Коаксиальные кабели

Концепция

Коаксиальный кабель – самое распространенное средство передачи видеосигналов, а иногда видео и PTZ‑данных вместе. Такую передачу называют несимметричной передачей, исходя из концепции коаксиального кабеля.

Поперечное сечение коаксиального кабеля показано на рис. 10.1. Кабель имеет симметричное и соосное строение. Видеосигнал проходит через центральную жилу, в то время как экран используется для уравнивания нулевого потенциала концевых устройств – телекамеры и видеомонитора, например. И не только для этого, экран также защищает центральную жилу от внешних нежелательных электромагнитных помех (ЭМП).

Рис. 10.1. Разнообразные оптоволоконные кабели

Идея соосного строения кабеля состоит в том, что все нежелательные ЭМП индуцируются только в экране. Если он должным образом заземлен, то наведенный шум разряжается через заземления телекамеры и монитора. С точки зрения электричества коаксиальный кабель замыкает контур между источником и приемником, где центральная жила кабеля является сигнальным проводом, а экран – заземляющим. Поэтому передачу по коаксиальному кабелю и называют несимметричной передачей.

Рис. 10.2. Поперечное сечение коаксиального кабеля

Шум и электромагнитные помехи

То, насколько хорошо экран коаксиального кабеля защищает центральную жилу от шума и ЭМП, зависит от процента экранирования. Как правило, производители указывают в спецификациях цифры от 90 до 99 %. Но имейте в виду, что даже если обещано 100 % экранирование, невозможно получить защиту от внешних наводок на все 100 %. Проникновение ЭМП внутрь коаксиального кабеля зависит от используемой частоты.

Теоретически, успешно подавляются только частоты выше 50 кГц – главным образом, из‑за ослабления скин‑эффекта. Все частоты ниже этой индуцируют электроток, в меньшей или большей степени.

Насколько силен электроток – зависит от силы магнитного поля. Понятно, что нас, прежде всего, интересует излучение промышленной частоты (50 или 60 Гц), окружающее почти все искусственные объекты.

Вот почему возникают проблемы, если коаксиальный кабель проведен параллельно электросети. Величина наведенного электромагнитного напряжения в центральной жиле зависит, во‑первых, от электротока, текущего через электрический кабель сети, что, в свою очередь, зависит от расхода тока на данной линии.

Во‑вторых, она зависит от того, насколько далеко коаксиальный кабель пролегает от силового кабеля. И, наконец, она зависит от того, на какой протяженности эти кабели пролегают вместе. Иногда соседство на протяжении 100 м не оказывает никакого влияния, но если по силовому кабелю течет сильный ток, то даже 50 м могут сказаться на качестве сигнала. При монтаже постарайтесь (всегда, когда это возможно) сделать так, чтобы силовые и коаксиальные кабели не проходили очень близко друг к другу. Для ощутимого уменьшения ЭМП необходимо, чтобы расстояние между ними составляло хотя бы 30 см.

На экране монитора наводки (нежелательные) электросети имеют вид нескольких жирных горизонтальных полос, медленно сползающих вверх или вниз. Частота сползания определяется разницей между частотой полей видеосигнала и промышленной частотой и может составлять от 0 до 1 Гц. В результате на экране появляются неподвижные или очень медленно перемещающиеся полосы.

Другие частоты проявляются в виде различных – в зависимости от источника – картин распределения шумов. Главное правило заключается в том, что, чем выше частота наведенного нежелательного сигнала, тем тоньше детали шумовой картины. Повторно‑кратковременные наводки, вроде молнии или проезжающего автомобиля, будут давать нерегулярную картину шумов.

Характеристический импеданс (полное сопротивление)

Короткие провода и кабели, используемые в обычных электронных блоках оборудования, имеют незначительные сопротивление, индуктивность и емкость и не влияют на распределение сигнала. Однако если сигнал должен быть передан на довольно большое расстояние, в сложную картину передачи информации включается множество разных факторов. Особенно подвержены влиянию высокочастотные сигналы.

Тогда сопротивление, индуктивность и емкость начинают играть значительную роль и ощутимо влияют на передачу сигнала.

С точки зрения электромагнитной теории такое простое средство как коаксиальный кабель можно представить в виде схемы, состоящей из сопротивлений (R), индуктивностей (L), конденсаторов (С) и проводников (G) на единицу длины (как показано на рис. 10.3).

Рис. 10.3.1. Передача видеосигнала по коаксиальному кабелю

Рис. 10.3.2. Теоретическое представление коаксиального кабеля

При использовании короткого кабеля эта схема оказывает незначительное влияние на сигнал, но если кабель более длинный, ее влияние становится заметным. В последнем случае совокупность элементов R, L и С становится столь существенной, что действует как грубый фильтр нижних частот, который, в свою очередь, воздействует на амплитуду и фазу различных компонентов видеосигнала. Чем выше частоты сигнала, тем больше на них влияют неидеальные свойства кабеля.

Каждый кабель имеет однородное строение и собственный характеристический импеданс (полное сопротивление), который определяется элементами R, L, С и G на единицу длины.

Главное преимущество несимметричной передачи видеосигнала (о чем будет сказано несколько позже) основано на том, что характеристический импеданс передающей среды не зависит от частоты (это относится, главным образом, к средним и высоким частотам), в то время как сдвиг фазы пропорционален частоте.

Амплитудные и фазовые характеристики коаксиального кабеля на низких частотах в большой степени зависят от самой частоты, но так как в подобных случаях длина кабеля достаточно мала по сравнению с длиной волны сигнала, то влияние на передачу сигнала оказывается незначительным.

Когда характеристический импеданс коаксиального кабеля соответствует выходному импедансу источника видеосигнала и входному импедансу приемного устройства, происходит максимальная передача энергии между источником и приемником.

Для высокочастотных сигналов, каким является видеосигнал, согласование полного сопротивления имеет первостепенную важность. Когда импеданс не согласован, видеосигнал целиком или частично отражается назад к источнику, воздействуя не только на выходной каскад, но и на качество изображения. Отражение 100 % сигнала происходит, когда конец кабеля либо замкнут накоротко, либо оставлен открытым (незамкнут). Вся (100 %) энергия сигнала (напряжение х ток) передается только тогда, когда есть согласование между источником, средствами передачи и приемником. Вот почему мы настаиваем на том, чтобы последний элемент в цепи видеосигналов всегда заканчивался 75 Ом.

В видеонаблюдении принят характеристический импеданс 75 Ом для всего оборудования, передающего или принимающего видеосигналы. Поэтому нужно использовать коаксиальный кабель с полным сопротивлением 75 Ом. Но производители выпускают и другое оборудование, например 50 Ом (которое в отдельных случаях используется для вещательного или ВЧ‑оборудования), но тогда между такими источниками и 75‑омными приемниками должны использоваться преобразователи импеданса (пассивные или активные).

Рис. 10.4. Оплеточная машина для коаксиального кабеля

Согласование импеданса также необходимо при использовании передатчиков и приемников с кабелем витой пары, о чем мы поговорим ниже.

75 Ом коаксиального кабеля – это комплексное сопротивление, определяемое отношением напряжения/тока в каждой точке кабеля. Это не активное сопротивление, и поэтому его нельзя измерить обычным мультиметром.

Чтобы вычислить характеристический импеданс, мы воспользуемся электромагнитной теорией и представим кабель эквивалентной схемой, состоящей из элементов R, L, С и G на единицу длины.

Полное сопротивление этой схемы:

Zс = SQRT((R + jωL)/(G + jωC)) (48)

где, как уже объяснялось, R – сопротивление, L – индуктивность, G – проводимость и С – емкость между центральной жилой и экраном на единицу длины. Символ j – это мнимая единица (квадратный корень из ‑1), которая используется для представления комплексного сопротивления, ω = 2πf , где – f частота.

Если коаксиальный кабель имеет достаточно короткую длину (меньше двухсот метров), то R и G можно пренебречь, и в результате мы получим упрощенную формулу для полного сопротивления коаксиального кабеля:

Zc = SQRT(L/C) (49)

Эта формула означает, что характеристический импеданс не зависит от длины кабеля и частоты, но зависит от емкости и индуктивности на единицу длины. Однако, это не так, если длина кабеля (например, RG‑59/U) превышает двести метров. В этом случае сопротивление и емкость имеют значение и оказывают влияние на видеосигнал. Ну а для достаточно коротких кабелей вышеприведенная аппроксимация вполне подходит.

