Definícia konštrukcí koaxiálnych káblov 3/3

Tento článok vznikol s podporou Slovenskej agentúry pre výskum a vývoj (APVV)

podľa zmluvy č. APVV-18-0028, APVV-19-0049

Pripravili sme si pre vás sériu článkov o koaxiálnych kábloch. V predchádzajúcich článkoch si môžete prečítať o definícii základných parametrov koaxiálneho kábla a definícii konštrukcí koaxiálnych káblov.

Vnútorný vodič

Najbežnejšie prevedenie vnútorného jadra je plný Cu drôt. Pre koaxiálne káble vyžadujúce určitý stupeň flexibility, napríklad pri bezpečnostných kamerách s funkciou natáčania alebo v prípade pohyblivých kamerových štúdií, je vnútorný vodič tvorený Cu lankom. V prípade lankového prevedenia z dôvodu eliminácie oxidácie povrchu jednotlivých drôtikov môže byť lanko tvorené z pocínovaných CuSn drôtikov. V prípade koaxiálnych káblov z izoláciou na báze fluóretylénpropylénu (FEP), vnútorné jadro býva postriebrené z dôvodu eliminácie nežiadúcej reakcie fluóru na Cu.

V dôsledku skinefektu je pri vysokých frekvenciách prúd vytláčaný smerom k povrchu vodiča. Tento efekt sa využíva hlavne pri konštrukciách s väčšími priemermi, kedy plný vodič môže byť nahradený rúrkou, prípadne môže byť použité pomedené hliníkové jadro. Pri menších priemeroch môže byť tento efekt využitý použitím pomedeného oceľového jadra. Takáto konštrukcia má výhodu vyššej pevnosti s možnosťou využitia kábla za určitých podmienok ako samonosnej verzie pri pokládke. Nevýhodou tejto verzie je zneužívanie tejto konštrukcie nerenomovanými výrobcami, kedy nedostatočná povrchová vrstva Cu vedie k výraznému zhoršeniu tlmenia kábla.

Samotný priemer vnútorného vodiča je spolu s materiálom izolácie a priemerom nad izoláciou určujúci pre vlnovú impedanciu.

Izolácia / Dielektrikum

Izolácia koaxiálneho kábla je priestor medzi vnútorným vodičom a tienením. Vlastnosť izolácie je určená predovšetkým rýchlosťou šírenia signálu v izolácii. Spravidla platí, čim viac vzduchu obsahuje izolácia, tým je rýchlosť šírenia signálu v kábli vyššia. V konštrukcii koaxiálnych káblov sa najčastejšie využívajú nasledovné typy izolácií:

Plný polyetylén (pomerná rýchlosť šírenia 66%)

Výhodou tejto izolácie je stabilita vlastností pri mechanickom a tepelnom namáhaní, kedy je pretláčanie a deformácia izolácie vzhľadom na jej pevnosť minimálna. Izolácia je odolnejšia proti vnikaniu vlhkosti. Nevýhodou je vyššie merné tlmenie káblov oproti izoláciám s vyšším podielom vzduchu. Tento typ izolácie je preferovaný pri špeciálnych typoch koaxiálnych káblov predovšetkým v nižších rozmerových radoch.

Penový polyetylén (pomerná rýchlosť šírenia pri chemickom napeňovaní 79%, pri fyzikálnom napeňovaní 84%)

Výhodou tohto typu izolácie je nižšie merné tlmenie ako pri plnom PE pri rovnakej rozmerovej rade. Nevýhodou je vyššia náchylnosť na deformáciu vplyvom mechanického a tepelného namáhania. Tento efekt môže byť čiastočne eliminovaný vrstvenou izoláciou skin – foam – skin, kedy na vnútornej a vonkajšej strane penovej vrstvy je tenká vrstvička plného PE. Tento typ izolácie je najrozšírenejší typ izolácie pri najrozšírenejšom type koaxiálneho kábla RG6.

Kombinovaná izolácia plný PE + vzduch (pomerná rýchlosť šírenia > 66%)

Využíva sa predovšetkým pri vyšších rozmerových radoch koaxiálnych káblov. Jej konštrukcia môže mať rôzny tvar (rúrko-balónik, terčíky).

