Расчёт электромагнитного поля коаксиальной линии передачи энергии

Таблица 8

   Не  надо объяснять, насколько важна  роль стандарта при разработке, производстве и приемке кабеля. Система, выработанная в советские времена для нормирования параметров при разработке и производстве радиочастотных кабелей, позволяла обеспечивать военно-промышленный комплекс изделиями с «большим запасом прочности». Этот подход был целесообразен, когда не нужно было конкурировать с зарубежными производителями. Яркий тому пример, когда современный потребитель удивляется, что два практически одинаковых кабеля имеют различный уровень потерь: у РК 50–7–11 коэффициент затухания по ГОСТ 11326.4–79 имеет значение 14 дБ/100 м при частоте 200 МГц, а такой же по конструкции кабель RG-213, привезенный из Германии, имеет, по данным поставщика, потери на 20 % меньше. Неужели так все плохо? Берем образец кабеля РК50–7–11 производства Подольского кабельного завода и образец импортного кабеля, проводим испытания и убеждаемся, что кабели имеют абсолютно одинаковый уровень потерь.

   Этот  пример касается «классических» кабелей  со сплошной полиэтиленовой изоляцией, разработанных 30–40 лет назад при прежней системе «ценностей», когда запас в 30–50 % при приемо-сдаточных испытаниях казался далеко не лишним.

   Надо  отметить имевшее место некоторое  время назад технологическое  отставание отечественных производителей коаксиальных кабелей. Так, большая  часть производимых в настоящее  время за рубежом кабелей имеют  пористую полиэтиленовую изоляцию, полученную по методу физического вспенивания. Данный тип изоляции позволяет снизить потери и цену кабелей, что ставит перед производителями задачу по внедрению новых технологий и конструкций. Первая серия коаксиальных кабелей с пористой полиэтиленовой изоляцией (рис. 8) среди предприятий отрасли была разработана в НПП «Спецкабель» (г. Москва), а их производство с применением технологии физического вспенивания освоено на заводе «Самарской кабельной компании». Сейчас аналогичные кабели производятся в России заводами «Чувашкабель» (г. Чебоксары) и «Кирскабель» (г. Кирс), в Украине заводом «Одескабель». Указанные предприятия обладают современным оборудованием для наложения толстостенной изоляции по технологии «skin-foam-skin», что позволяет производить современные кабели с низким уровнем потерь. 

Рис.8. Радиочастотные кабели для систем приема телевидения с пористой полиэтиленовой изоляцией физического вспенивания 

   Большое значение для радиочастотных коаксиальных кабелей имеет неравномерность волнового сопротивления, которая может быть выражена в единицах КСВн. Данный параметр «чувствителен» к мельчайшим периодическим неоднородностям, возникающим в изоляции и проводниках при изготовлении кабеля. На рис. 9 представлены графики КСВн в диапазоне частот 300 КГц ÷ 3 ГГц для четырех образцов кабелей типа  LMR 400, изготовленных на четырех разных предприятиях. Гарантированно, что при прочих равных условиях потребитель предпочтет кабели с более равномерной частотной характеристикой, показанной на графиках 1, 2 и 3, тогда как кабель, изготовленный на четвертом предприятии, будет иметь явные «провалы» в рабочей полосе частот (график 4). Поэтому при производстве коаксиальных кабелей важно уметь контролировать их конструктивные и электрические параметры и иметь возможность влиять на технологический процесс в части исключения периодических неоднородностей. 

Рис.9. КСВН однотипных образцов радиочастотных кабелей различных производителей 

   Самыми  непростыми в производстве являются крупногабаритные фидерные коаксиальные кабели, которые используются для передачи сигналов в трактах, соединяющих передатчик с антенной. В базовых станциях сотовой связи, в станциях радио-телевещания, в современных локационных установках необходимы полужесткие кабели со вспененной полиэтиленовой изоляцией и сварными гофрированными внешними проводниками. До настоящего времени такие кабели в России и странах СНГ не производились, но надо полагать, что в ближайшее время этот пробел будет восполнен.

