Коаксиальный кабель: устройство и применение¶

Коаксиальный кабель — электрический кабель, состоящий из центрального проводника, окружающего его слоя диэлектрика, внешнего проводящего экрана (оплётки или фольги) и защитной оболочки. Все слои расположены соосно (отсюда название: лат. co — «совместно» и axis — «ось»), то есть центральная жила и экран имеют общую геометрическую ось. Такая конструкция обеспечивает передачу высокочастотных сигналов с малыми потерями и высокой помехозащищённостью, благодаря чему кабель применяется в радиотехнике, телевидении, связи и компьютерных сетях.

¶История

Принцип коаксиальной линии был предложен и запатентован в 1880 году британским инженером и математиком Оливером Хевисайдом, который теоретически описал распространение сигнала в экранированной линии. Практическое применение коаксиальные линии нашли в 1920–1930-е годы в системах дальней связи и радиолокации. В 1929 году американский инженер Ллойд Эспеншид получил патент на коаксиальный кабель с гибким экраном, пригодный для массового производства.

В СССР коаксиальные кабели начали выпускать в 1930-е годы; они использовались в магистральных линиях связи и радиовещании. Широкое распространение технология получила во второй половине XX века — с развитием телевидения, радиолокации и вычислительной техники. В 1980-е годы коаксиальный кабель стал основной средой для локальных вычислительных сетей (например, стандарт Ethernet на «толстом» и «тонком» кабеле).

¶Устройство

Типовая конструкция коаксиального кабеля включает следующие элементы:

• Центральный проводник — медная жила сплошного или многопроволочного сечения; передаёт полезный сигнал.
• Диэлектрик — изоляция из полиэтилена, фторопласта или вспененного материала; задаёт волновое сопротивление и механическую стабильность.
• Экран — внешний проводник в виде оплётки, фольги или их комбинации; защищает от внешних помех и служит обратным проводником.
• Оболочка — наружный защитный слой из ПВХ, полиэтилена или фторопласта; предохраняет от влаги, механических и климатических воздействий.

Ключевой параметр — волновое сопротивление, стандартные значения: 50 Ом (радиотехника, измерительная техника), 75 Ом (телевидение, видеосигнал), 100 Ом (некоторые цифровые линии). Важны также коэффициент затухания (измеряется в дБ/м), коэффициент укорочения, ёмкость и максимальная рабочая частота.

¶Классификация

Коаксиальные кабели различают по нескольким признакам.

По волновому сопротивлению выделяют 50- и 75-омные типы; реже встречаются 100- и 150-омные.

По гибкости:

• жёсткие — с медной или алюминиевой трубкой в качестве экрана, применяются в стационарных линиях;
• полугибкие — с гофрированным экраном;
• гибкие — с плетёным экраном, удобны для монтажа и подвижных соединений.

По диаметру и назначению в радиочастотной практике используют серии, например RG-6, RG-11 (телевидение), RG-58, RG-213 (радиосвязь), а также отечественные марки РК (радиочастотные кабели).

¶Применение

Основные области использования коаксиального кабеля:

• Телевидение и видеонаблюдение — передача сигнала от антенны к телевизору, между камерами и регистраторами (75 Ом).
• Радиосвязь и радиолокация — соединение антенн с передатчиками и приёмниками (50 Ом).
• Компьютерные сети — исторически стандарты Ethernet на коаксиальном кабеле; ныне вытеснены витой парой и оптикой.
• Измерительная техника — подключение приборов, осциллографов, генераторов.
• Промышленность и транспорт — линии связи в условиях помех, бортовые системы.

¶Преимущества и ограничения

К достоинствам относят высокую помехозащищённость за счёт экрана, широкую полосу пропускания, простоту монтажа и относительно низкую стоимость по сравнению с оптическим волокном.

Ограничения: затухание сигнала растёт с частотой и длиной линии; кабель уступает витой паре в удобстве построения локальных сетей, а оптике — в дальности и полосе пропускания. На высоких частотах важны качество разъёмов и согласование сопротивлений, иначе возникают отражения и потери.

¶Разъёмы и монтаж

Для подключения применяются стандартизированные разъёмы: BNC, F-тип, SMA, N-тип, TNC и другие. Выбор разъёма определяется частотным диапазоном, волновым сопротивлением и условиями эксплуатации. При монтаже важно не повредить оплётку, обеспечить надёжный контакт центральной жилы и экрана, а также герметичность соединения при наружной прокладке.

¶Современное состояние

Во многих областях коаксиальный кабель уступил место витой паре и оптоволокну, однако сохраняет позиции в антенно-фидерных трактах, кабельном телевидении, измерительной технике и там, где требуется передача радиочастотного сигнала. Развитие технологий, таких как DOCSIS в кабельных сетях доступа, продлевает его практическое использование.

Источники: технические справочники по радиотехнике и кабельным линиям связи; материалы по истории электросвязи; стандарты серий RG и РК.