2.3 Волновое сопротивление

Поскольку затухание в кабеле зависит от частоты, необходимо ввести некоторую характеристику, не зависящую от частоты, чтобы для расчета мощности передаваемого сигнала можно было использовать закон Ома. Такой характеристикой кабеля является его полное волновое сопротивление (импеданс). Любая металлическая линия передачи, будь то витая пара или коаксиальный кабель, характеризуется волновым сопротивлением. Волновое сопротивление коаксиального кабеля является функцией отношения диаметра внутреннего проводника к диаметру внешнего проводника и свойства используемого в кабеле диэлектрика. Основной показатель электромагнитных свойств любого диэлектрического материала – это его диэлектрическая постоянная. В коаксиальных кабелях могут использоваться разные диэлектрические материалы с разными значениями диэлектрической постоянной. Так, для воздуха диэлектрическая постоянная равна 1, для твердых полимерных материалов диэлектрическая постоянная находится в пределах от 2 до 2,5. Диэлектрическая постоянная полутвердых или вспененных полимеров, представляющих собой пористую структуру, заполненную воздухом или инертным газом, составляет около 1,5.

Волновое сопротивление имеет размерность резистивного сопротивления (Ом). Существует приблизительная эмпирическая формула для расчета импеданса 2 коаксиального кабеля с некоторым диэлектриком.

2.4 Показатель возвратных потерь

С величиной волнового сопротивления тесно связан другой параметр кабеля – показатель возвратных потерь (RL). Показатель возвратных потерь является для кабеля менее критичным параметром, чем другие. Далее, при рассмотрении отражений в кабельных системах, будет показано, что в нормальных условиях возвратные потери во внутренней структуре кабеле гораздо выше, чем для любого прибора. Это значит, что уровень отраженного сигнала (возвратной волны) очень мал и при расчетах его не учитывают. Существенные внутренние отражения в кабеле возникают на неоднородностях волнового сопротивления, которые образуются только за счет механических дефектов во внутренней структуре или при наличии повреждений вдоль отрезка кабеля. Напомним, что волновое сопротивление кабеля зависит от диаметров внутреннего и внешнего проводника и диэлектрической постоянной изолирующего материала.

При изменении любого из этих параметров меняется и волновое сопротивление. Это может произойти во время производства, прокладки или эксплуатации кабеля. Однако, процесс производства тщательно контролируется добросовестным производителем, поэтому более вероятны две другие причины. Если при прокладке на кабеле образуется сильный перегиб или петля, то в структуре кабеля возникнет механическое напряжение, и геометрия поперечного сечения кабеля меняется.

Случайные повреждения в процессе эксплуатации кабеля происходят из-за неосторожного обращения, результатом которого может быть передавливание кабеля или повреждение его внешней оболочки. При сдавливании пенистого материала меняется его диэлектрическая постоянная, а передавливание проводников может вызывать появление микротрещин и менять их электрические параметры. Такие изменения, как правило, трудно контролируемы и плохо поддаются измерению. Однократное случайное изменение импеданса в некоторой точке, скорее всего не окажет никакого влияния на работу кабеля, но несколько наличие нескольких таких периодично расположенных точек может вызвать существенное суммарное отражение сигнала, превышающее допустимый уровень. Особенно это актуально для процесса прокладки, при котором зачастую интервалы между точками крепления кабеля подчинены периодичности городской инфраструктуры. Если отражения от нескольких нерегулярностей складываются друг с другом в фазе, то формирующееся отражение может вызывать очень серьезные потери сигнала. Величина возвратных потерь в кабеле характеризуется параметром SRL (Structual Return Loss), который эквивалентен коэффициенту отражения и показывает степень подавления возвратной волны. Этот параметр определяется путем измерения величины отраженного сигнала в кабеле во всей полосе системы передачи с помощью генератора качающейся частоты (sweep-генератора). При выборе кабеля надо учитывать, что он должен иметь различную величину SRL для разных типов кабеля. Согласно стандарту EN-50083 для магистральных кабелей величина SRL должна быть не ниже 30 дБ (соответствует коэффициенту отражения не более 3%), а для распределительных и абонентских кабелей не хуже 20 дБ.