,05…0,27	0,12	20
ТВК 75-5	75±3	1,35	1,2	0,05…0,27	0,16	20

 

Примечание. В таблице  для кабелей типа ТВК – кабели телевизионные, предназначенные для  использования в магистральных (ТВК 75-11) , распределительных (ТВК 75-9) и абонентских (ТВК 75-4) линиях сетей КТВ приведены  данные рекламных проспектов ЗАО «Самарская кабельная компания». На ЗАО «СКК» освоена технология изготовления и производство данных конструкций для СКТВ и СКПТ. Применительно  к сетям КТВ все 100% кабелей до прокладки подвергаются испытания проводников (отсутствие их обрыва) и отсутствие сообщения проводников между собой.