3.2. Электрические кабели связи

Основой электрических кабелей являются металлические проводники (жилы), изготавливаемые преимущественно из меди, которая имеет высокую электропроводность. Поэтому часто электрические кабели именуют медно-жильными или просто медными. Медь — дорогой материал, поэтому кроме меди могут использоваться и другие материалы, например алюминий, который имеет худшую электропроводность [3,5].

Большое распространение в технике связи получили симметричные кабели типа «витая пара». Основу этих кабелей составляют витые пары из одножильной медной проволоки с изоляцией из полипропилена или тефлона. Существуют кабели с различным числом пар, но наибольшее распространение имеет кабель с четырьмя витыми парам. Шаг скрутки может сильно отличаться у различных производителей и варьируется от 15 до 30 мм. В зависимости от шага скрутки кабели подразделяются на разные категории. Существует два основных типа кабелей:

1) неэкранированные (термин UTP в англоязычной литературе);

2) экранированные (термины FTP, STP, SFTP в англоязычной литературе).

Неэкранированный кабель более прост по конструкции, хотя в последе время в связи с разработкой новых стандартов появился UTP кабель, который содержит дополнительный элемент – центральный разделитель. Этот разделитель позволяет зафиксировать витые пары и уменьшить затухание. К настоящему моменту можно выделить три основных типа экранированного кабеля типа «витая пара»:

1) кабель, экранированный фольгой;

2) кабель, экранированный фольгой и оплеткой;

3) кабель с индивидуальным экранированием пар.

В соответствии со стандартом ISO 11801 2002 введено обозначение типов кабеля, которое позволяет однозначно идентифицировать кабель. Обозначение состоит из двух частей — первая часть отвечает за общую оболочку кабеля, вторая за конструкцию витой пары (рис. 3.1.).

Рис. 3.1. Обозначение типов кабеля витая пара (SF/UTP – кабель с общим

экраном из фольги и оплетки, каждая пара без экрана)

Наибольшее применение в практике монтажа находит кабель, экранированный фольгой. Фольга либо с нахлестом накручивается на пары, либо сваривается в единую оболочку. В любом случае в таком кабеле присутствует дренажный провод, который страхует от разрывов фольги и обеспечивает электрическую непрерывность экрана. В качестве дренажного провода обычно используется одножильный луженый медный провод диаметром 0,5 мм. Около 90% всех используемых экранированных кабелей приходится именно на этот тип.

Дополнительно, кроме фольги, может использоваться оплетка из медной луженой проволоки. Такая оплетка обеспечивает как электрическую непрерывность экрана, так и дополнительное экранирование кабеля. Дренажный провод в таких случаях, как правило, отсутствует. Такой кабель обладает лучшими характеристиками и более надежным подключением в разъем.

Дальнейшее увеличение требований к полосе пропускания привели к разработке 100-омного кабеля типа «витая пара» с индивидуальным экранированием каждой пары. Каждая пара заключена в экран из фольги, а все пары вместе находятся в общей оплетке из луженой, медной проволоки. Эти кабели разрабатываются для использования в кабельных системах. Большого практического применения этот кабель в настоящее время не имеет.

Для связи АТС с абонентами используются симметричные низкочастотные кабели с количеством витых пар до 2400. По трассе многопарные кабели разветвляются, завершаясь десятипарными, которые заводятся в распределительные коробки. К последним двухжильными проводами (в обиходе «лапша») присоединяются оконечные абонентские устройства — телефоны, факсы, модемы или офисные АТС.

Коаксиальные кабели в отличие от витой пары — несимметричные. Один проводник (центральная жила) размещается внутри другого (оплетка или трубка).

Главным достоинством коаксиальных кабелей является их высокая помехозащищенность, которая тем больше, чем выше частота передаваемых сигналов. Это объясняется тем, что центральная жила такого кабеля находится в окружении диэлектрика, а оплетка служит для нее экраном. Поэтому коаксиальный кабель способен передавать в десятки раз больше телефонных разговоров, чем симметричный. Правда для этого сопротивление генератора сигнала и сопротивление нагрузки должны быть равны волновому сопротивлению кабеля. Данное условие называют согласованием. Волновые сопротивления кабелей находятся в пределах от 50 до 300 Ом. Волновое сопротивление коаксиальной линии вычисляется по формуле:

,

где L и С — погонные (на единицу длины) индуктивность и емкость линии.

Погонное время задержки линии вычисляется как:

.

При отсутствии согласования в линиях наблюдаются отражения сигнала, как на входе, так и на выходе, что сильно искажает форму сигнала. Именно поэтому согласование необходимо и должно обеспечиваться достаточно точно.

Наибольшее применение имеют коаксиальные кабели среднего (2,6/9,5 мм) и малогабаритного (1,2/4,6 мм) типов. В ряде случаев используют комбинированные конструкции кабелей, состоящие из 4, 6, 8 коаксиальных пар среднего типа и 4, 6 малогабаритных пар. Средние коаксиальные пары предназначены для организации многоканальной связи и телевидения на большие расстояния между оконечными пунктами и крупными узлами связи, а по малогабаритным парам организуются распределительные каналы между промежуточными пунктами и городскими, расположенными по трассе магистрали. В России применяются коаксиальные кабели среднего типа КМ-4, малогабаритные МКТ-4 и комбинированные КМ-8/6 (в числителе указано число коаксиальных пар среднего типа, в знаменателе — число малогабаритных пар). Оболочки изготовляются из свинца и алюминия. Для удобства пользования и классификации кабелей используется специальная маркировка (рис. 3.2.).