Ограничения кабеля являются, главным образом, результатом накопленного сопротивления и емкости, которые настолько высоки, что упомянутое приближение (49) перестает работать, и сигнал получает значительные искажения. Это происходит, в основном, в форме падения напряжения, высокочастотной потери и групповой задержки.

В видеонаблюдении чаще всего используется коаксиальный кабель RG‑59/U, который может успешно и без корректоров передавать ч/б сигналы на расстояние до 300 м и цветные – на расстояние до 200 м.

Еще один популярный кабель – это RG‑11/U, более толстый и дорогой. Максимальная рекомендованная длина для него – до 600 м для ч/б сигнала и 400 м для цветного сигнала. Существуют также более тонкие коаксиальные кабели с импедансом 75 Ом и диаметром всего 2.5 мм и даже плоские коаксиальные кабели. Они очень удобны для перегруженных участков передачи множества видеосигналов, например, многовходовых матричных коммутаторов. Максимальная длина такого кабеля намного меньше, чем у толстых кабелей, но ее вполне достаточно для соединений и перемычек. Обратите внимание, что эти цифры могут варьироваться у разных производителей и в зависимости от ожидаемого качества сигнала.

Рис. 10.5. Сравнение физических размеров коаксиальных кабелей

За различие между максимальной длиной кабеля для передачи ч/б и цветного сигнала отвечает цветовая поднесущая 4.43 МГц для системы PAL или 3.58 для системы NTSC. Поскольку длинный коаксиальный кабель действует как фильтр нижних частот, то влияние на цветовую информацию будет сказываться быстрее, чем на нижние частоты, так что потеря цветовой информации будет предшествовать потере деталей в нижних частотах.

Если требуется большая длина, то можно использовать дополнительные устройства для выравнивания и усиления видеоспектра. Такие устройства называют усилителями, выравнивателями или корректорами кабеля. В зависимости от качества усилителя (и кабеля) можно увеличить протяженность кабеля в два или даже три раза.

Лучше всего подключать усилители в середине кабеля, где соотношение с/ш наиболее приемлемо, но часто это невозможно или неудобно из‑за трудностей с электропитанием и хранением. Так, большинство усилителей в видеонаблюдении предназначено для подключения со стороны телекамеры, и в этом случае мы фактически получаем предкоррекцию и предусиление видеосигнала. Однако существуют и такие устройства, которые подключаются со стороны монитора и дают выход 1 Vpp (полный размах видеосигнала) с последующей коррекцией полосы частот видеосигнала.

Рис. 10.6. Миниатюрный коаксиальный кабель сэкономит пространство и???

Из вышеупомянутого теоретического объяснения импеданса понятно, что однородность кабеля по длине имеет большое значение для соответствия требованиям характеристического импеданса. Качество кабеля зависит от точности и однородности центральной жилы, диэлектрика и экрана.

Эти факторы определяют значения С и L на единицу длины кабеля. Вот почему надо уделить особое внимание прокладке кабеля и его концевой заделке. Петли и изгибы нарушают однородность кабеля и, следовательно, влияют на его импеданс. Это приводит к высокочастотным потерям, то есть потере мелких деталей изображения, а также удвоению изображения из‑за отражений сигнала. Так, если короткий качественный кабель проложен ненадлежащим образом, с острыми изгибами, качество изображения будет очень далеко от идеального.

Качество изображения будет лучше, если изгиб петли будет в 10 раз больше диаметра коаксиального кабеля. Это равносильно высказыванию: «радиус петли должен быть не меньше 5 диаметров или 10 радиусов кабеля». Это означает, что кабель RG‑59/U не должен быть согнут в петлю диаметром меньшее 6 см (2.5"), a RG‑11/U не должен быть согнут в петлю диаметром меньше 10 см (4").

Медь – один из лучших проводников для коаксиального кабеля. Только золото и серебро обладают более высокими эксплуатационными показателями (сопротивление, коррозия), но для производства кабеля они слишком дороги. Многие полагают, что лучшие кабели получаются из покрытой медью стали, но это не так.

Покрытая медью сталь просто дешевле и, возможно, жестче, но для длинных кабелей в видеонаблюдении лучше использовать медь. Омедненные стальные коаксиальные кабели приемлемы для коллективной антенны, где передаваемые сигналы ВЧ‑модулированы (VHF или UHF, MB или УВЧ). А именно, на более высоких частотах так называемый скин‑эффект (поверхностный эффект) проявляется сильнее: фактический сигнал перетекает на медную поверхность проводника (не экрана, а центрального проводника). Видеосигналы находятся в основной полосе частоты, и поэтому омедненный стальной коаксиальный кабель может подходить для ВЧ‑сигналов, но не для видеонаблюдения. Так что всегда используйте медный коаксиальный кабель.

Рис. 10.7. Минимальный радиус изгиба петли

BNC‑разъемы

В видеонаблюдении широко используется концевая заделка коаксиального кабеля, которая называется BNC‑разъемом (по первым буквам фамилий создателей Bayonet‑Neil‑Concelman ). Существует три типа BNC‑разъемов: с резьбой, запаиваемые и с обжимкой.

Опыт доказывает, что обжимные BNC‑разъемы – самые надежные. Для них требуются специальные и дорогие обжимные инструменты, но траты на них себя оправдывают. Больше 50 % проблем, возникающих при установке систем, являются результатом плохой или неправильной заделки кабеля.

Монтажник не должен знать или понимать досконально все оборудование, используемое в системе (это обязанность проектировщика или поставщика), но если он квалифицировано проложит и заделает кабели, то почти наверняка система будет работать отлично.

Рынок предлагает различные BNC‑изделия. Самые распространенные из них – штекерные (штыревые контакт‑соединения, «папы»). Существуют также гнездовые контакт‑соединения («мамы»), угловые адаптеры, адаптеры BNC‑BNC (их часто называют «barrels »), 75‑омные концевые заделки (или «фиктивные нагрузки»), адаптеры BNC к другим типам соединений и т. д.

Разрыв кабеля посередине и заделка образовавшихся концов приведет к некоторой потере сигнала, особенно, если концы заделаны плохо или использованы некачественные BNC‑разъемы. Хорошая заделка дает потерю сигнала всего в 0.3–0.5 дБ. Если на одном кабеле не слишком много заделок, то сигнал пострадает незначительно.

Рис. 10.8. BNC‑разъем

Существуют посеребренные и даже позолоченные BNC‑разъемы, предназначенные для минимизации контактного сопротивления и защиты разъема от окисления, что особенно важно в прибрежных районах (из‑за воздействия соленой воды и влажного воздуха) и промышленных зонах.

Хороший комплект для установки BNC‑разъемов должен включать позолоченный или посеребренный наконечник для разрезания кабеля, оболочку (основу) соединителя (BNC shell body ), кольцо для обжимания экрана и резиновую трубку‑протектор (ее иногда называют «strain relief boot ») для защиты конца разъема от острых изгибов и окисления.

Рис. 10.9. Обжимные BNC‑элементы (входные и выходные)

Рис. 10.10. Различные BNC‑разъемы и адаптеры

Коаксиальные кабели и концевая заделка BNC

Никогда не заделывайте коаксиальный кабель электрическими резаками или плоскогубцами. Зачищать коаксиальный кабель электрическим резаком очень опасно. Во‑первых, мелкие частицы меди опадают вокруг центральной жилы, что может стать причиной короткого замыкания. Но даже если короткого замыкания не произойдет, меняется импеданс. Во‑вторых, использование обычных плоскогубцев для подсоединения BNC к коаксиальному кабелю никогда не дает надежного результата. В целом, это очень опасные инструменты для заделки обжимных BNC‑разъемов, и их можно использовать лишь в крайнем случае, когда не доступны никакие иные инструменты (при этом следует быть предельно осторожным).

Если вам по роду работы постоянно приходится заделывать коаксиальные кабели, приобретите хороший набор специальных инструментов. Это: специальные кусачки (резаки), инструменты для зачистки провода и для обжимки.

Рис. 10.11. Примеры плохого присоединения BNC‑разъемов

Инструменты для зачистки и обжимки должны соответствовать диаметру кабеля. Если вы используете кабель RG‑59/U (диаметром 6.15 мм), то не путайте

его с RG‑58/U (диаметром 5 мм), хотя они и выглядят почти одинаково. У этих кабелей разный импеданс: у RG‑59/U – 75 Ом, а у RG‑58/U – 50 Ом. Кроме того, у RG‑59/U несколько толще и центральная жила, и экран. BNC‑разъемы для RG‑58/U внешне выглядят так же, но внутри они тоньше.