   Производство  фидерных полужестких коаксиальных кабелей планируется в г. Саранске (ЗАО «Цветлит»), где совместно со специалистами НПП «Спецкабель» разработана новая серия коаксиальных кабелей (рис. 10) с использованием последних технологических достижений фирмы Rosendahl (Австрия), поставившей полный комплекс необходимого оборудования. 

Рис.10. Полужесткие радиочастотные кабели со вспененной полиэтиленовой изоляцией

   Теперь  остается только отвоевать утерянные  позиции на отечественном рынке. Поэтому перед производителями  встает следующий вопрос: как обеспечить конкурентоспособный уровень вышеуказанной продукции? Решение этой проблемы, по все видимости, невозможно без снижения себестоимости производимых кабелей и выполнения требований международных стандартов [14]. 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 

   1. В коаксиальной линии передачи  энергии для электромагнитной волны типа ТЕМ нет критических частот, т.е. в коаксиальной ЛП может существовать и постоянное электрическое поле (передача постоянного тока).

   2. При частоте малое значение коэффициента затухания и коэффициента фазы говорит о том, что энергию электромагнитного поля в коаксиальном кабеле можно передавать на большие расстояния с малыми потерями. Это свойство очень значимо для передачи энергии (кабельное телевидение и т.д).

   3. Электромагнитное поле в коаксиальной линии существует только между внутренним и внешним проводниками, исходя из этого, помех связанных с внешним электромагнитным полем быть не может. Поэтому коаксиальную линию называют полностью экранированной.

   4. Коаксиальную линию можно использовать практически в любых средах и в любой аппаратуре.

   5. Существует и ряд недостатков: 

   На частотах выше нескольких тысяч мегагерц коаксиальные кабели становятся уже малоэффективными, и приходится применять другие линии. Дело в том, что на таких частотах сильно возрастают потери как в проводах экранированной линии, так и в диэлектрике, которым разделены её внутренний и внешний провода.

   На  коротковолновом участке диапазона  сверхвысоких частот невозможно передать по такой линии большую мощность. Она ограничивается напряжением между проводниками, при котором наступает пробой. Это напряжение может быть повышено, пропорциональным увеличением диаметров проводников.

   6. В России производство коаксиальных  кабелей возрастает, и с ним  растёт и их качество. Поэтому можно говорить о конкурентоспособности отечественных производителей среди зарубежных фирм.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 

1. Вайнштейн Л. А. Электромагнитные волны. – 440 с.
2. Григорьев А. Д. Электродинамика и техника СВЧ: Учеб. для вузов по спец. «Электронные приборы и устройства». – М.: Высш. шк., 1990. – 335 с.
3. Гольдштейн Л. Д., Зернов Н. В. Электромагнитные поля и волны. – М.: Советское радио, 1971. – 664 с.
4. Ефимов И. Е., Шермина Г.А. Волноводные линии передачи. – М.: Связь, 1979. – 232 с.
5. Загик С. Е., Капчинский Л. М. Коаксиальные кабели. – М.: Радио, 1959. – 41 с.
6. Изюмова Т. И., Свиридов В. Т. Волноводы, коаксиальные и полосковые линии. – М.: Энергия, 1975. – 112 с.
7. Лобова Г. Н. Электродинамика и распространение радиоволн: Учеб. пособие. – Омск: ОмГТУ, 2006. – 132 с.
8. Чернушенко А. М., Петров Б. В. Конструирование экранов и СВЧ - устройств. – М.: Радио и связь, 1990. – 352 с.
9. Фуско В. СВЧ цепи. Анализ и автоматизированное проектирование: Пер. с англ. – М.: Радио и связь, 1990.
10. www.telesputnik.ru
11. www.secoin.ru
12. www.linga.ru
13. www.radioscanner.ru
14. www.spcable.ru