Коаксиальный кабель, изобретенный в начале столетия для прокладки трансатлантической подводной телеграфной линии связи, был модифицирован в начале тридцатых годов для использования в области радио. В настоящее время ассортимент выпускаемого кабеля насчитывает сотни различных марок.
Рис. 1 Конструкция коаксиального кабеля
В любительской радиосвязи используется, как правило, кабель, обладающий волновым сопротивлением 50 Ом. Современный кабель средней жесткости состоит из центрального медного проводника, окруженного слоем диэлектрика, внешняя поверхность которого покрыта медной оплеткой (вторым проводником) и защитной оболочкой из пластика, защищающей кабель от воздействия окружающей среды. В большинстве типов кабеля в качестве диэлектрика используется полиэтилен, а в качестве внешней оболочки - поливинилхлорид (рис. 1). Кабель обладает обычно достаточной гибкостью, однако его перегибы под острыми углами (при радиусе кривизны изгиба менее 15-кратного радиуса кабеля) способны приводить, с течением времени, к усталостным изменениям центральной жилы, ее постепенному проникновению через слой диэлектрика и короткому замыканию с оплеткой. Не рекомендуется также свободное подвешивание больших участков кабеля, провисающего под собственным весом.
Хотя оболочка кабеля защищает его от воздействия влаги окружающей среды, на практике целостность оболочки не может быть проконтролирована с абсолютной надежностью. Мельчайшие повреждения поверхности приводят к капиллярному прониканию влаги внутрь кабеля и к потере его электрических характеристик. Поэтому радиолюбителям следует избегать прокладки кабеля как под водой, так и под землей, тогда как пребывание кабеля под дождем вполне допустимо. Наиболее слабым местом кабеля, подверженного воздействию влаги, являются его концы или точки соединения, в том числе разъемы. Капиллярное проникание влаги приводит к окислению и постепенному разрушению оплетки и центральной жилы. Для герметизации стыков кабеля используются как специальные герметики (например Coax Seal), так и обычный пластилин. Существуют также влагозащищенные (но не водостойкие) коаксиальные разъемы UG-21/U, которые могут быть использованы вместо популярных, но не защищенных от влаги разъемов PL-259 и SO-239.
Следует отметить, что паяные соединения отрезков кабеля обладают измененным волновым сопротивлением и являются источником отраженных волн. Поэтому разъемные соединения (PL-259 - PL-258 - PL-259) выглядят предпочтительнее (см. рис.2)
Рис. 2 Способсращивания кабеля
Для спецификации коаксиального кабеля используется система кодов и/или обозначений стандартов оборонной промышленности. Марки кабеля, удовлетворяющие требованиям американской военной промышленности (стандарт (MIL-C-17D), маркируются аббревиатурой "RG" (означающей Radio Guide, т. е. "волновод"), за которой указывается числовой код, и далее, возможно, символ "U" ("Utility" - для прикладных задач). Перечень наиболее известных типов кабеля приведен в таблицах 1 и 2, в том числе широко распространенный RG-8/U и более современный кабель RG-213/U, разработанный в соответствии с современными требованиями стандартов NATO (волновое сопротивление 50 Ом). Несколько большими потерями характеризуется семейство кабелей RG-58/U (волновое сопротивление 50 Ом или 53, 5 Ом), выпускаемых с различными типами оплетки и наружной оболочки. Наибольшими потерями вплоть до 1 ГГц характеризуется подсемейство модели RG-8/U, обладающее волновым сопротивлением 50 Ом ("Duobond", 9913, CQ 1001, CQ 1002). Для прокладки под землей может быть рекомендована марка кабеля "Bury-8", а для подключения к вращающимся элементам антенн - сверхгибкий кабель "Flexi-4XL".
Важным компонентом кабеля является материал его оболочки. Оболочка большинства моделей кабеля изготовлена из черного поливинил-хлорида, обеспечивает срок службы кабеля 5 лет и маркируется Class I. Более дорогой материал, также относящийся к ПВХ, обеспечивает долговечность не менее 10-15 лет, защиту от ультрафиолетового излучения и маркируется Class IIA. Маркировка оболочки Class IX означает высокую устойчивость к воздействию окружающей среды, химическую инертность и термостойкость до 200 градусов (материал оболочки - разновидность тефлона). В качестве диэлектрика в различных моделях кабеля используется пенополиэтилен (Foamed РЕ) или вспененный полиэтилен (Air РЕ), обеспечивающий улучшенную влагозащищенность.
Таблица 1. Коаксиальные кабели, выпускаемые отечественной промышленностью
Таблица 2. Коаксиальные кабели, выпускаемые за рубежом
Таблица 3. Параметры некоторых зарубежных коаксиальных кабелей,приведенные к частоте 27МГц.
Сопротивление коаксиального кабеля
Понятие «сопротивление коаксиального кабеля) имеет другое значение. Вы не сможете измерить его обычным омметром. Оно зависит от толщины внутреннего проводника и диаметра внешней оплетки. В основном используют два типа кабелей - имеющих сопротивление 50 и 75 Ом. Значение сопротивления обычно указано на внешнем изоляторе кабеля через определенное фиксированное расстояние. Так как индуктивность и емкость линии зависят от ее геометрических размеров, волновое сопротивление можно вычислить, используя эти величины. Аля этого необходимо снять с конца кабеля наружную защитную оболочку, завернуть оплетку и штангенциркулем или микрометром измерить диаметр внутренней полиэтиленовой изоляции. Затем, сняв изоляцию, нужно измерить диаметр центрального проводника. Точное значение волнового сопротивления коаксиального кабеля со сплошной полиэтиленовой изоляцией можно рассчитать по формуле
W=91lg(D/d),
где W-волновое сопротивление кабеля, Ом; D-диаметр внутренней полиэтиленовой изоляции, мм; d- диаметр центрального проводника кабеля, мм.
Волновое сопротивление коаксиального кабеля со сплошной полиэтиленовой изоляцией несложно определить с достаточной степенью точности по графику (рис. 3): если D/d =3,3...3,7, кабель имеет волновое сопротивление 50 Ом, если D/d = 6,5...6,9, волновое сопротивление составляет 75 Ом.
Рис 3. График определения волнового сопротивления кабеля по его геометрическим размерам
Коэффициент укорочения
Коэффициент укорочения - это коэффициент, показывающий насколько быстрее или медленнее радиоволна распространяется в различных средах и материалах, в том числе и в коаксиальном кабеле. Длина волны в кабеле обычно меньше длины волны такой же частоты, распространяющейся в воздухе. Разные типы кабеля имеют разные значения этого коэффициента. Давайте рассмотрим пример. Допустим мы хотим сделать отрезок кабеля, в котором бы умещалась половина длины волны (это означает что когда волна распространяется по кабелю, только половина ее цикла укладывается между концами кабеля)
Длина волны = 300 * (коэффициент укорочения / Частота в Мегагерцах)
Соответственно Половина длины волны = Длина волны / 2
Мы хотим рассчитать размер полуволнового кабеля типа RG-8/U со вспененной изоляцией для 40 канала сетки С (частота 27,405МГц).
Коэффициент укорочения для указанного кабеля равен 0,8
Получаем Полуволновой отрезок кабеля RG-8/U для частоты 27,405МГц равен 300 * (0,8 / 27,405) / 2 = 4,38 м.
Длина полуволнового отрезка кабеля RG-8 (коэффициент укорочения равен 0,66) для той же частоты будет другой - 300 * (0,66 / 27,405) / 2 = 3,61 м.