Лучше всего еще до начала установки, пожертвовав одним разъемом, потренироваться в заделке кабеля. Иногда небольшое различие в размерах кабеля, даже если это RG‑59/U, может обернуться массой проблем при подсоединении разъемов.

Технически лучше использовать коаксиальный кабель с твердой внутренней жилой – и с точки зрения импеданса (кабель более жесткий и сохраняет «прямоту»), и с точки зрения заделки. А именно, заделывать такой кабель проще, чем кабель с витой жилой, который слишком гибок. Некоторые предпочитают витой коаксиальный кабель (stranded ), главным образом, из‑за его гибкости. Но, работая с таким кабелем, необходимо соблюдать осторожность при заделке, поскольку может легко возникнуть короткое замыкание между центральной жилой и экраном.

Если под рукой нет других инструментов, лучше взять спаиваемые BNC‑разъемы и заделывать их, соответственно, при помощи пайки. Помните о температуре пайки железа, а также о качестве пайки, так как можно легко повредить изоляцию и изменить полное сопротивление. В этом случае лучше использовать многожильный коаксиальный кабель.

Если в вашем распоряжении есть различные обжимные разъемы, выбирайте те, которые прослужат дольше, то есть более прочные и стойкие к коррозии, например, посеребренные или позолоченные BNC‑разъемы. Рекомендуем также использовать «резиновые трубки» (иногда их называют «предохранительными») для защиты внутренней части BNC от коррозии и минимизации напряжения на изгиб при соединении и разъединении.

В особых случаях, например, при установке купольных поворотных устройств, может понадобиться очень тонкий и гибкий коаксиальный кабель в 75 Ом, (поскольку телекамера постоянно поворачивается и наклоняется). Производители кабеля предлагают такой кабель, но не забывайте, что для него потребуются специальные BNC‑разъемы и инструменты.

Даже если такой кабель имеет в диаметре всего 2.5 мм (как, например, кабель RG‑179 B/U), его полное сопротивление тоже будет равно 75 Ом, что достигается при помощи специального диэлектрика и толщины центральной жилы. Затухание такого кабеля высоко, но для коротких расстояний это несущественно.

Если требуется проложить длинный кабель, необходимы другие кабели 75 Ом, например, RG‑11B/U с общим диаметром более 9 мм. Само собой разумеется, для RG‑11 также нужны специальные инструменты и BNC‑разъемы. Некоторые техники используют специальные механизмы для зачистки или маркировки коаксиального кабеля. Это довольно дорогие механизмы и их трудно найти, но если вы постоянно занимаетесь установкой больших систем видеонаблюдения, то силы, время и деньги, потраченные на их поиск и приобретение, себя оправдают.

Рис. 10.12. Как правильно подсоединить BNC‑разъем (размеры зависят от инструмента, используемого для зачистки конца кабеля)

Рис. 10.13. Инструменты для заделки кабеля

В таблице 10.1 представлены типичные показатели затухания различных коаксиальных кабелей. Обратите внимание, что затухание показано в децибелах и относится к амплитуде напряжения видеосигнала.

Воспользовавшись таблицей, приведенной в разделе об отношении с/ш для телекамер, можно подсчитать, что 10 дБ эквивалентны ослаблению сигнала на 30 %, то есть 0.3 Vpp. В кабеле RG‑59 длиной 300 м сигнал ослабляется на 10 дБ. Такая низкая амплитуда сигнала может оказаться недостаточной для видеомонитора или видеомагнитофона. При таком затухании потребуется усилитель.

Методы установки

До установки нужно проверить, кабели какой длины предлагают поставщики. Обычно прилагаются катушки с кабелем длиной примерно 300 м (1000 футов), но также встречаются катушки и в 100 м, и в 500 м. Естественно, если это возможно, лучше прокладывать один неразрывный кабель. Если же по каким‑либо причинам требуется более длинный кабель, то его можно удлинить, заделав концы основного и добавляемого кабелей. Хотя обычно в подобном случае соединение выполняется при помощи адаптера BNC‑BNC («barrel »), но, чтобы уменьшить количество точек соединения, лучше использовать один штекер BNC и одно гнездо (то есть обжимные BNC «папу» и «маму»).

Еще до укладки кабеля следует изучить трассу на предмет потенциальных проблем вроде острых углов, забитых кабельных каналов и т. п. После определения жизнеспособного маршрута, следует распределить кабель таким образом, чтобы точки соединения и подключения усилителей находились в доступных местах.

Важно, чтобы в местах будущих соединений был оставлен достаточный запас кабеля. Обычно достаточно перехлеста кабелей в 1 м.

Если возможно, кабель следует укладывать в кабелепровод (conduit) соответствующего размера.

Производители предлагают кабелепроводы разной длины и диаметра, в зависимости от числа кабелей и их диаметров. Для внешней прокладки кабеля необходим специальный кабелепровод с усиленной защитой от действия ультрафиолета. В особых условиях, например, на железнодорожных станциях, используйте специальные металлические кабелепроводы. Они защищают кабель от повышенного электромагнитного излучения в момент прохождения электропоезда.

Те же меры предосторожности необходимо соблюдать и при прокладке коаксиального кабеля под землей. При этом особое внимание следует уделить предотвращению повреждений, вызванных чрезмерной нагрузкой в локальных точках. Такие нагрузки могут возникать в местах контакта кабеля с неоднородным материалом засыпки или неровностями траншеи. Повреждения по этой причине проявятся не сразу, но изображение будет страдать из‑за изменения полного сопротивления в точках деформации кабеля. Так или иначе, затраты на откапывание и ремонт кабеля очень велики, и лучше сразу постараться сделать все возможное для хорошей укладки.

Вы хорошо защитите кабель от повреждений, если уложите кабель на слой песка толщиной примерно 50‑150 мм и присыплете таким же слоем песка сверху. Особое внимание следует уделить выкапыванию траншеи, дно которой должно быть ровным, без выступов. При закапывании траншеи следите за тем, чтобы в засыпке не было камней, которые могут повредить кабель.

Рис. 10.16. Машина для автоматической заделки коаксиального кабеля

Рис. 10.17. Образец отличной организации кабеля

Глубина траншеи зависит от типа почвы и от ожидаемой нагрузки на поверхности. В твердой породе понадобится траншея глубиной всего в 300 мм, а если почва мягкая и траншея пересекает дорогу, то траншея должна иметь глубину 1 м. Траншея в обычных условиях должна иметь глубину 400–600 мм и песчаную подстилку толщиной 100–300 мм.

Размещение коаксиального кабеля в кабельном лотке (желобе) требует соблюдения все того же главного правила: минимального радиуса изгиба.

Как уже говорилось, минимальный радиус изгиба зависит от размера коаксиального кабеля, но общее правило гласит, что радиус петли должен быть не меньше 5 диаметров (или 10 радиусов) кабеля. Правило минимального изгиба должно соблюдаться даже тогда, когда используется кабельный лоток. Не следует стремиться к аккуратности и изгибать кабель, пытаясь уложить его рядом с силовыми и другими кабелями.

Помните, что изгиб кабеля, превышающий минимальный радиус, влияет на полное сопротивление и ведет к потере качества видеосигнала.

Рис. 10.18. Точная организация и маркировка кабелей требует немало времени и сил

Рис. 10.19. Устройство для автоматической маркировки кабеля

Протяжка коаксиальных кабелей выполняется с использованием стальных или пластмассовых «проводников» (направляющих). Все большую популярность приобретают предназначенные для этой цели средства из новых жестких пластмасс. Их называют «змеями».

Используемые обычно средства скрепления кабелей вполне приемлемы, но помните, что при этом нельзя прикладывать чрезмерную силу, чтобы не раздавить коаксиальный кабель и не изменить его полное сопротивление.

Если требуется использовать смазку, обратитесь за рекомендацией к производителю кабеля. Для уменьшения трения можно использовать также тальк или гранулы из полистирола (bean‑bag‑type polystyrene beans ).

В некоторых случаях кабель уже имеет концевые разъемы. При прокладке кабеля они должны быть хорошо защищены. Отверстия в таком случае должны быть больше.

Между конечными точками крепления кабеля лучше оставить небольшую слабину, а не класть кабель в натяг, в случае чего он будет плохо «реагировать» на колебания температуры и вибрацию.

