Радиочастотные кабели

РАДИОЧАСТОТНЫЕ КАБЕЛИ

 

Радиочастотные кабели относятся к  направляющим системам для передачи ВЧ энергии в метровом и сантиметровом диапазоне f=10⁷–10¹⁰ Гц.

 

1.Классификация  радиочастотных кабелей

 

Радиочастотные кабели  классифицируются по следующим признакам:

1. по типу конструкций кабеля;
2. по конструктивному выполнению изоляции;
3. по диапазону рабочих температур;
4. по регулярности электрических характеристик (стабильности);

 

1. По конструкции радиочастотные кабели  делятся на 4 типа:

а) коаксиальные кабели;

б) двухпроводные (симметричные );

в) спиральные кабели;

г) излучающие кабели.

 

Коаксиальные  кабели (РК)

Служат для внутри– и межблочного  монтажа радиоэлектронных приборов, используются в антеннах, в различных радиоэлектронных устройствах и т.д.

Внутренний проводник (жила) выполняется одно– или многопроволочным, цельным или полым. В виде однородного или биметаллического проводника. Изоляция выполняется из неполярных диэлектриков, экран --из медных, медных луженных, посеребренных проволок, медных гофрированных трубок или лент. Оболочки выполняются из полимерных материалов.

Волновое сопротивление: Z_в= 50; 75; 100; 150; 200 Ом

 

 

 

 

 

 

Двухпроводные (симметричные) (РД)

РД применяют в радиоэлектронной аппаратуре с двумя каналами (входом и выходом), трансформаторах или делителях.

Конструктивно РД различаются:

– неэкранированные (рис. а);

– экранированные с общим экраном (рис.б);

– экранированные с двумя общими экранами (рис.б);

– индивидуальный экран для каждой жилы (рис.в).

РД имеют меньшую  помехозащищиенность от электромагнитных полей, поэтому работает в диапазоне частот f=10⁷–10⁹ Гц. Также РД отличается от РК внутренними электоромагнитными влияниями и, следовательно, методом расчета первичных и вторичных параметров.

 Кабели РД выпускаются со  следующим волновым сопротивлением:

Z_в= 75; 100; 150; 200; 250 Ом.

 

Спиральные кабели (РС)

РС отличаются от ранее рассмотренных  типов кабелей спиральной формой внутренних проводников. РС могут быть как  коаксиальными, так и симметричными. В практике чаще применяют коаксиальные (рис3).

На жгут цилиндрической формы из стекловолокна накладывается сердечник из полиэтилена или магнитодиэлектрика, затем  с постоянным или и изменяющимся шагом из медной эмалированной проволоки (d_пр=0,1¸0,4 мм) внутренний проводдник. Благодаря спиральной форме проводника, кабель обладает высоким значением индуктивности и повышенным значением волнового сопротивления.

Величина индуктивности  изменяется за счет изменения количества витков на длине одного метра кабеля.

Изоляция выполняется  сплошной из неполярных  диэлектриков, путем обмотки лентами или накладывается экструзией.

Внешний проводник может выполняться:

– в виде оплетки;

– в виде обмотки  голыми или изолированными проволоками

Волновое сопротивление Z_в=50; 75; 100; 150; 200; 250; 400; 1600; 3200 Ом.

 

 

Излучающие  кабели (РИ)

РИ предназначены для  передачи или приема информации, как  антенны. Отличаются от РК формой экрана, который имеет специальные отверстия «окна», прозрачные для электромагнитной энергии. «Окна» обеспечивают дозированный переход электромагнитной энергии из кабеля (режим излучения) или в кабель (режим приёма) (рис.4).

В настоящее время системы  на базе излучающего кабеля получили наиболее широкое распространение  в качестве решения по организации подвижной радиосвязи на шахтах и рудниках добывающих предприятий по всему миру.

Область применения излучающих кабелей:  
– радиосвязь в метро, тоннелях и шахтах,  
– радиосвязь в подземных гаражах и офисах,  
– системы охраны объектов с большим периметром.

