Интенсивное развитие информационной индустрии невозможно без соответствующей телекоммуникационной базы. Увеличение числа телевизионных программ с хорошим качеством изображения и звука, является существенным мотивом для развития систем кабельного телевидения, основой которых является разветвленная кабельная сеть. Учитывая опыт западных стран, можно с уверенностью сказать, что нам этой проблемы также не миновать. Структура построения отечественных кабельных сетей практически не отличается от общепринятой в мировой практике. Такая сеть, как правило, включает магистральные, распределительные и абонентские линии. Однако, основной объем проложенных в стране линий связан со строительством систем коллективного приема эфирного телевидения (СКПТ) в «затененных» районах крупных городов. СКПТ обеспечивают подачу сигналов от одной антенны на микрорайон или к группе домов. По кабелям СКПТ передаются сигналы частоты 30-300 Мгц, но уже сейчас желание увеличить число принимаемых программ требует расширения частотного диапазона передаваемых сигналов до 860 Мгц., а в перспективе, как это следует из опыта западных стран — до 2150 Мгц.
Существующие и серийно выпускаемые заводами телевизионные кабели разработаны в лучшем случае 15-20 лет назад и не обеспечивают требуемый сегодня уровень нормируемых параметров. Создание новой серии явилось компромиссом между имеющимися в наличии технологическими возможностями и конечной ценой кабелей. Обеспечение современного уровня параметров телевизионных кабелей требует применения полувоздушной изоляции, в данном случае, вспененного полиэтилена. Поскольку способ вспенивания полиэтилена непосредственным образом определяет конечные свойства изоляции, кратко отметим технологические особенности производства кабелей. Так, пористая полиэтиленовая изоляция может быть наложена на обычной экструзионной линии с использованием специальной полиэтиленовой композиции, содержащей порообразующий реагент. Используемая нами композиция имеет марку 107 ОВАС. При отсутствии готовой композиции, где порофор уже находится в каждой грануле материала, смесь может быть приготовлена непосредственно перед изолированием путем смешения обычного изоляционного полиэтилена с порофором марки ЧХЗ... Изоляция, получаемая тем или иным способом при химическом вспенивании (разложении порофора) обычно имеет плотность 0,47...0,5 кг/м3. Однако химические добавки, позволяющие вспенивать полиэтилен, ухудшают диэлектрические свойства изоляции. Так тангенс угла диэлектрических потерь tg δ вспененной изоляции может изменяться в пределах (3...6)•10-4, что заметно сказывается на потерях в кабеле в гигагерцовом диапазоне частот. Другой, более современный, способ получения пористой изоляции основан на инжекции азота в расплав, перерабатываемого в экструдере полиэтилена. Этот способ называется методом физического вспенивания и требует специального экструзионного оборудования. Метод физического вспенивания не требует дополнительных химических добавок, что сохраняет высокие диэлектрические свойства полиэтилена. Плотность изоляции, получаемой указанным методом, может изменяться в широких пределах, в зависимости от конкретных условий применения — от 0,35 кг/м3 (для крупногабаритных кабелей) до 0,5 кг/ м3 (для кабелей малых и средних габаритов). Кабели предлагаемой серии имеют пористую полиэтиленовую изоляцию, наложенную по методу химического вспенивания с относительной диэлектрической проницаемостью ε=1,56. Применение в кабелях вспененной изоляции по отношению к кабелям со сплошной полиэтиленовой изоляцией (ε= 2,28), позволяет снизить коэффициент затухания в кабелях более чем на 20%. На рис. 1 представлено изменение потерь в кабеле в зависимости от его габарита (диаметра по изоляции). Две верхние кривые построены в предположении, что tgδ для изоляции из сплошного полиэтилена и пористой изоляции химического вспенивания равен 3•10-4. Пористая изоляция, полученная по методу физического вспенивания, обычно имеет диэлектрическую проницаемость в районе 1,4÷1,45, при этом потери в кабеле могут быть снижены еще на 5÷7% (при tgδ=2•10-4).
Разработанные нами кабели ( НПП «Спецкабель» ) представляют унифицированную серию, выполненную в соответствии с ГОСТ 11326.0-78 «Кабели радиочастотные». Данные кабели имеют однопроволочный внутренний проводник из неотожженной меди, что позволяет применять соединители F-типа (внутренний проводник кабеля здесь используется в качестве штыря соединителя). Внешним проводником в кабеле является лента из алюминиевой фольги, ламинированная с одной стороны лавсановой пленкой и продольно наложенная на изоляцию с перекрытием кромок, а также оплетка из луженых медных проволок. При использовании в качестве внешнего проводника медной ламинированной фольги, оплетка производится медными проволоками без покрытия. Оболочка кабелей может быть выполнена, как из поливинилхлорида ( для прокладки внутри помещений), так из светостабилизированного полиэтилена (для наружной прокладки).