Если во время установки кабель получил какие‑то повреждения, оставьте запас кабеля рядом с поврежденным участком, чтобы можно было вставить дополнительные BNC‑разъемы.

Динамический рефлектометр

Если предстоит прокладка сложной и длинной трассы коаксиального кабеля, то для обнаружения дефектных участков кабеля вам будет полезен динамический рефлектометр (time domain reflectometer , TDR).

Основной принцип работы рефлектометра состоит в том, что он генерирует короткие и сильные импульсы и измеряет отраженную энергию. Определяя время задержки между введенным и отраженным сигналами, можно довольно точно определить локализацию дефектной заделки кабеля и/или острых изгибов. Это особенно важно, если кабель проходит в недоступных местах.

Рис. 10.20. Динамический рефлектометр

Одна из главных составляющих комплекта установки GSM-репитера – это кабельная сборка. И в данном разрезе сложно переоценить правильность выбора высокочастотного кабеля, который будет оптимальным именно в вашем случае. Давайте же разберемся, какой лучше выбрать коаксиальный кабель и в чем различия между популярными типами данного материала.

Основные характеристики коаксиальных кабелей

Если говорить об обеспечении сигнала для усилителя сотовой связи, то важнейшим свойством кабеля является показатель затухания этого самого сигнала, а также волновое сопротивление. Специалисты рекомендуют использовать продукцию с волновым сопротивлением 50 Ом, иначе появляется риск ухудшения связи и даже поломка оборудования. Именно поэтому нельзя использовать кабели, предназначенные для спутникового телевидения, систем видеонаблюдения, например RG-6, RG-59, так как они обладают сопротивлением 75 Ом.

Обычно при монтаже репитеров применяется размерность от 10 до 30 метров. Все зависит от расстояния между приемной антенной, которая устанавливается на фасаде здания, крыше, вышке, и приемным оборудованием. Чем меньше длина проводника сигнала, тем выше его мощность и чистота. Впрочем, при высоком качестве материалов можно добиться должного эффекта даже при 100-метровом кабеле. Как указывалось выше, для таких задач нужна структура с минимальным показателем затухания. Если уровень затухания сигнала находится в пределах 3 дБм на каждый погонный метр, то качество передачи незначительно ухудшается. В случае возрастания величины до 5 дБм спад качества будет весьма ощутимым, а, начиная с 6 дБм, работать с кабелем становится невозможно.

Все коаксиальные кабели имеют примерно одинаковое строение:

центральная жила (медь, алюминий, их сочетание);
полимерная изоляция (сплошной/вспененный диэлектрик);
экран и металлическая оплетка;
внешняя оболочка, защищающая оплетку от контактна с окружающей средой.

Один из самых распространенных форматов, относится к тонким коаксиальным кабелям. В его основе – медная моно- (стандарт) либо витая жила, оплетка тоже выполнена из меди. Дополнительно используется экран из алюминиевой фольги. Кабель годится как для внутреннего, так и для внешнего использования в температурном режиме от -55 до +125°C. Недостатком такого выбора можно считать относительно высокий показатель затухания сигнала, отчего RG-58 рекомендуется использовать только в случае, когда длина фидера – 3-10 м.

Так называемый Thicknet или «толстый Ethernet». Его основные отличия от предыдущего варианта: больший диаметр центрального проводника (одинарная жила из омедненного алюминия) и общего поперечного сечения кабеля, меньший показатель гибкости, более высокая цена. Широко используется профессионалами при монтаже соединения между внешней антенной и усилителем связи длиной до 10 м, диапазон частот составляет 140-1900 МГц. Применяются специальные разъемы, предполагающие пайку. Подлежит использованию внутри и снаружи помещений.

В отличие от предыдущих моделей, RG-213 в качестве стандарта использует витую центральную жилу из меди (7xØ0,75 мм), что заметно повышает эластичность кабеля, предельно снижает радиус изгиба. Оплетка – луженая медь, предусмотрен экран из алюминиевой фольги. Изоляция RG-213 выполнена из вспененного полиэтилена, внешняя оболочка – из ПВХ. Температурный режим эксплуатации: от -20 до +75°C. Фактически это модернизированный RG-8, отвечающий американскому стандарту MIL-C-17D.

Кабель используется преимущественно для диапазонов 900, 1800, 2100, 2400 и 2600 МГц, имеет вдвое меньший показатель потерь на частоте 900 МГц в сравнении с RG-58. Состав 5D-FB: одинарная медная жила, изолированная вспененным диэлектриком, медный экран, алюминиевая фольга и устойчивая к ультрафиолету оболочка. Показатель затухания находится на уровне RG-213 (19,7 дБ на 100 м), хотя предыдущий кабель в 1,5 раз толще. Существует модификация CCA, предусматривающая центральную жилу и оплетку из омедненного алюминия. Хорошее соотношение цены и качества.

Один из наиболее современных видов коаксиального кабеля, разработанный с использование технологии PEEG – в качестве рабочего диэлектрика использован плотный полиэтиленовый компаунд HDPE. Причем состав изоляции включает до 60% азота и только 40% полимера, что гарантирует небывало низкий показатель затухания сигнала. 8D-FB используется там, где нужен длинный кабель. Кроме того, оболочка фидера прекрасно справляется с агрессивной средой и тяжелыми климатическими условиями. Кабель рекомендован к использованию в частотном диапазоне GSM-1800, 3G-2100, LTE-2500.

Данный кабель обладает еще меньшим коэффициентом погонного затухания сигнала, чем в случае предыдущего продукта, но имеет внешний диаметр 13 мм против 11 мм – у 8D-FB. Состав: центральная жила из чистой меди либо омедненного алюминия (меди – не менее 15%), оплетка – луженая медь с двусторонней алюминиевой фольгой на лавсановой основе (обеспечиваются высокие экранизирующие свойства), диэлектрик – вспененный полиэтилен, оболочка – ПВХ. Рабочий диапазон частот – до 6000 МГц.

Центральная жила – из чистой меди (Ø 1,4 мм), оплетка 90 дБ – из луженой (дополнена двусторонней алюминиевой фольгой). Продукт отличается высоким коэффициентом экранирования, оболочка имеет защиту от УФ-лучей. Внешний диаметр кабеля составляет 6 мм. Частотный диапазон: 30-6000 МГц.

Прямая замена кабелю RG-8, аналог RG-213. Сечение медной жилы – 2,7 мм, изолятор – вспененный диэлектрик, оплетка – луженая медь с двусторонней алюминиевой фольгой. За счет устойчивой к температурным перепадам и ультрафиолету оболочке CNT-400 успешно используется на открытом воздухе. Наружный диаметр – 10,3 м. Главные свойства: низкий коэффициент затухания (на 900 МГц – около 13 дБ/100 м) и стабильность фазового сдвига при изменении температуры, изгибе.

Функциональный аналог 5D-FB, имеющий моножильный центральный проводник из меди (Ø1,78 мм), оплетку из луженой меди, изоляцию из вспененного полиэтилена (с примесью азота). Стандартный вариант рассчитан на использование вне помещений, также есть модификации DB – водонепроницаемый, FR – пожаробезопасный. Разновидность LMR-300 PVC используют только в помещениях. Продукт отличается низкими потерями сигнала и хорошей гибкостью (радиус изгиба составляет 7,8 дюйма или 22 мм).

Является аналогом RG-58, имеет значительно меньшие потери, чем RG-8, и отличается хорошей гибкостью (диаметр изгиба – 1 дюйм или 25 мм). Помимо стандартного, пожаробезопасного и водонепроницаемого, есть супергибкий вариант UltraFlex с оболочкой из термопластичного эластомера. Центральный провод – сплошной, из омедненного алюминия, оплетка изготовлена из луженой меди. Общий диаметр – 10,3 мм.

Основное назначение коаксиального кабеля — передача сигнала в различных областях техники:

системы связи;
вещательные сети;
компьютерные сети;
антенно-фидерные системы;
АСУ и другие производственные и научно-исследовательские технические системы;
системы дистанционного управления, измерения и контроля;
системы сигнализации и автоматики;
системы объективного контроля и видеонаблюдения;
каналы связи различных радиоэлектронных устройств мобильных объектов (судов, летательных аппаратов и др.);
внутриблочные и межблочные связи в составе радиоэлектронной аппаратуры;
каналы связи в бытовой и любительской технике;
военная техника и другие области специального применения.

