Коаксиальные кабели
Ниже рассмотрены конструктивные элементы и характеристики кабелей итальянского производства. Основные параметры приведены в Таблице 2, конструкции показаны на Рисунке 3. Данные о коаксиальных кабелях других производителей опубликованы в статье автора в октябрьском номере «Журнала сетевых решений/LAN» за 2000 г.
Внутрейний проводник. Для изготовления внутренних проводников применяется медная и (намного реже) сталемедная проволока. Надо заметить, что применение медной проволоки в качестве внутреннего прородника увеличивает срок службы- и обеспечивает большую гибкость кабеля при прокладке и монтаже.
Необходимость применения твердой медной и сталемедной проволоки в качестве центрального проводника вызвано следующими причинами. В разъемах типа F, широко распространенных в коаксиальных системах, центральный штырь отсутствует, а вместо него обычно используется внутренний проводник коаксиального распределительного кабеля. Таким образом достигается значительная экономия в сетях.
Электрическая изоляция. У многих изделий она выполнена из физически вспененного полиэтилена высокой плотности (PEEG). Такой вспененный газом (а не химическим способом) диэлектрик содержит до 60% воздуха и до 4°% полиэтилена, что и обеспечивает рекордно низкое затухание кабелей. Применение изоляции с высоким содержанием воздуха имеет еще одно преимущество: температурный коэффициент изменения параметров оказывается существенно меньше.
Технология физического вспенивания гарантирует четкое разделение воздушных пор в диэлектрике, что препятствует распространению влаги вдоль изоляции и обеспечивает дополнительную стабильность параметров на весь срок службы. В кабелях CAVEL на изоляцию наносят тонкий слой полиизобутилена (технология Р1В), что препятствует проникновению влаги в диэлектрик. Сочетание вспененной газом изоляции и технологии PIB замедляет старение под воздействием основных внешних факторов — температуры и влажности.
Физически вспененный диэлектрик по прочности не уступает сплошному полиэтилену, ранее использовавшемуся для изоляции коаксиальных радиочастотных кабелей. В результате такие кабели весьма устойчивы к механическим нагрузкам, ударным повреждениям, многократным изгибам с минимальным радиусом, оставаясь при этом достаточно гибкими. При их деформации (кручении, изгибах, протягивании) частотная характеристика (параметр SRL — структурные возвратные потери) не меняется. Обратим внимание на еще одну особенность кабелей с физически вспененным диэлектриком: они значительно легче изделий со сплошной изоляцией — большая ценность для монтажников и эксплуатирующего персонала. Наиболее распространенная конструкция с физически вспененной изоляцией показана на Рисунке 3.1.
Компания Bieffe применяет технологию химического вспенивания диэлектрика. В то же время она использует специальное покрытие внутреннего проводника в целях предотвращения отслоения изоляции. С наружной стороны пористый диэлектрик также имеет специальный (черный) защитный слой, применение которого позволяет стабилизировать параметры кабеля. Как первый, так и второй технологические приемы, разработанные компанией Bicffc, запатентованы. Соответствующая конструкция представлена на Рисунке 3.2.
Внешний проводник. В большинстве кабелей применяются двухслойные внешние проводники: либо алюминиевая фольга и оплетка медной луженой проволокой, либо медная фольга и оплетка голой медной проволокой. Алюминиевая проволока, широко применяемая в американских и китайских кабелях, данными компаниями для изготовления оплетки не используется. В случае повышенных требований по экранировке в ряде конструкций применяется двойная оплетка. Фольга (как алюминиевая, так и медная) для прочности и гибкости ламинируется полимерной пленкой.
Описанное строение внешнего проводника, при его хорошей гибкости, позволяет достичь высоких показателей эффективности экранирования. Значения этого параметра, согласно фирменным каталогам, лежат в пределах от 75 до 90 дБ, в зависимости от плотности (коэффициента покрытия) оплетки. Для оплетки плотностью 30—55% характерна эффективность экранирования от 75 до 80 дБ; для достижения более высокого экранирования (от 85 до 90 дБ) плотность оплетки должна составлять 75-95%. Заметим, что оплетка медной проволокой прекрасно зарекомендовала себя в производстве, ее технология хорошо отработана и является необходимым техпроцессом большинства кабельных заводов. В то же время она обеспечивает высокую гибкость кабелей, а также возможность пайки при заделке заземлителей.