Магистральные кабели по рекомендации Международной Электротехнической Комиссии (МЭК) должны иметь коэффициент затухания при частоте 200МГц не более 2 — 4 дБ/100м. Это требование необходимо для передачи телевизионных сигналов на расстояние порядка 1,5 — 10 км. Однако, для передачи сигналов на такие расстояния вместо коаксиальных кабелей уже сейчас предпочитают использовать волоконно-оптические, что позволяет строить линии без промежуточных усилителей и с гораздо более широкой полосой пропускания. Поэтому, надо полагать, что создание крупногабаритных кабелей с малыми потерями для магистральных линий кабельного телевидения в современных условиях не так актуально, как это представлялось еще 10 — 15 лет назад. Другое дело, субмагистральные линии (0,5÷1,5 км), где уровень потерь в кабелях не должен превышать 4÷8 дБ/100м. Мало вероятно, что в ближайшее время эти сети, а тем более распределительные и абонентские будут заменены на альтернативные.
В качестве субмагистральных могут быть использованы кабели следующих марок: РК 75-7-316С, РК 75-7-317С, РК 75-7-318С, РК 75-11-33С, РК 75-11-34С и РК 75-11-35С. С целью повышения надежности и снижения уровня потерь в кабелях марок РК 75-7-317С и РК 75-11-34С внешний проводник выполнен в виде продольно наложенной ламинированной медной фольги и оплетки из медных проволок. Для обеспечения монтажа кабелей при воздушной подвеске между столбами или зданиями в оболочку кабелей марок РК 75-7-318С и РК 75-11-35С включен трос из стальных оцинкованных проволок. Основные параметры кабелей приведены в таблице 1, а расчетные частотные зависимости коэффициента затухания на рис.2 и рис.3.
Регламентируемый уровень потерь для распределительных кабелей находится в интервале 8÷13 дБ/100м. Эти кабели монтируются между распределительными узлами, и длина прокладываемых линий обычно не превышает 300÷500 метров. Нормируемые параметры распределительных кабелей приведены в таблице 2. Расчетные частотные зависимости коэффициента затухания (рис.2) и (рис.3) имеют справочный характер и отражают среднестатистический уровень данного параметра. Эта группа кабелей также представлена двумя габаритными размерами — диаметрами по изоляции 4,8 мм и 5,6 мм и двумя вариантами внешних проводников — ламинированных лавсаном алюминиевой и медной фольгами. Требования по стабильности параметров распределительных кабелей несколько ниже, чем у магистральных. В маркировке указанных кабелей отсутствует индекс «С», что по ГОСТ 11326.0-78 отличает кабели повышенной однородности (или повышенной стабильности).
Повышенная стабильность параметров предполагает нормирование неравномерности волнового сопротивления в заданных частотных интервалах эксплуатации кабелей. Обычно в ТУ на радиочастотные кабели этот параметр нормируется в величинах КСВн. Однако, чтобы быть ближе к принятой в мировой практике нормирования данного параметра, обозначаемого как «Return loss (минимум обратных потерь) предлагаю также выражать неравномерность волнового сопротивления, как двадцатикратное значение десятичного логарифма обратного значения модуля входного коэффициента отражения (20lg, дБ). Методически определение неравномерности волнового сопротивления не меняется, а логически Гвх и КСВн связаны известным соотношением: Гвх = ( КСВн — 1)(КСВн + 1).
По требованиям МЭК минимальный уровень неравномерности волнового сопротивления для распределительных кабелей в диапазоне 30... 300 Мгц должен быть не менее 18 дБ, что соответствует максимальному значению КСВн=1,29. При серийном производстве этот уровень вполне достижим даже на не очень новом отечественном оборудовании. Что касается требований предъявляемых к субмагистральным кабелям, то достижение высокой регулярности (стабильности параметров) коаксиала по длине требует применения современных экструзионных линий для наложения изоляции, наличия средств контроля и испытательного оборудования, а также высокая культура организации производства и грамотный инженерно-технический персонал.
Автор неоднократно сталкивался с проблемой трудности устранения частотных пиков КСВн в среднегабаритных кабелях, обусловленных периодическими колебаниями диаметра по изоляции, выявление которых возможно только при проведении корреляционно-спектрального анализа изменений диаметра по длине кабеля.