Устройство

Коаксиальный кабель (см. рисунок) состоит из:

A — оболочки (служит для изоляции и защиты от внешних воздействий) из светостабилизированного (то есть устойчивого к ультрафиолетовому излучению солнца) полиэтилена, поливинилхлорида, повива фторопластовой ленты или иного изоляционного материала;
B — внешнего проводника (экрана) в виде оплетки, фольги, покрытой слоем алюминия пленки и их комбинаций, а также гофрированной трубки, повива металлических лент и др. из меди, медного или алюминиевого сплава;
C — изоляции, выполненной в виде сплошного (полиэтилен, вспененный полиэтилен, сплошной фторопласт, фторопластовая лента и т. п.) или полувоздушного (кордельно-трубчатый повив, шайбы и др.) диэлектрического заполнения, обеспечивающей постоянство взаимного расположения (соосность) внутреннего и внешнего проводников;
D — внутреннего проводника в виде одиночного прямолинейного (как на рисунке) или свитого в спираль провода, многожильного провода, трубки, выполняемых из меди, медного сплава, алюминиевого сплава, омеднённой стали, омедненного алюминия, посеребренной меди и т. п.

Благодаря совпадению центров обоих проводников, а также определенному соотношению между диаметром центральной жилы и экрана, внутри кабеля в радиальном направлении образуется режим стоячей волны, позволяющий снизить потери электромагнитной энергии на излучение почти до нуля. В то же время экран обеспечивает защиту от внешних электромагнитных помех.

Существует несколько распространенных заблуждений насчет коаксиального кабеля.

Распространенное заблуждение, что все белые кабели — хорошие

Не все белые кабели — качественные, и не все качественные кабели — белые! В основе этого заблуждения лежит внешнее сходство дешевых кабелей с продукцией ведущих мировых производителей. Основными отличиями качественных кабелей от подделок являются физически вспененный диэлектрик с инжекцией газа и двойная фольга (фольга — полиэстер — фольга) в качестве сплошного экрана. Физически вспененный диэлектрик представляет собой структуру из изолированных ячеек, заполненных газом. Он не впитывает воду и более устойчив к механическому воздействию. Диэлектрическая проницаемость такого материала близка к идеальной и сохраняется на протяжении 15 лет и более, а следовательно, и потери в кабеле в результате старения близки к первоначальным.

Так как производители дешевых кабелей не могут позволить себе дорогостоящие технологии, они применяют химически вспененный диэлектрик. Он как губка впитывает влагу при поврежденной наружной оболочке и чувствителен к внешним механическим воздействиям. Кроме того, в результате старения в нем увеличиваются потери (рис.1). Также в дешевых кабелях не применяют двойную фольгу (а только одинарную) в качестве основного экрана, что уменьшает экранирующий эффект и делает кабель чувствительным к внешним помехам (радиоудлинители, SENAO и пр.). Поэтому такой кабель нельзя использовать в интерактивных сетях с обратным каналом. Если в сомнительных кабелях используется медная оплетка (паяющийся кабель), то в качественных кабелях используется оплетка из луженой меди. Сочетание "олово — алюминий" более предпочтительно в сравнении с "медь — алюминий". То есть при повреждении наружной оболочки кабеля или негерметичном разъеме влага попадает на внешний проводник, и в результате электрохимической реакции происходит разрушение алюминиевой фольги. Это приводит к существенному снижению экранирующих свойств кабеля.

эксплуатационные характеристики дешевых кабелей ухудшаются с течением времени;
экранирующие свойства таких кабелей ниже, чем у качественных кабелей мировых производителей;
хотя дешевые кабели имеют характеристики лучше, чем отечественный кабель РК75-4-11, их не следует применять в сетях, где предполагается использовать обратный канал. Область применения этих кабелей — неответственные кабельные разводки с высоким уровнем сигнала, если нет особых требований по экранировке.

Необоснованное преувеличение важности вторичной оплетки

Бытует мнение, что чем гуще оплетка, тем лучше кабель. Это не совсем так! Что до низких потерь в кабеле... Мол, чем гуще оплетка — тем меньше потерь! Действительно, затухание в коаксиальном кабеле складывается из потерь в проводниках, потерь в диэлектрике и потерь на излучение. Последний параметр рассматривается отдельно и характеризует эффективность экранирования.

Поэтому начнем по порядку:

Потери в проводниках зависят от частоты сигнала, вследствие уменьшения толщины скин-слоя и соответственного уменьшения проводимости. Использование в кабелях 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 физически вспененного (а не сплошного) полиэтилена позволяет снизить величину потерь в диэлектрике. Под физически вспененным диэлектриком мы понимаем вспенивание с инжекцией газа. При этом в диэлектрике создаются изолированные, заполненные инертным газом (азотом) микропоры. Именно такая структура и обеспечивает низкие потери в диэлектрике и гарантирует его стабильность на протяжении многих лет эксплуатации. Применение такого диэлектрика в кабелях CAVEL обеспечивает снижение параметров в результате старения всего на 5%, а в кабелях BELDEN — на 1%. В кабелях, где по причинам экономии такая технология не применяется, происходит снижение параметров на 50...70%. Отсюда правило: мы не такие богатые, чтобы покупать дешевые вещи!
Эффективность экранирования определяет относительный уровень мощности, излучаемой кабелем в эфир и, одновременно, степень защищенности кабеля от внешних помех. Коэффициент экранирования (выраженный в децибелах) определяется как отношение мощности сигнала внешней помехи к мощности, создаваемой этой помехой в кабеле.

Высокая степень экранирования в кабелях достигается за счет использования двухслойного комбинированного экрана — алюминиевой фольги и оплетки из витых проводников. В качестве первого экрана применяется лента из полистирола, ламинированная с двух сторон алюминием, а в качестве второго слоя используют оплетки из луженой меди — CuSn или алюминия AL (это что касается качественных кабелей). Так вот именно этот первый слой и выполняет основные экранирующие функции. Ко всему прочему, экранирующие свойства меди выше, чем у алюминия, поэтому, где достаточно 40% меди, надо 80% алюминия! Другими словами, одинаковые кабели, но с разной плотностью оплетки, например 40% и 80%, будут иметь одинаковое затухание.

Для дешевых же кабелей трехслойный (AL-пленка-AL) первый экран — это непозволительная роскошь. В лучшем случае применяется фольга с полиэфирной подложкой, а обычно алюминий, напыленный на подложку. Вот где густая оплетка просто необходима! Но, увы, "экономика должна быть экономной". Отсюда правило: бесплатный сыр только в мышеловке.

Что до повышенной прочности... Если кабели подвергаются растяжению в процессе прокладки или имеются длинные провесы (растяжение под действием собственного веса), то в таких случаях применяется центральная жила из стали, плакированной медью. И в таких кабелях именно стальная центральная жила служит упрочняющим элементом, а не оплетка, даже самая густая. Кстати, качество плакированного слоя — тоже весьма немаловажный вопрос, ведь мы помним о скин-эффекте!

И непосредственно об экранировке: основные экранирующие функции выполняет слой фольги (в качественных кабелях), а оплетка играет вторичную экранирующую функцию и больше предназначена для передачи тока, а также придания гибкости кабелю. То есть чем больше плотность оплетки, тем больший ток можно передать (например, при дистанционном питании усилителей). Влияние густоты оплетки на эффективность экранирования показано в таблице.

Из таблицы видно, что при увеличении плотности оплетки с 40% до 70% коэффициент экранирования возрастает всего на 5 дБ, при этом стоимость кабеля увеличивается. Отсюда правило: если нет разницы, зачем платить больше? Пожалуй, это единственное, где можно сэкономить на кабеле.

Коаксиальный кабель, выпускаемый перечисленными фирмами, разработан в соответствии с международным стандартом IEC 1196, принятым для радиочастотного кабеля, и имеет сертификат ISO 9001 и 9002, что служит подтверждением качества продукции.

Коаксиальные кабели являются важнейшим пассивным элементом в сетях кабельного телевидения. Их качество и надежность существенно влияют на срок службы кабельных разводок.

при покупке "белого кабеля" неплохо уточнить название производителя (указывается на кабеле), и если оно не является одним из тех, что приведены в списке, необходимо убедиться, имеет ли производитель соответствующие сертификаты качества;
вряд ли стоит экономить на покупке 30 м кабеля и покупать подделку, если можно приобрести качественный кабель раз и на всю жизнь;
не стоит переплачивать за густую оплетку, а если нужна повышенная экранировка, то для этого существуют специальные кабели, но это уже другая история...

