В этой части постараюсь рассмотреть основные варианты исполнения различных элементов коаксиального кабеля. Начиная с центральной жилы, диэлектрика, экрана и заканчивая защитной оболочкой. Конструктивное исполнение и используемые материалы. В конце попробую дать расшифровку основных аббревиатур для применяемых материалов.
Начнем с центральной жилы. Варианты конструкции центрального проводника показаны на картинке ниже. Центральный проводник может быть сплошным одножильным (а), многожильным (в, г) или в виде полой трубки (б) (для кабелей большого сечения). Многожильный провод обеспечивает лучшую гибкость и долговечность кабеля, однако имеет худшие параметры на более высоких частотах и меньшую стабильность параметров при перегибах. Впрочем, некоторые производители опрессовывают многожильный провод практически до идеального круглого монолитного вида (г).
В качестве материала для центральной жилы чаще всего используется медь с различными покрытиями или достаточно часто без покрытий.
Также может применяться сталь и алюминий. В этом случае без покрытий уже не обходятся. Как правило используется та же медь, серебро, различные оловянные виды покрытий типа ПОС, а так же их комбинации.
Диэлектрик. В качестве диэлектрика в настоящий момент наиболее часто используются полиэтилен и фторопласт (PTFE Teflon). В редких случаях применяются и другие материалы, как правило на основе фторополимеров, либо каких-то совсем экзотических материалов. Также используется и полувоздушное заполнение, при этом в качестве материала поддерживающих элементов используется полиэтилен или полипропилен. В последнее время все чаще используется варианты диэлектрических материалов с пониженной плотностью, получаемые вспениванием (полиэтилен) или иными способами (фторопласт). Вкратце о способах получения PTFE низкой плотности. В 1969 году Бобом Гором (Bob Gore, тот самый который GORE-TEX и т.д.) открыт способ получения фторопласта низкой плотности при помощи нагрева до температур близких к предельным ~300℃ и последующего прикладывания механических воздействий на растягивание. Таким образом получают как ленту из фторопласта низкой плотности, так и экструдированные материалы разной формы с воздушными порами. По электрическим характеристикам полиэтилен и фторопласт сопоставимы, хотя, как правило, фторопласт обладает несколько лучшими характеристиками. При этом с точки зрения механических свойств и стабильности параметров при многочисленных перегибах фторопласт лучше. Также у фторопласта выше предельно допустимая рабочая температура и соответственно максимально допустимая мощность. Однако кабели на основе фторопласта обладают заметной нелинейной зависимостью фазы от температуры и в ряде случаев это необходимо учитывать.
Сама идея вспенивать полиэтилен возникла вскоре после появления материала. Но массово на западе стали производить вспененный полиэтилен уже в 1970-х годах. Когда стали использовать в кабелях точно не скажу. Вспенивание может быть физическим и химическим. В СССР вспененный полиэтилен не использовался, хотя другие пенопласты существовали (например пенополистирол). На данный момент вспененный полиэтилен применяется в кабелях достаточно массово, в том числе и в России. Сплошной полиэтилен еще можно встретить, но уже заметно реже. Кстати в GORE Inc. в 2020-х годах стали делать мембраны для своих тканей в том числе и на основе полиэтилена.
Что касается фторопласта/тефлона, если от кабеля требуется гибкость и улучшенные характеристики (по потерям), то используют материал с низкой плотностью.
Впрочем даже после появления технологий получения фторопласта низкой плотности фторопласт обычной плотности также продолжает активно применяться в кабелях.
И еще про GORE Inc. Кабели для ВПК и аэрокосмической отрасли они естественно тоже делают.
Экран. Варианты конструкции экранов также весьма разнообразны. Ниже представлены и кратко охарактеризованы самые основные, наиболее часто встречающиеся варианты.
Одинарный экран. Варианты кабелей с одинарным экраном показаны на рисунке ниже. Классическим вариантом является экран из переплетенных жил, чаще всего медных (а). Такой кабель обладает наибольшей гибкостью и приемлемыми характеристиками на не слишком высоких частотах. Однако с ростом частоты заметно ухудшается коэффициент экранирования и растут потери. Другим вариантом является сплошной экран, тоже, как правило, медный. Сплошной экран может быть выполнен в виде прямой медной трубки (в), либо гофрированной (корругированной) (г). Электрические характеристики таких кабелей достаточно хорошие, в том числе на высоких частотах. Наиболее распространенные корругированные кабели типоразмера 1/4″ обычно ограничены частотами немногим выше 15 ГГц, а со сплошной трубкой могут работать и на гораздо более высоких частотах (определяется диаметром и свойствами диэлектрика). Однако такие кабели обладают малой гибкостью. Кабели со сплошной трубкой, как правило, могут быть изогнуты/отформованы один раз по месту. Гофрированные кабели обладают большей гибкостью, но все равно количество перегибов и минимальный радиус ограничены. Возможны варианты кабелей с луженой оплеткой (б), они сочетают как достоинства, так и недостатки обоих вариантов (с проволокой и со сплошным экраном). Следует различать луженую (пропаянную) оплетку и оплетку из отдельных луженых нитей. Оплетка кстати может быть не только из круглой проволоки, но и из плоских, ленточных прядей. Применяемые материалы и покрытия могут быть также достаточно разнообразны. Чаще всего, как уже говорилось, используется медь, однако в ряде случаев может использоваться и алюминий. Покрытия могут быть серебряные, медные, на основе олова, либо достаточно часто используется материал без дополнительных покрытий.