За распределительными кабелями следуют абонентские кабели , идущие от распределительной коробки к телевизору. Это самые массовые по объемам производства радиочастотные кабели. Длина абонентского участка, как правило, не превышает 100 м. Уровень рекомендуемых значений коэффициента затухания для этих кабелей не должен превышать 13÷20 дБ/100м. Немаловажным для абонентских кабелей, помимо электрических параметров, являются их монтажные свойства: гибкость и возможность изгиба на малый радиус. Поэтому, помимо уже описанной конструкции с внешним проводником из алюмолавсановой пленки с луженой оплеткой, предлагаются кабели с многопроволочным внутренним проводником и внешним проводником в виде оплетки из медных проволок с плотностью 88-92%. Представляемая гамма кабелей имеет более широкую область применения: подключение видеокамер, монтаж абонентских спусков спутниковых антенн и т. п., поэтому в технической документации на кабели предусмотрено конструктивное исполнение, как для монтажа внутри помещений, так и наружная прокладка. Основные параметры абонентских кабелей представлены в таблице 3 , а частотные зависимости коэффициента затухания на рис.4 и рис.5 .
Технология изготовления абонентских кабелей не должна вызывать особых проблем, по идее, их может делать любой среднестатистический кабельный завод, имеющий опыт производства радиочастотных кабелей. Однако, есть проблема которая касается надежности кабелей содержащих пористую полиэтиленовую изоляцию. К сожалению, пористая изоляция «боится» воды . При попадании влаги в изоляцию, она начинает диффундировать через микропоры в толщу кабеля, что приводит к значительному росту уровня потерь в кабеле. В этом плане, как оказалось, большое значение имеет способ вспенивания изоляции. Изоляция полученная по методу физического вспенивания (в отличии от химического) имеет мелкоячеистую структуру замкнутых пор, что делает ее менее гигроскопичной чем та которую получаем мы из полиэтилена 107 ОВАС.
Крупнейший производитель коаксиальных кабелей с вспененной изоляцией — фирма Belden приводит в своих материалах (каталог «Coaxial and optical fibre cables forbroad band distribution netuorks, РТТ — NED.2, р.22) характерную зависимость изменения коэффициента затухания при сравнительных испытаниях кабелей с изоляцией, полученной по методу химического и физического вспенивания. Испытания проводились в климатической камере с относительной влажностью воздуха 93% при температуре 40(С в течении 21 дня. (Стандарт МЭК 68-2 часть 3). По истечении указанного срока потери в кабеле с изоляцией химического вспенивания возрастают более чем на 80%( при частоте 2ггц и выше), тогда как рост потерь в кабеле с изоляцией физического вспенивания не превысил 5%. В данном случае испытания проводились на кабелях типа RG 6 без применения дополнительных мер защиты конструкции от влаги.
К сожалению защитные оболочки кабелей, даже если они не имеют дефектов, водопроницаемы. Оболочка из полиэтилена менее гигроскопична, чем из поливинилхлорида, однако и через полиэтилен под воздействием определенных условий (повышенная влажность и температура) молекулы воды с течением времени просачиваются внутрь кабеля. Поэтому одним из наиболее радикальных способов защиты изоляции от влаги можно считать применение герметичных внешних проводников- цельнометаллические сварные конструкции (полужесткие кабели) или, как это делается в кабелях предлагаемой нами конструкции — склейка кромок продольно накладываемой алюмолавсановой ленты внешнего проводника. Данная технология влагозащиты предполагает использование алюмолавсановой ленты с нанесенным на нее слоем сополимера, обладающего хорошими адгезионными свойствами. При наложении оплетки алюмолавсановая лента заворачивается вокруг изолированной заготовки адгезионным слоем внутрь с достаточно большим перекрытием кромок. Склейка кромок, и более того, подклейка алюмолавсановой ленты к изоляции по всему периметру, происходит при разогреве атгезионного слоя в процессе экструдирования защитной оболочки.
Безусловно, вопрос влагостойкости применяемых кабелей самая серьезная проблема на пути развития предлагаемой серии кабелей. Поэтому, с точки зрения повышения надежности кабелей, эксплуатируемых во влажных средах, следует приложить усилие к внедрению технологии физического вспенивания в области производства радиочастотных кабелей. При этом следует отметить, что изменение технологии вспенивания изоляции не требует разработки новых конструкций, нормируемые параметры кабелей остаются практически неизменными и, безусловно, дальнейшее развитие данной серии кабелей будет связано с их востребованностью отечественными разработчиками систем кабельного телевидения.
Лобанов А.В.,
Генеральный директор ООО НПП «Спецкабель»