Далее хотелось бы глубже коснуться ряда проблем и вопросов, с которыми сталкиваются потребители коаксиального кабеля. Среди многих вопросов, довольно часто возникают вопросы по оболочке коаксиального кабеля.

Какая оболочка лучше: полиэтилен или поливинилхлорид?

Очень часто данный вопрос рассматривается без учета специфичных условий эксплуатации коаксиального кабеля.

К данным условиям можно отнести следующие моменты:

Климатические условия эксплуатации
В эту группу входят параметры устойчивости коаксиального кабеля к неэлектрическим и немеханическим воздействиям внешней среды. Это устойчивость к воздействиям повышенной и пониженной температуры, влажности, солнечного излучения, агрессивных сред.
Механические условия эксплуатации
В эту группу входят параметры устойчивости коаксиального кабеля к механическим воздействиям. Это устойчивость к вибрации, линейным нагрузкам, перегибам, динамическому воздействию пыли.

Поливинилхлоридный пластикат наиболее широко применяется для оболочек импортного коаксиального радиочастотного кабеля. При нормальных и повышенных температурах поливинилхлоридный пластикат обеспечивает бoльшую гибкость кабеля и удобство монтажа соединителей, чем полиэтилен.

Он негорюч и может быть белым, что улучшает внешний вид кабеля.

Однако при повышенных температурах пластификатор, содержащийся в оболочке, может мигрировать в полиэтиленовый диэлектрик, значительно увеличивая в нем диэлектрические потери. Этот недостаток мировые производители кабельной продукции устраняют применением специального пластиката с немигрирующими пластификаторами.

В основе специального пластиката лежит использование качественного первичного поливинилхлорида, позволяющего реализовать все достоинства оболочки данного типа.

Производители дешевого кабеля не могут позволить себе использование дорогостоящих материалов.

Применяемый этими производителями пластикат из вторичного сырья по ряду параметров значительно уступает специальному поливинилхлориду. Это высокое влагопоглощение, невысокая стойкость к ультрафиолетовому облучению, низкая прочность и упругость. Все эти недостатки приводят к быстрому старению оболочки и потере ей своих защитных функций.

Как следствие данных процессов возникает нестабильность электрических параметров коаксиального кабеля, который зачастую начинает точно отслеживать погодные условия изменением своих электрических характеристик. Усталость и снижение механической прочности оболочки коаксиального кабеля наиболее ярко проявляется в ее поперечном обрыве при длинных вертикальных провесах без промежуточных креплений, что часто практикуется у нас.

В оболочке, выполненной из качественного поливинилхлоридного пластиката, подобные недостатки отсутствуют. Эксплуатационные параметры указываются в каталогах, но нельзя требовать от оболочки больше того, что в нее заложено производителем.

Создание экстремальных условий эксплуатации коаксиального кабеля ведет, как правило, к накоплению печального опыта, а не к стабильной работе.

Субмагистральный и распределительный коаксиальные кабели с оболочкой из поливинилхлоридного пластиката зарубежных производителей кабельной продукции используются в основном для прокладки в помещениях и климатических условиях, соответствующих температурному диапазону данной оболочки.

В коаксиальных радиочастотных кабелях, предназначенных для преимущественной эксплуатации при воздействии низких температур или при резкой смене температур, применение поливинилхлоридного пластиката нежелательно.

Полиэтилены различных марок наиболее широко применялись для оболочек отечественного коаксиального радиочастотного кабеля.

Фактически, в изготовлении оболочек используется не чистый полиэтилен, а композиции полиэтилена, представляющие смесь нескольких модификаций исходного полиэтилена с добавкой стабилизаторов. Стабилизаторы повышают стойкость полиэтилена к тепловому старению.

В оболочке коаксиального радиочастотного кабеля для внешней прокладки, как правило, используется полиэтилен высокой плотности (низкого давления), для подземной прокладки — полиэтилен низкой плотности (высокого давления).

Высокоплотный полиэтилен стоек к абразивному износу и обеспечивает более надежную защиту от механических воздействий.

Поскольку чистый полиэтилен достаточно быстро стареет на свету и в нем появляются микротрещины, для защиты оболочек от ультрафиолетового облучения применяются композиции светостабилизированного полиэтилена, содержащего не менее 2,5% мелкодисперсной сажи. Светостабилизированный полиэтилен имеет черный цвет. Процент содержания мелкодисперсной сажи в полиэтиленовых оболочках коаксиального радиочастотного кабеля мировых производителей кабельной продукции гораздо выше общепринятого стандарта, что позволяет данному коаксиальному кабелю стабильно работать в климате Африки.

Полиэтиленовая оболочка, в сравнении с поливинилхлоридным пластикатом, имеет более широкий диапазон рабочих температур, менее критична к резкому перепаду температур.

Влагопоглощение оболочки из полиэтилена, по сравнению с поливинилхлоридной оболочкой, меньше в 20 раз.

Механические и эксплутационно-технологические свойства полиэтилена и поливинилхлоридного пластиката представлены в небольшой таблице:

С массовым приходом на наш рынок импортного коаксиального кабеля с оболочкой из поливинилхлоридного пластиката полиэтиленовая оболочка оказалась незаслуженно забытой и отодвинутой на второй план. Решающую роль в этом сыграли невысокие электрические характеристики отечественного коаксиального радиочастотного кабеля. Косвенно эти недостатки повлияли и на репутацию полиэтиленовой оболочки, которая, несмотря ни на что, с честью выдержала самый главный экзамен — проверку временем.

Стабильность параметров отечественного кабеля, выпущенного 10-15 лет назад, обеспечивается качеством примененных в нем материалов и, в первую очередь, полиэтиленовой оболочки, которая обеспечила и обеспечивает защиту этих материалов от воздействий внешней среды, несмотря на прошедшие годы.

В свете вышеизложенного, полиэтиленовая оболочка коаксиального радиочастотного кабеля представляется наиболее предпочтительной для использования в климатических условиях России.

Заявления о том, что коаксиальный радиочастотный кабель с полиэтиленовой оболочкой трудно прокладывать, что на него невозможно установить соединители, имеют в основе своей определенные пробелы в знании технологических приемов и инструментов, используемых при монтажных работах с коаксиальным кабелем.

Пробелы эти легко устранимы, а результаты, полученные от применения полиэтиленовой оболочки, окупают затраты на устранение данных пробелов.

При низкой температуре окружающей среды коаксиальный кабель в полиэтиленовой оболочке выдерживается в помещении с комнатной температурой. Сам монтаж требует определенной подготовки, места установки, чтобы до минимума сократить время воздействия низкой температуры на коаксиальный кабель и монтажника. При монтаже соединителей на полиэтиленовую оболочку применяют инструмент, позволяющий уменьшить трудозатраты и значительно сократить время монтажа.

Ведущие мировые компании, производящие кабельную продукцию, тщательно отслеживают тенденции российского рынка. Сейчас в линейке продукции, поставляемой, каждой из них присутствует коаксиальный радиочастотный кабель различных стандартов с полиэтиленовой оболочкой.

Время показало, что полиэтиленовая оболочка коаксиального радиочастотного кабеля оказалась востребована нашим профессиональным рынком.

Известным Производителем, выпускающим кабель с данными характеристиками, является компания Helukabel.
Не содержащие галогенов коаксиальные кабели используются для передачи высокочастотных сигналов в различной электронной аппаратуре, особенно в трансмиттерах и ресиверах, компьютерах, в производственной и бытовой электронике, там, где необходимо избежать распространения пожара в результате возгорания. Различные механические, температурные и электрические характеристики коаксиальных кабелей позволяют использовать их для передачи сигналов вплоть до гигагерцового диапазона.

Технические характеристики кабеля представлены ниже по ссылкам.

Коаксиальный кабель представляет собой электрический кабель, состоящий из центрального медного провода и металлической оплетки (экрана), разделенных между собой слоем диэлектрика (внутренней изоляции) и помещенных в общую внешнюю оболочку (рис. 3).

Рис. 3. Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель до недавнего времени был очень популярен, что связано с его высокой помехозащищенностью (благодаря металлической оплетке), более широкими, чем в случае витой пары, полосами пропускания (свыше 1ГГц), а также большими допустимыми расстояниями передачи (до километра). К нему труднее механически подключиться для несанкционированного прослушивания сети, он дает также заметно меньше электромагнитных излучений вовне. Однако монтаж и ремонт коаксиального кабеля существенно сложнее, чем витой пары, а стоимость его выше (он дороже примерно в 1,5 – 3 раза). Сложнее и установка разъемов на концах кабеля. Сейчас его применяют реже, чем витую пару. Стандарт EIA/TIA-568 включает в себя только один тип коаксиального кабеля, применяемый в сети Ethernet.