Двойной экран. Кабели с двойным экраном на текущий момент, наверное, распространены не меньше чем с одинарным, причем и в массовом дешевом сегменте, и среди более дорогих кабелей с высокими характеристиками. Применяются там, где надо обеспечить хорошие характеристики, в том числе на высоких частотах (по потерям и экранированию) в сочетании с высокой или хотя бы приемлемой гибкостью. Оба экрана могут быть выполнены из переплетенной проволоки как показано на рисунке ниже (а), либо сочетать плетеный экран с экраном из фольги (б). Экран из фольги в сочетании со вторым слоем обеспечивает лучшие характеристики по экранированию и потерям уже начиная с нескольких сотен МГц (впрочем зависит от качества исполнения). Кабели с плетеным экраном, даже с двойным, обладают несколько большей гибкостью, по сравнению с кабелями с фольгой. Однако это справедливо в случае широкой фольгированной ленты с большим шагом намотки для относительно массовых кабелей. Кабели с более узкой фольгой с малым шагом в принципе не сильно уступают по гибкости кабелям с плетеным экраном, однако при этом могут быть заметно дороже (в). Вообще так сложно сравнивать, все очень сильно зависит от конкретного исполнения. Основные применяемые материалы все те же: медь, алюминий с различными покрытиями. Фольга, как правило, представлена в виде металлизированной ленты из лавсана (майлара), полиэстера, полиимида с медным или алюминиевым слоем. Реже встречаются ленты с двусторонней металлизацией, либо просто фольга без диэлектрической основы. В самых дешевых кабелях используется лента с алюминиевым слоем плюс достаточно редкая оплетка, зачастую тоже из алюминия. Таких кабелей лучше избегать даже для массовых бытовых применений. Вообще следует сказать, что для кабелей с фольгой второй экран не прихоть а необходимость. Фольга конечно образует более качественный и ровный экран по сравнению с оплеткой из проволоки, но необходимо обеспечивать надежное замыкание между витками, для чего в том числе и служит второй слой. Также кабели с фольгой на мой взгляд лучше приспособлены для вспененных диэлектриков, поскольку проволока будет вминаться в мягкий диэлектрик (впрочем это мое личное мнение).
Тройной и четверной экран. Кабели с тройным и четверным экраном используются, когда требуется обеспечить высокий уровень экранирования (~ 100 дБ и выше), а также достаточно высокую механическую прочность и надёжность. Конструкция экрана представляет собой комбинации в различных сочетаниях плетеных и фольгированных слоев. Примеры кабелей приведены на рисунке ниже.
Внешняя оболочка и дополнительное армирование. В качестве внешней оболочки применяются различные диэлектрики в виде сплошной трубки из ПВХ, полиэтилена, резины, FEP (фторо-этилен пропилен). Иногда применяются оболочки из переплетённых нитей стекловолокна поверх ленты из фторопласта (не самый лучший вариант с точки зрения герметичности и т.д.). Кроме того, достаточно часто применяются дополнительные внешние оболочки из более толстой резины, металлических оплеток или гофрированной стальной трубки, различные спиралевидные кожухи из металла или сочетания металлической спирали с дополнительной диэлектрической трубкой и т.д. Дополнительное армирование, как правило, требуется в двух случаях:
- Для защиты от внешних воздействий: агрессивные среды, механические воздействия, грызуны и т.д.
- В случае измерительных кабелей для уменьшения подвижности и препятствования излишним недопустимым перегибам в процессе измерения и т.д.
Примеры различных дополнительных внешних оболочек показаны ниже.
Дальше приведу некоторые наиболее часто встречающиеся сокращения и аббревиатуры.
Первая группа в основном относится к центральному проводнику, но иногда и к экрану.
- BC (Bare Copper) или просто CU - Чистая медь.
- TC (Tinned Copper) - Луженая медь.
- SPC (Silver Plated Copper) иногда просто SC - Посеребренная медь.