V minulosti sa na trhu objavovali káble s pozdĺžnym distančným ružicovitým tvarom izolácie, kedy v axiálnom smere bola pozdĺž kábla vzduchová medzera vytvárajúca rúrku. Takáto konštrukcia mohla pri vniknutí vody na strane antény spôsobiť stečenie vody po kábli do prijímača.

Izolácia na báze fluóretylénpropylénu

Táto izolácia sa využíva predovšetkým pri špeciálnych typoch koaxiálnych káblov malých rozmerov. Napr typ RG 188 s rozmerom nad izoláciou 1,54 mm.

Pre zabezpečenie vyššej odolnosti proti šíreniu plameňa môže byť použitá izolácia zo zosieťovaného PE (XPE). Negatívom zosietenej izolácie je zhoršenie merného tlmenia kábla.

Tienenie

Funkciou tienenia je zabezpečiť, aby prenášaný signál, šíriaci sa v dielektriku nebol rušený nežiadúcimi frekvenciami vonkajšieho elektromagnetického poľa vyžarovanými v okolí kábla. Šírenie signálu je vymedzené vnútorným a vonkajším vodičom (tienením) a tienenie zabraňuje jeho úbytku do okolia. Najtradičnejším spôsobom tienenia koaxiálnych káblov je opletenie medenými drôtikmi. Samotným opletením sa nikdy nedosiahne 100% krytie. Požadovaná minimálna hodnota hustoty opletenia koaxiálnych káblov je 90%. Pre zvýšenie hustoty krytia opletenia môže byť použité dvojnásobné opletenie, kedy sa dá dosiahnuť hustota opletenia aj 95%. Takáto požiadavka hustoty opletenia platí len v prípade, že nie je použitá kombinácia s pokovenou fóliou. Pre dosiahnutie 100% krytia sa používajú pokovené PET fólie hliníkom alebo meďou. Kovová vrstvička u takýchto fólií je tenká a chráni kábel predovšetkým v rozsahu vyšších frekvencií. V oblasti nižších frekvencií je účinnejšie tienenie drôtikmi (opletením, prípadne pozdĺžnym obkladaním). Preto sa pri najbežnejšom kábli RG6 najviac na trhu udomácnila konštrukcia s kombinovaným tienením pokovená fólia + opletenie. Pri tomto type tienenia sa na trhu tiež objavujú predovšetkým od nerenomovaných výrobcov, kombinácie tienenia hliníkovej fólie s holým Cu opletením. Takáto konštrukcia je časovo nestála, pretože v dôsledku elektrochemického potenciálu dochádza časom k degradácii hliníkovej vrstvy. Tomuto efektu sa dá zabrániť použitím pocínovaných Cu drôtikov.

Najčastejšie využívané konštrukcie tienenia koaxiálnych káblov:

Opletenie Cu resp. CuSn drôtikmi
Al/PET fólia + oplet CuSn drôtikmi
Cu/PET fólia + oplet Cu drôtikmi
2x AlPET fólia s pozdĺžne uloženými CuSn drôtikmi (jedinečná konštrukcia VUKI a.s Bratislava)
Pozdĺžne uložená Cu páska spravidla zvarená v pozdĺžnom šve. (používa sa pri veľkých rozmeroch koaxiálnych káblov). Táto konštrukcia je v podstate neohybná prípadne s veľkým polomerom ohybu.
Pozdĺžne uložená zvlnená Cu páska zvarená v pozdĺžnom šve. (použiva sa pri veľkých rozmeroch koaxiáknych káblov). Vďaka zvlneniu pásky je dosiahnutá možnosť ohybu pri menšom polomere.