Защитная оболочка. В кабелях, как правило, используются пожаробезопасные пластикаты; в некоторых конструкциях применяются малодымные, не содержащие галогенов композиции. Последние почти не выделяют ядовитый дым, находясь в открытом пламени, поскольку в своем составе не содержат галогенов. Это обстоятельство чрезвычайно важно при укладке кабелей в закрытых помещениях, особенно с высокой плотностью заселения: больницах, отелях, школах, театрах, офисных зданиях, магазинах.
Для уменьшения проникновения влаги под оболочку магистральные кабели, прокладываемые в канализации, имеют между оплеткой и защитной оболочкой слой желейного заполнителя. При образовании трещин в защитной оболочке желе затекает в появившуюся щель и поли-меризуется на воздухе, чем достигается предохранение кабеля от проникновения влаги и стабильность его характеристик в течение всего срока службы.
Температурные условия эксплуатации кабелей с разными защитными оболочками следующие: с оболочкой из поливинилхлорида (PVC) - от -30°С до +80°С; с оболочкой из безгалогенной композиции с низким дымовыделением (LSZH) - от -25°С до +80°С; с оболочкой из свётостабилизированного сажей полиэтилена — от -40°С до +8°С.
Влияние условий эксплуатации.
По условиям применения коаксиальные кабели разделяются на подвесные (воздушные), подземные и для внутренней укладки в помещениях. Подвесные часто содержат стальной трос, заделанный в оболочку во время изготовления на производстве. Подземные кабели должны обладать высокой влагоне-проницаемостью, как продольной, так и поперечной. Для достижения этого свойства применяют ряд приемов, состоящих в следующем. Обе поверхности изоляции (внутреннюю и внешнюю) покрывают слоем полимера, герметизирующим диэлектрик с двух сторон и не позволяющим влаге проникать в изоляцию. Часто пористый диэлектрик «приклеивается» к центральному проводнику с помощью слоя сплошного полиэтилена. В свою очередь, фольгированная пленка, входящая в состав экрана, также приклеивается к тому же диэлектрику, но с наружной стороны.
Для предотвращения распространения влаги вдоль изоляции применяются специальные технологические приемы для разделения (несмыкания) пор в диэлектрике. Весь комплекс мер не позволяет влаге проникать в радиочастотный тракт (внутренний проводник — электрическая изоляция — внешний проводник) кабеля и способствует сохранению стабильности его параметров при любых внешних условиях в течение многих лет.
Электрические параметры. Затухание сигнала при распространении напрямую зависит от чистоты и стабильности исходных полимеров для изготовления изоляции, а также качества проводниковых материалов, используемых при изготовлении кабелей. Этому вопросу в коаксиальных кабелях итальянского производства уделяется большое внимание. Вследствие высокой степени наполнения изоляции газом коэффициент затухания таких кабелей ниже, чем у других конструкций.
Еще недавно коэффициент затухания кабелей для широкополосных распределительных систем задавался в полосе до 2150 МГц. В новейших каталогах итальянских предприятий приводятся значения этого параметра на частотах до 2500 МГц — это свидетельствует о значительном росте частотного диапазона как эксплуатации, так и нормирования их характеристик. Основные параметры кабелей представлены в Таблице 2.
Волновое сопротивление выпускаемых в Италии коаксиальных кабелей находится в пределах 75-3 Ом (для тонких конструкций) и 75±2 Ом (для более толстых). Эффективность экранирования для аналоговых систем — от 75 до 80 дБ; для цифровых спутниковых систем (DIGITAL SAT) — от 85 до 90 дБ. Относительная скорость распространения сигнала в кабеле, в зависимости от конструкции изоляции, составляет 80— 85% от скорости света.
При передаче по коаксиальному кабелю цифровых сигналов высокое экранное затухание обеспечивает защищенность от внешних помех. Особую роль эта характеристика играет при использовании сложной амплитудно-импульсной модуляции высоких порядков. По этой причине достигнутые ранее уровни экранировки (для аналоговых сигналов — до 75 ДБ, для цифровых — до 90 дБ) перестают удовлетворять современным требованиям к спутниковым системам передачи информации.
В последнее время разработана новая серия кабелей марки CAVEL, с особо надежной экранировкой — у некоторых изделий она составляет более 110 дБ. Общий вид такого кабеля показан на Рисунке 3.3. Изменения в конструкции внешнего проводника состоят в следующем. Теперь экран стал трехслойным (фольга — оплетка — фольга), а внешний слой фольги в области перекрытия («нахлеста») закорочен путем отгибания наружу внутреннего края фольгированной пленки. Таким способом достигаются электрическая герметичность внешнего экранного слоя и затухание экранирования, превышающее на большей части частотного диапазона 5—2150 МГц величину 100-110 дБ. LAN
Список литературы
Журнал LAN №8 2005