Основное применение коаксиальный кабель находит в сетях с топологией ти-па шина. При этом на концах кабеля обязательно должны устанавливать-ся терминаторы для предотвращения внутренних отражений сигнала, причем один (и только один!) из терминаторов должен быть заземлен. Без заземления металлическая оплетка не защищает сеть от внешних электромагнитных помех и не снижает излучение передаваемой по сети информации во внешнюю среду. Но при заземлении оплетки в двух или более точках из строя может выйти не только сетевое оборудование, но и компьютеры, подключенные к сети.

Терминаторы должны быть обязательно согласованы с кабелем, необходимо, чтобы их сопротивление равнялось волновому сопротивлению кабеля. Например, если используется 50-омный кабель, для него подходят только 50-омные терминаторы.

Реже коаксиальные кабели применяются в сетях с топологией звезда (например, пассивная звезда в сети Arcnet). В этом случае проблема согласования существенно упрощается, так как внешних терминаторов на свободных концах не требуется.

Волновое сопротивление кабеля указывается в сопроводительной документации. Чаще всего в локальных сетях применяются 50-омные (RG-58, RG-11, RG-8) и 93-омные кабели (RG-62). Распространенные в телевизионной технике 75-омные кабели в локальных сетях используются редко. Марок коаксиального кабеля немного. Он не считается особо перспективным. Не случайно в сети FastEthernet не предусмотрено применение коаксиальных кабелей. Однако во многих случаях классическая шинная топология (а не пассивная звезда) очень удобна. Как уже отмечалось, она не требует применения дополнительных устройств – концентраторов.

Существует два основных типа коаксиального кабеля:

Тонкий (thin) кабель, имеющий диаметр около 0,5 см, более гибкий;

Толстый (thick) кабель, диаметром около 1 см, значительно более жесткий. Он представляет собой классический варианткоаксиального кабеля, который уже почти полностью вытеснен современным тонким кабелем.

Тонкий кабель используется для передачи на меньшие расстояния, чем толстый, поскольку сигнал в нем затухает сильнее. Зато с тонким кабелем гораздо удобнее работать: его можно оперативно проложить к каждому компьютеру, а толстый требует жесткой фиксации на стене помещения.

Подключение к тонкому кабелю (с помощью разъемов BNC байонетного типа) проще и не требует дополнительного оборудования. А для подключения к толстому кабелю надо использовать специальные довольно дорогие устройства, прокалывающие его оболочки и устанавливающие контакт как с центральной жилой, так и с экраном. Толстый кабельпримерно вдвое дороже, чем тонкий, поэтому тонкий кабель применяется гораздо чаще.

Как и в случае витых пар, важным параметром коаксиального кабеля является тип его внешней оболочки. Точно так же в данном случае применяются как non-plenum (PVC), так и plenum кабели. Естественно, тефлоновый кабель дороже поли-винилхлоридного. Обычно тип оболочки можно отличить по окраске (например, для PVC кабеля фирма Belden использует желтый цвет, а для тефлонового – оранжевый).

Типичные величины задержки распространения сигнала в коаксиальном кабеле составляют для тонкого кабеля около 5 нс/м, а для толстого – около 4,5 нс/м.

Существуют варианты коаксиального кабеля с двойным экраном (один экран расположен внутри другого и отделен от него дополнительным слоем изоляции). Такие кабели имеют лучшую помехозащищенность и защиту от прослушивания, но они немного дороже обычных.

В настоящее время считается, что коаксиальный кабель устарел, в большинстве случаев его вполне может заменить витая параили оптоволоконный кабель. И новые стандарты на кабельные системы уже не включают его в перечень типов кабелей.

Основные параметры коаксиального кабеля

Импеданс - основной показатель, определяющий возможность передачи энергии сигнала по кабелю между источником и приемником. Все элементы на пути сигнала, разъемы и сам кабель должны иметь один импеданс. Несоблюдение этого правила приводит к внутренним отражениям в кабеле, что может привести к появлению на изображении двойных контуров. Самой частой причиной появления отражений являются некачественные разъемы или их неправильная установка, а также применение разъемов и кабелей разного импеданса.
Стандартный импеданс видеокабелей составляет 75 Ом.

Затухание - показатель потерь энергии сигнала внутри кабеля. Каждый кабель имеет свои частотные свойства, поэтому ослабление на разных частотах тоже разное и чем частота выше, тем ослабление больше.

Сопротивление - показатель качества проводника, буквально показывающий, какая часть энергии сигнала превратится в тепло. Результат таких потерь - снижение уровня сигнала, а соответственно, динамической яркости изображения.
Сопротивление измеряется в омах (?), и именуется иначе как сопротивление постоянному току или активное сопротивление. Для кабелей сопротивление указывается как Ом на 100 метров (?/100m) или Ом на 1000 футов (?/1,000 feet) и может именоваться также как погонное сопротивление.
Сопротивление зависит от материала проводника, его размеров и температуры.
Лучшие кабели имеют сигнальные проводники из химически чистой меди или покрываются тонким слоем серебра.

Емкость. По конструкции любой коаксиальный кабель - вытянутый конденсатор. Емкость измеряется в фарадах (F), а емкость кабеля в пикофарадах на метр (pF/m) или в пикофарадах на фут (pF/ft).
Емкость кабеля влияет на высокочастотные составляющие видеосигнала, то есть на четкость и детализацию изображения. Емкость определяется качеством диэлектрика и конструкцией кабеля. Этот параметр особенно важен при передаче цифровых сигналов.

Применяемые для систем видеонаблюдения коаксильные кабели всех видов (кабели снижения, магистральный кабель, распределительный кабель, абонентский кабель) должны иметь волновое сопротивление 75 Ом.
Условные обозначения отечественных коаксиальных кабелей согласно ГОСТу 11326.0.78 имеет следующий вид:РК.W-d-mn-q.
Первые две буквы (РК) указывают тип кабеля-радиочастотный, коаксиальный.
Первое число W означает величину номинального волнового сопротивления (50, 75, 100, 150, 200 Ом).
Второе число d соответствует номинальному диаметру изоляции округленному до меньшего ближайшего целого числа для диаметров более 2 мм (за исключением диаметра 2,95 мм, который округляется до 3 мм и диаметра 3,7 мм, который не округляется).
В зависимости от диаметра по изоляции кабеля подразделяются на субминиатюрные (до 1 мм), миниатюрные (1,5-2,95 мм), среднегабаритные (3,7-11,5 мм) и крупногабаритные (более 11,5 мм). Номинальный диаметр по изоляции коаксиального кабеля должен быть равен одной из величин следующего ряда:
0,15; 0,3; 0,6; 0,87; 1; 1,5; 2,2; 2,95; 3,7; 4,6; 4,8; 5,6; 7,25; 9; 11,5; 13; 17,3; 24; 33; 44; 60; 75 мм.
Для соединений между аппаратурой применяются в основном кабели от 5,6 до 7,5мм, для магистральных соединений применяются кабели 9-13 мм. Обычно самый лучший 11,5 мм.
Число «m» обозначает группу изоляции и категорию теплостойкости кабеля:

1-кабели со сплошной изоляцией обычной теплостойкости;
2-кабели со сплошной изоляцией повышенной теплостойкости;
3-кабели с полувоздушной изоляцией обычной теплостойкости;
4-кабели с полувоздушной изоляцией повышенной теплостойкости;
5-кабели с воздушной изоляцией обычной теплостойкости;
6-кабели с воздушной изоляцией повышенной теплостойкости;
7-кабели высокой теплостойкости.

Число « n» указывает на порядковый номер разработки.
В отдельных случаях в условное обозначение вводится дополнительная буква (q) :

С - кабель повышенной однородности и фазовой стабильности;
Г - герметичный;
Б - имеет бронепокров;
ОП - имеет поверх оболочки вылетку стальных оцинкованных проволок.

Например: РК-75-4-11-С-это означает радиочастотный, коаксиальный с номинальным волновым сопротивлением 75 Ом, номинальным диаметром изоляции 4,6 мм, со сплошной изоляцией обычной теплостойкости, порядковый номер разработки 1, кабель повышенной однородности.