Конструкции излучающих кабелей группируются в два различных класса. В первом излучающие кабели имеют отверстия, размеры и период повторения которых значительно меньше длины волны. Это кабели поверхностной волны, известные еще как кабели со связанными волнами (courting mode) или кабели вытекающей волны (leary саblе). Волна в таком кабеле по структуре близка к обычной кабельной ТЕМ–волне и распространяется в условном цилиндре, не отрываясь от кабеля. Особенности и свойства таких кабелей следующие:

• широкополосность (от единиц до тысяч МГц);
• быстрое убывание уровня сигнала при удалении от кабеля;
• большие колебания уровня сигнала вдоль кабеля (перепад 20–25 дБ);
• простота изготовления и, как следствие, низкая стоимость;
• большой диапазон диаметров (от единиц до десятков миллиметров).

Типичным примером кабелей первого класса являются излучающие кабели с редкой оплеткой, оплеткой с пропущенными прядями или с ленточными проводниками с постоянными перфорированными отверстиями. Назовем лишь несколько отечественных марок: РИ–50–7–11, РИ–50–17–32, РИ–50–4–11. Маркировка кабелей стандартная: РИ — радиочастотный излучающий; 50 — волновое сопротивление, Ом; 7, 17, 4 — диаметр по изоляции, мм; И, 32 — тип и номер конструкции.

Ко второму классу относятся кабели, которые имеют  отверстия или группы отверстий, расстояние между которыми соизмеримо с длиной волны. Это кабели излученной волны, известные как излучающие (diating cable). Волны “отрываются” от этого кабеля и уходят в пространство, медленно затухая. Кабель излученной волны является как бы антенной решеткой. Тут уже ориентация приемной антенны относительно кабеля не сказывается на уровне принимаемого сигнала.

Преимущества этих кабелей  по сравнению с кабелями поверхностной  волны следующие:

• меньшие погонные потери при тех же габаритах кабеля;
• медленное убывание уровня сигнала при удалении от кабеля;
• незначительные колебания уровня сигнала вдоль кабеля (5–10 дБ);
• меньшее влияние окружающей среды и условий прокладки на характеристики кабеля.

Типичным примером этого  класса являются кабели с внешним  проводником из медной ленты с перфорированными отверстиями в виде групп с переменными полем.

 

2. По конструктивному исполнению изоляции

Конструктивное исполнение изоляции выбирается от требуемых величин  первичных и вторичных параметров, а также условий прокладки кабеля.

Изоляция радиочастотных кабелей может быть:

а) сплошной;

б) полувоздушной;

в) воздушной.

 

• Кабели с полувоздушной изоляцией. Полувоздушная изоляция имеет комбинированную конструкцию, которая содержит твердый диэлектрик (40¸60 %) и воздух.  Полувоздушной изоляцией является та конструкция изоляции, в которой от движения от внутреннего проводника к внешнему происходит пересечение с твердым диэлектриком в любой точке.
• в кабелях с колпачковой изоляцией на однопроволочный внутренний проводник насаживают полистироловые колпачки
• кабели с пористой изоляцией – в качестве изоляции применяется вспененный полиэтилен (вспененный химическим или физическим способом)

Кабели с воздушной изоляцией. Воздушной изоляции является та конструкция изоляции, в которой при движении от внутреннего проводника к внешнему, на некоторых участках не происходит пересечения с твердым диэлектриком. Коаксиальные кабели с воздушной изоляцией имеют каркас из твердого изоляционного материала, центрирующий внутренний проводник по отношению к внешнему проводнику. Наиболее широкое распространение в зарубежной практике получили кабели со спиральным каркасом из полиэтилена высокой плотности или политетрафторэтилена прямоугольной формы в сечении, нанесенным на внутренний проводник. Спираль (геликоиду) выпрессовывают на червячном прессе непосредственно на внутренний проводник с заданным шагом или нарезают из калиброванного стержня с размещением ее на внутреннем проводнике с заданным шагом.

 

3. По диапазону рабочих температур (термостойкости)

 По термостойкости радиочастотные кабели делятся на три группы:

а) обычная  теплостойкость t_раб £ 125⁰С; (полимеры)

б) повышенная теплостойкость t_раб = 125¸250⁰С;

в) высокая  теплостойкость t_раб ³ 250⁰С (высокочастотная керамика)

 

4. По степени регулярности

По степени регулярности кабели различаются на две группы

а) с обычной  регулярностью;

б) с повышенной регулярностью.