- CCA (Copper Clad Aluminium) - Омедненный алюминий.
- TCCA (Tinned Copper Clad Aluminium) - Луженый омедненный алюминий.
- BCCS или CCS или StCu (Bare Copper Covered Steel / Copper Clad Steel) - Сталь покрытая медью.
- SPCCS или SССS (Silver Plated Copper Clad Steel) - Омедненная сталь, покрытая серебром. Иногда встречается другая расшифровка - Single Crystal Cooper Silver, но это относится к аудиокабелям с очень чистой медью.
- SPCW - иногда попадается и такое (здесь W - от wire). Почему-то могут понимать под этим и медь, покрытую серебром и омедненную сталь, покрытую серебром.
Еще несколько "модных" аббревиатур. К коаксиалу вроде бы пока не относится, скорее к витой паре и.т.д.
- CCAG (Copper Clad Aluminum and Silver) – алюминий плакированный медью, с добавлением серебра. Или еще так расшифровывается (Copper Clad Aluminum and Argentum Powder). Здесь на конце - "G" от Argentum (Ag).
- CCAM (Copper Clad Aluminum & Magnesium Alloy) - омедненный алюминиево-магниевый сплав.
- ССС (Copper Clad Copper - омедненная медь). Здесь в основе менее качественная медь, медный сплав, а снаружи покрыта качественной электротехнической медью.
Следующая группа сокращений относится к диэлектрику.
- PE (Poly Ethylene) или Solid PE - Полиэтилен обычной плотности.
- FPE или просто PF (Foamed Poly Ethylene) - Вспененный полиэтилен.
- XLPE (Cross-linked polyethylene) - Сшитый полиэтилен. В таком полиэтилене образуются поперечные связи между молекулами. В результате повышается прочность, эластичность, увеличивается диапазон рабочих температур. Вроде бы применяется чаще для силовых кабелей и оболочек. Однако и в коаксиальных кабелях в качестве диэлектрика тоже может применяться, в том числе и вспененный.
- Solid PTFE или просто PTFE (Poly Tetra Fluor Ethylene). Фторопласт/тефлон обычной плотности.
- LD PTFE (Low Density PTFE). Фторопласт/тефлон низкой плотности.
Дальше несколько сокращений, относящихся в основном к экрану.
- AL (Aluminium). Алюминий. Упрощенное обозначение, может относиться и к фольге и к оплетке.
- TPAl (Tin Plated Aluminum). Луженый алюминий. Редко, но встречается. Возможно иногда под ним имеется ввиду TCCA.
- CU (Cuprum). Медь. Тоже упрощенное обозначение без раскрытия подробностей. Может относиться и к фольге и к экрану и.т.д.
- AF (Aluminium Foil). Алюминиевая фольга. Не обязательно чистая фольга как правило имеется ввиду полимерная лента фольгированная.
- DF (Double Foil). Двухсторонняя фольга.
- AP или APA (Aluminum/Polymer или Aluminum/Polymer/Aluminum). Полимерная лента с односторонним или двухсторонним алюминиевым покрытием.
- BCBS или BCB (Bare Copper Braid Shield). Это просто медная оплетка (плетенка) без покрытий.
- TCWB или TCB (Tinned Copper Wire Braid). Оплетка из луженой медной проволоки.
- TCWB + Tin Soaked. Оплетка из луженой медной проволоки дополнительно пропаянная.
- TS или TS Braid (Tin Soaked). Пропаянная оплетка.
Бывают и другие сокращения, бывает тоже самое чуть по другому пишут. Все разобрать и привести тут довольно сложно.
Приведу еще несколько сокращений относящихся к внешней оболочке.
- PVC (PolyVinyl-Chloride). Поливинил-хлорид.
- PE-UV. Cветостабилизированный полиэтилен.
- FEP (Fluorinated Ethylene Propylene). Фторо-этилен пропилен, разновидность тефлона.
- LSZH (Low Smoke Zero Halogen). Малодымный безгалогенный материал.
- TPR (Thermoplastic Resin). Термопластичная резина.
Еще пару слов про полиэтилен.
- HDPE (High Density Polyethylene) - полиэтилен высокой плотности (полиэтилен низкого давления, ПНД). Используется в основном для оболочек. Вспененный может использоваться и в качестве диэлектрика (вроде даже лучше чем LDPE).
- LDPE (Low-Density Polyethylene) - это полиэтилен низкой плотности (полиэтилен высокого давления, ПВД). Используется в качестве диэлектрика, обычной плотности. Вспененный тоже используется наравне с вспененным HDPE. Плотность ниже чем у HDPE примерно на 5%, но это сказывается на характеристиках.
На этом вторую часть закончим.
Часть 3. Немного о характеристиках кабелей, а также несколько конкретных примеров.