Маркировка и обозначения импортных кабелей устанавливается международными, национальными стандартами, а также собственными стандартами предприятий-изготовителей (наиболее распространённые серии марок RG, DG и др.)

При монтаже коаксиальных кабелей необходимо соблюдать минимальные радиусы изгиба (оговариваются в стандарте или ТУ на кабели разных марок).
Так, для кабеля РК-75-4-11 минимальный радиус изгиба при t> +5°C - 40 мм, а при t< +5°C - 70 мм.
Сгибать кабель под меньшим радиусом не рекомендуется. Следует также учитывать, что под действием собственного веса кабель вытягивается.
Это необходимо учитывать при прокладке кабеля (по вертикали) и между строениями. Его следует закреплять к стене (мачте) или вспомогательному тросу через каждые 1-2 м.

При хранении кабелей с воздушной и полувоздушной изоляцией их концы должны быть защищены от проникновения влаги внутрь кабеля, а при эксплуатации необходимо применять герметичные соединители.

Срастить два отрезка коаксиального кабеля можно разными способами включая пайку. Наиболее простой способ соединения пайкой с помощью проволочного бандажа показан на рис. 3-1. При этом часть изоляции кабеля не восстанавливается, что приводит к нарушению волнового сопротивления в месте пайки, кроме того, возрастают потери сигнала. Поэтому такой способ сращивания кабелей пригоден только на радиочастотах метровых волн (до 200…300 МГц). Однако его иногда приходится использовать при соединении синфазных антенн, сборке фильтров сложения и других устройств.

Рис. 3-1 Сращивание коаксиальных кабелей с помощью проволочного бандажа:
1, 2 - голый монтажный провод;
3 - пайка центральных проводников.

Наиболее распространенный способ сращивания отрезков кабеля пайкой - в стык (Рис. 3-2).

Рис. 3-2 . Соединение кабелей способом встык:
1 - разделка оплетки и пайка центральных проводников;
2 - восстановление изоляции;
3 - накладка проволочного бандажа на оплетку.

Разделка концов кабелей заключается в снятии с них защитной оболочки, экранирующей оплетки, изоляции и зачистке жил.
Для снятия защитной полиэтиленовой и поливинилхлоридной оболочки на кабеле делают продольный и кольцевой надрез специальным монтажным ножом.

На каждом из составляемых концов внешнюю оболочку разрезают на две части длиной по 80 мм, которые отгибают в противоположную от конца кабеля сторону и временно закрепляют. Медную оплетку на концах кабеля расплетают на 15 мм. Прядки оплетки отгибают в противоположную соединению сторону. Нерасплетенную часть оплетки сдвигают в ту же сторону. С каждого конца кабеля с центрального провода снимают изоляцию на 30 мм. Перед зачисткой многопроволочную центральную жилу расплетают и каждую проволоку токоведущих жил зачищают наждачной бумагой, сложенной вдовое.

Если центральный провод многопроволочный, внутренние проводники концов кабеля соединяют в навив. Если он однопроволочный и достаточно толстый (например, у кабеля марки РК-75-9-12 диаметр внутреннего проводника равен 1,37 мм), то оба конца центрального провода следует спилить до половины с помощью надфиля примерно на 10 мм, залудить, а при пайке наложить один на другой, чтобы не было выступающих частей.

Если центральные провода тонкие, их можно сложить внахлест на 10 мм (заходят друг за друга), а затем произвести пайку. Предварительно место пайки покрывают флюсом из раствора канифоли в спирте. Место пайки центральных проводов лучше всего поместить в ванночку с расплавленным припоем ПОС-60 на 10…15 с. Пайку с помощью кислоты использовать не следует.

Чтобы не изменить волновое сопротивление, необходимо восстановить на месте сращиваемого участка кабеля внутреннюю изоляцию (предварительно изготавливается из снятой с кабеля внутренней полиэтиленовой изоляции). В трубке делают продольный разрез и надевают на место пайки. Швы трубки и места соединения с изоляцией нагревают до растекания полиэтилена.

На следующем этапе сращивают оплетки кабелей. Для этого их снова сдвигают к концам кабелей. Концы оплеток для большей прочности можно обмотать несколькими витками луженой голой монтажной проволоки, а затем после обработки флюсом места соединения произвести пайку, как показано на рисунке.

В определенных случаях лучше наложить поверх соединенного участка с восстановленной изоляцией деталь из жести или медной фольги толщиной 0,1…0,2 мм, как показано на Рис.3-3.

На последнем этапе на оплетку накладывают отогнутые концы защитной оболочки. При необходимости их укорачивают.

Для защиты от проникновения влаги и придания прочности соединению по всей его длине целесообразно плотно обмотать изолентой ПХВ.

Рис. 3-3 . Вариант сращивания коаксильных кабелей.

В пособии к РД 78.145-93 указывается следующий способ сращиваняя коаксильного кабеля:

Снять с концов кабеля, предназначенных для соединения, верхнюю полиэтиленовую оболочку на длине не менее 30 мм от концов;
распустить металлическую оплетку, состоящую из тонких медных проволок на одном конце кабеля на 20 мм, на другом конце обрезать на такую же длину и из распущенных медных проволок оплетки скрутить 4 жгута и залудить;
- залудить оплетку второго конца кабеля по окружности на длине не менее 5 мм (во избежание расплавления полиэтиленовой изоляции центральной жилы, под оплетку, необходимо положить предохраняющую изоляцию из кабельной бумаги в 2 слоя);
- освободить центральную жилу кабеля от изоляции на длину не менее 15 мм;
- скрутить центральные жилы двух кабелей между собой и паять.
Длина оголенного слоя должна быть 15 мм;
- разрезать снятую изоляцию центральной жилы, наложить ее на спай центральных жил и, расправляя паяльником, заделать спай;
- припаять облуженные четыре жгута к облуженной оплетке второго кабеля симметрично со всех сторон;
- надеть на готовое соединение двух кабелей снятую разрезанную вдоль наружную изоляцию и оплавить ее с помощью паяльника с основной изоляцией кабеля.

При пайке центральной жилы нельзя допускать ее перегрева, т. к. при этом происходит смещение и нарушается однородность волнового сопротивления.
При монтаже кабелей и разделке оплеток последние нельзя разрезать: оплетку надо расплести, скрутить в одну или две косички и залудить.
Разделывая кабель, необходимо следить за тем, чтобы случайно не была подрезана центральная жила и чтобы не замкнуть на нее проволочную оплетку.

При такой заделке кабеля его однородность практически не нарушается. В противном случае, на экране видеоконтрольного устройства могут появиться повторы, вертикальные полосы и ухудшается помехозащищенность кабеля.

Если коаксиальный кабель проложен параллельно электросети, возникают проблемы. Величина ЭДС, наведенной в центральной жиле, зависит, во-первых, от тока, протекающего по сетевому кабелю, что, в свою очередь, зависит от тока потребления нагрузки по данной линии. Во-вторых, она зависит от того, насколько далеко коаксиальный кабель пролегает от силового кабеля. И, наконец, она зависит от того, на какой протяженности эти кабели пролегают вместе. Иногда соседство на протяжении 100 м не оказывает никакого влияния, но если по силовому кабелю течет большой ток, то даже 50 м могут сказаться на качестве видеосигнала. При монтаже постарайтесь (всегда, когда это возможно) сделать так, чтобы силовые и коаксиальные кабели не проходили очень близко друг к другу. Для ощутимого уменьшения электромагнитных помех необходимо, чтобы расстояние между ними составляло хотя бы 30 см.
На экране видеомонитора наводки электросети имеют вид нескольких жирных горизонтальных полос, медленно сползающих вверх или вниз. Скорость их перемещения определяется разницей между частотой полей видеосигнала и промышленной частотой, и может составлять от 0 до 1 Гц. В результате на экране появляются неподвижные или очень медленно перемещающиеся полосы. Другие частоты проявляются в виде различных шумовых картин - в зависимости от источника наводок. Главное правило заключается в том, что, чем выше частота наведенного нежелательного сигнала, тем тоньше детали шумовой картины. Периодические наводки, вроде молнии или проезжающего автомобиля, будут давать нерегулярную картину шумов.

Разрыв кабеля посередине и заделка образовавшихся концов приведет к некоторой потере сигнала, особенно, если концы заделаны плохо или использованы некачественные BNC-разъемы. Хорошая заделка дает потерю сигнала не более 0,3:0,5 дБ. Если в кабеле не слишком много подобных сращиваний, то потери сигнала незначительны.