Рис. 3.2. Маркировка коаксиальных кабелей

Известны также конструкции микрокоаксиальных кабелей, которые содержат 4, 7, 19 и более тонких коаксиальных пар (0,7/2,9 мм.) и используются для организации 300 аналоговых каналов до 1,3 МГц или 30—120 цифровых каналов в диапазонах 2...8,5 Мбит/с. Микрокабели предназначены для городской и пригородной связи.

Большие коаксиальные пары представляют собой, как правило, одну пару большого размера (7/27, 11/40 и др.). Они предназначаются для организации большого числа каналов на главных направлениях связи. Кабели предполагается использовать для систем передачи на 50 000 или 100 000 телефонных каналов в диапазоне 300 и 600 МГц соответственно.

Магистральный коаксиальный кабель КМ-4 типа 2,6/9,5 содержит четыре коаксиальных пары и пять звездных четверок. Каждая коаксиальная пара состоит из внутреннего медного проводника диаметром 2,6 мм и внешнего проводника в виде медной трубки диаметром 9,5 мм с одним продольным швом. Коаксиальная пара имеет изоляцию из полиэтиленовых шайб толщиной 2,2 мм с расстоянием между ними 25 мм. Поверх внешнего проводника расположен дополнительный экран в виде двух мягких стальных лент толщиной 0,15...0,2 мм, который покрывается одним - двумя слоями кабельной бумаги. Кабель имеет свинцовую оболочку и обычные броневые покровы и маркируется КМБ, КМГ, КМК. Кабель типа 2,6/9,4 используется в основном по однокабельной системе.

Основные электрические характеристики коаксиальной пары 2,6/9,4: номинальное волновое сопротивление — 75 Ом; коэффициент затухания на частоте 1 МГц равен 2,48 дБ/км; испытательное напряжение 3,7 кВ постоянного тока.

Коаксиальные кабели в алюминиевых оболочках КМА-4 и КМЭ-4 отличаются от кабелей КМ-4 только типом оболочки. В кабелях КМА-4 применяется алюминиевая оболочка толщиной 1,5 мм. В кабелях КМЭ-4 — комбинированная двойная оболочка, состоящая из алюминиевой толщиной 1 мм и свинцовой толщиной 1,3 мм, наложенной непосредственно поверх алюминиевой оболочки. Эти кабели имеют повышенные экранирующие свойства и предназначены для прокладки в районах высокой грозодеятельности и на участках сближения с ЛЭП. Коэффициент защитного действия этих кабелей составляет 0,1...0.14 мм.

Малогабаритные коаксиальные кабели 1,2/4,6 предназначены для строительства кабельных магистралей ограниченной протяженности, устройства глубоких вводов радиорелейных линий и обеспечения областных связей. Достоинствами этих кабелей являются простота конструкции, дешевизна и технологичность их изготовления. Наибольшее применение получил четырех коаксиальный малогабаритный кабель. Он может изготавливаться в свинцовой (МКТС-4) и алюминиевой (МКТА-4) оболочках. Сердечник кабеля во всех случаях идентичный.

Внутренний проводник этого кабеля — медный, диаметром 1,2 мм. Изоляция — воздушно-полиэтиленовая, баллонного типа. Внешний проводник — медный, с продольным швом, толщиной 0,1 мм. Экран выполнен из двух стальных лент толщиной по 0,1 мм. Четыре коаксиальных пар скручивают вместе с пятью сигнальными парами диаметром 0,5 мм и покрывают поясной изоляцией. Снаружи располагаются свинцовая оболочка и соответствующий броневой покров. Строительная длина 500 м. Волновое сопротивление кабеля 75 Ом. Коэффициент затухания на частоте 1 МГц равен 5,33 дБ/км.

Переходное затухание на ближнем и дальнем концах строительной длины на частоте 60 кГц не менее 104 дБ. Электрическая прочность изоляции переменному току 2000 В. Кабель МКТ-4 применяется для 300-канальной системы высокочастотной связи (К-300) в диапазоне 60... 1300 кГц. Система связи — четырехпроходная, однополосная. Известны конструкции малогабаритных коаксиальных кабелей, имеющих 1, 4, 6, 8, 12 пар.

Комбинированные коаксиальные кабели содержат средние пары 2,6/9,5 мм, малогабаритные коаксиальные пары 1,2/4,6 мм и симметричные группы.

Комбинированные кабели позволяют:

- организовывать мощные пучки телефонных каналов и телевизионную передачу на большие расстояния по коаксиальным парам 2,6/9,5 мм;

- обеспечивать распределительные каналы для связи между городами и промежуточными пунктами, расположенными по магистрали, по коаксиальным парам 1,2/4,6 мм;

- организовывать служебную связь и телесигнализацию по симметричным парам и четверкам.

Кабель КМ-8/6 содержит: восемь коаксиальных пар 2,6/9,5 мм; шесть коаксиальных пар 1,2/4,6 мм; одну четверку; восемь симметричных пар и шесть отдельных жил. Все симметричные пары, четверки и отдельные проводники имеют медные жилы диаметром 0,9 мм с трубчато-полиэтиленовой изоляцией. Строительные длины комбинированных коаксиальных кабелей 490 м.

Электрические характеристики коаксиальных пар комбинированных кабелей аналогичны характеристикам кабеля КМБ-4 для пар 2,6/9,5 и кабеля МКТ-4 для пар 1,2/4,6.

Для связи АТС между собой, а также в междугородной связи широко используются как высокочастотные симметричные кабели, так и коаксиальные.