В маркировке радиочастотных кабелей с повышенной регулярностью  добавляется «С»

Кроме того, радиочастотные кабели имеют стандартизированный  ряд диаметров по изоляции:

d_из= 0.6; 0.87; 1.0; 1.5; 2.2; 2; 2.9; 3.7; 4.6; 4.8; 5.6; 7.25; 9.0; 11.5; 13; 13.7; 17.3; 24; 33; 34; 60; 75 (мм).

 

5. В  зависимости от размеров изоляции, кабели делятся на:

а) субминиатюрные d_из£ 1 мм; 

б) миниатюрные d_из = 1,25¸2.5мм

в) среднегабаритные d_из = 3,7¸11,5  );

г) крупногабаритные d_и³ 11,5.

 

6. В рамках стандарта МЭК принята классификация по величине коэффициента затухания для кабелей систем кабельного телевидения (МЭК 96.3), согласно которой кабели делят на:

1. Магистральные;
2. Субмагистральные;
3. Распределительные;
4. Абонентские.

Магистральные. Защищенность от помех между цепями коаксиальных кабелей, увеличивающаяся с ростом передаваемой частоты, создала условия для широкого применения в технике связи и передачи телевизионных программ магистральных коаксиальных кабелей. Используемый в настоящее время спектр частот до 12 МГц не является пределом для коаксиальных кабелей. Наметились реальные возможности его расширения до 60 Мгц и более. Основными элементами выпускаемых кабелей являются коаксиальные пары с воздушной или полувоздушной изоляцией.

Распределительные. Для зарядки боксов в распределительных коробках применяют городские кабели связи с полиэтиленовой изоляцией в оболочке из поливинилхлоридного пластиката.

За пределами терминологии стандартов устойчиво используются ещё два квалификационных признака – область применения (назначение) и стойкость кабелей к многократным перегибам (гибкость), которую, как правило, однозначно связывают с конструкцией проводников.

По назначению различают  кабели для систем кабельного телевидения; для космической техники; для ракетной и авиационной техники; для ЭВМ; для фазированных антенных решёток.

По гибкости (стойкость  к многократным перегибам и механический момент изгиба кабеля) выделяют группы кабелей.

1. жёсткие (кабели с гладким металлическим трубчатым внешним проводником, выдерживают 1–10 перегибов);
2. полужёсткие (кабели с внешним проводником в виде гофрированной трубки или ленты, выдерживают 10–2000 перегибов);
3. гибкие (кабели с многопроволочными внешними проводниками, выдерживают до 20–30 тыс. перегибов);
4. особо гибкие (кабели специальных конструкций внешних и внутренних проводников и изоляции, выдерживают до 50 тыс. перегибов и более)

 

Маркировка  радиочастотных кабелей состоит из буквенных и цифровых обозначений:

          РК -75-7 -16 ,РК-50-4 -22                    I – указывает на конструкцию и теплостойкость изоляции;

II – номер разработки кабеля

1-  Изоляция  сплошная t_раб =125^оС,

2-изоляция  сплошная  t_раб = 250 ˚С;

3-полувоздушная  изоляция t_раб = 125 ˚С;                    ,

4-полувоздушная  изоляция t_раб = 250 ˚С;

5-воздушная t_раб = 125⁰С;

6-воздушная t_раб = 250⁰С;

7-изоляция  высокой теплостойкости t_раб ³ 250⁰С.

1. изоляция сплошная  t_раб = 125 ˚С;

 

 

                                                       Расчет первичных параметров  РК

 

                     Активное  сопротивление кабеля ( R) включает  сопрот-е внутреннего (R_{d )})  и внешнего  (R_D)  проводников. Ряд РК имеют гибкие многопров-е провод-и и это должно учит-ся  при  расчете R/

                                  R = R_d  + R_D  = 0.0835√f· [ k_c k_p//d     +  k_o k_p /D) ·10^—3           Ом/ м                                   

 

                                                                                                   Табл 1

Число проволок	1	7	12	19
kс	1	1,1—1,2	1,3—1,4	1,5—1,6