Plášť

Funkciou plášťa je chrániť dušu koaxiálneho kábla pred vplyvmi vonkajšieho prostredia, tak aby boli garantované prenosové parametre kábla. Je to predovšetkým ochrana pred vlhkosťou, chemickými a mechanickými vplyvmi, ktoré by svojim pôsobením na niektorý z prvkov duše mohli spôsobiť zmenu jeho vlastností a tým aj elektrických parametrov. Voľba plášťa závisí predovšetkým od prostredia, v ktorom bude kábel používaný. Káble môžu mať plášť rôznej farby. Z minulosti zaužívaná konvencia zelených plášťov pre 75 Ohm káble má dnes už len historické opodstatnenie. Spravidla plášte čiernej farby obsahujú farbivo na báze sadzí, čím je do určitej miery automaticky zabezpečená UV stabilizácia. Ostatné farby spravidla neobsahujú UV stabilizátory, ale prídavkom týchto stabilizátorov do materiálu plášťa môžu aj iné farby plášťa získať odolnosť proti UV žiareniu. Toto riešenie však nebýva bežnou praxou, môže byť realizované ako špeciálna požiadavka zákazníka. Výrobcovia, ktorí takúto stabilizáciu automaticky zabezpečujú, spravidla toto aj deklarujú v rámci parametrov kábla.

Najbežnejšie používané materiály plášťa koaxiálneho kábla:

PVC je najbežnejším materiálom pre plášť koaxiálneho kábla. Do istej miery zabezpečuje odolnosť proti šíreniu plameňa. Odolnosť proti vlhkosti je priemerná, mechanická odolnosť prípadne odolnosť proti hlodavcom je pomerne nízka. Vhodný je predovšetkým pre interiérové a pri UV stabilizácii aj pre exteriérové uloženia.
PE zabezpečuje pomerne vysokú odolnosť proti vlhkosti, je dobre odolný proti mechanickému poškodeniu a je odolnejší proti hlodavcom. Z tohto dôvodu je používaný predovšetkým pre uloženie do zeme pre primárne siete televíznych káblových rozvodov. Jeho nevýhodou je vysoká horľavosť a slabá odolnosť proti šíreniu plameňa.
HFFR (bezhalogénové) materiály sa používajú v prostrediach vyžadujúcich zníženú horľavosť a bezhalogénovosť. Predovšetkým sú to káblové rozvody v rámci interiérov budov s legislatívnou požiadavkou na bezhalogénovosť, nehorľavosť a zníženú dymivosť. Nevýhodou je menšia odolnosť proti vlhkosti.

Existujú aj špeciálne konštrukcie koaxiálnych káblov, kedy je základný koaxiál kombinovaný s ďalším konštrukčným prvkom. Napríklad pre zabezpečenie samonosnej verzie môže byť kábel doplnený o nosné oceľové lano ktoré je v rámci osmičkovej konštrukcie pripojené ku koaxiálu. Taktiež môžu byť ku káblu pripojené či už pod plášťom alebo v tvare osmičky iné typy káblov, napríklad ovládacie žily pre riadenie kamery prípadne natáčanie satelitnej paraboly.

Koaxiálny kábel VCEOY 50-7,25 typ RG 213

50 ohm kábel s priemerom nad izoláciou 7,25 mm, lanované Cu jadro, PE izolácia, tienenie Cu opletenie, PVC plášť

Koaxiálny kábel RG6/Cu/LSZH/5 (VCCJE-R 75-4,8) typ RG 6

75 ohm kábel s priemerom nad izoláciou 4,8 mm, plné Cu jadro, penová PE izolácia, kombinované tienenie Al/PET fólia + CuSn opletenie, LSZH plášť

Koaxiálny kábel VCCKY 75-4,8 typ RG 6

75 ohm kábel s priemerom nad izoláciou 4,8 mm, plné Cu jadro, penová PE izolácia, kombinované tienenie Al/PET fólia + CuSn príložné drôtiky + Al/PET fólia, PVC plášť

Koaxiálny kábel VCCKE 75-4,8 typ RG 6

75 ohm kábel s priemerom nad izoláciou 4,8 mm, plné Cu jadro, penová PE izolácia, kombinované tienenie Al/PET fólia + CuSn príložné drôtiky + Al/PET fólia, PE plášť

Koaxiálny kábel VBFAM 50-1,6 typ RG 188

50 ohm kábel s priemerom nad izoláciou 1,6 mm, lanované CuAg jadro, FEP izolácia, CuAg opletenie, PVC plášť

Ing. Rastislav Valach, VUKI a.s. Bratislava