Break (Magazyn CB)/Numer 9/O kablach antenowych słów kilka

Artykuł
Autor	Jerzy Plieth
Data publikacji	listopad 1993
Miejsce publikacji	Break (Magazyn CB)/Numer 9

Trochę starsi wiekiem Czytelnicy pamiętają zapewne czasy, kiedy jedyną metodą łączenia odbiornika TV z anteną było stosowanie linii symetrycznej. Linia ta, aczkolwiek mająca swoje zalety (bardzo małą cenę przy jednoczesnym niskim tłumieniu) posiadała jednak wady na tyle uciążliwe, że prowadzono ciągłe prace zmierzające do zmniejszenia kosztów produkcji linii współosiowej. Linia taka była efektem przekształcenia linii symetrycznej - jeden z przewodów linii dwuprzewodowej otoczył sobą jakby rurowym ekranem drugi przewód umieszczony w geometrycznym środku tego "ekranu". Początkowo linia taka była stosowana tylko na falach UHF, lub w technice nadawczej, zapewniała bowiem przesyłanie energii w.cz. bez szkodliwego promieniowania w otoczenie. Współcześnie, dzięki rozwojowi technologii produkcji zmniejszono koszty linii współosiowej na tyle, że ma ona naprawdę powszechne zastosowanie. Pomimo tego jej cena (w specjalnych wykonaniach szczególnie wysoka) jest nadal jej główną wadą.

Parametry kabli współosiowych

Współśrodkowo umieszczony przewód wewnętrzny ma postać pełnego drutu lub giętkiej plecionki, a utrzymywany jest w równomiernej odległości od zewnętrznego ekranu różnymi metodami. W tańszych rozwiązaniach (z którymi my radioamatorzy najczęściej mamy do czynienia) całe wnętrze rurki wypełnia niskostratny na wysokich częstotliwościach materiał izolacyjny. W droższych zaś żyła wewnętrzna kabla utrzymywana jest centralnie przez krążki lub koraliki rozmieszczone co jakiś odcinek równomiernie wzdłuż całej linii. Ponieważ straty w kablu współosiowym zależą od jakości materiału izolacyjnego zawartego pomiędzy żyłą środkową a ekranem, toteż w tym drugim przypadku ze względu na lepsze parametry wysokoczęstotliwościowe powietrza, straty w kablu są mniejsze. Z kolei jakość zewnętrznego ekranu (jego gęstość) ma wpływ na skuteczność ekranowania, czyli na ilość wypromieniowanej przez kabel na zewnątrz mocy. Kable wysokiej jakości mają często ekran podwójny, lub (albo dodatkowo) wykonany z folii miedzianej. Należy zwrócić jednak uwagę, że im mniej "przezroczysty" jest kabel współosiowy, czyli im lepiej jest ekranowany, tym jest on sztywniejszy, a więc mniej wygodny w eksploatacji. W szczególnych przypadkach ekranem zewnętrznym jest cienkościenna rurka miedziana. Kabel taki nosi nazwę linii półsztywnej ze względu na to, że można go wyginać tylko w niewielkim stopniu. Generalnie, wszystkie kable współosiowe (acz dotyczy to przede wszystkim kabli wysokiej jakości) pogarszają swoje parametry elektryczne wskutek częstego zginania oraz zginania po małych promieniach gięcia. Toteż nie zdziwmy się, jeśli w danych technicznych kabla znajdziemy parametr czysto mechaniczny - minimalny promień gięcia. Świadczy to tylko bardzo dobrze tak o samym kablu jak i jego wytwórcy.

Prawdopodobnie najbardziej znanym parametrem kabla współosiowego (choć niewielu naprawdę wie, co on oznacza) jest impedancja falowa. W praktyce waha się ona od 40 do 100 Ω, acz w normalnym sklepie trudno byłoby zapewne kupić kabel o innej impedancji niż 50 lub 75 Ω. Skąd wzięły się te wartości? Historycznie starsza jest wartość 75 Ω. Oczywiście nie wzięto tej liczby z sufitu, a wybór taki podyktowała życiowa konieczność. Uświadommy sobie, że większość opracowanych i produkowanych niegdyś anten RTV miała impedancję wejściową równą od 280 do 300 Ω, czyli dostosowaną do impedancji powszechnie stosowanych dwuprzewodowych linii symetrycznych. Ponieważ konstrukcyjnie najprostszy jest transformator impedancji 1:4, toteż aby nie złomować całej masy już wyprodukowanych, albo będących w magazynach anten, wystarczyło zastosować taki transformator oraz kabel o impedancji falowej od 70 do 75 Ω, aby i wilk był syty i owca cała.

W tym momencie należy powiedzieć jak definiowana jest impedancja falowa linii koncentrycznej. Otóż nie wdając się w szczegółowe wzory, wystarczy powiedzieć, że jest ona wprost proporcjonalna do ilorazu D/d, gdzie D oznacza średnicę zewnętrzną ekranu (oplotu), a d średnicę żyły wewnętrznej. Jak stąd widać, przy założonej średnicy zewnętrznej kabla średnica żyły wewnętrznej jest niejako automatycznie ściśle określona. Dopóki kabel przenosił tylko sygnały TV o znikomej z założenia amplitudzie, wszystko "grało". Problemy zaczęły się gdy zaczęto go stosować w radiokomunikacji. Otóż przy większych mocach nadajników pojawiła się konieczność prze noszenia przez linię antenową większych prądów. Stosowane do tej pory kable 70 Ω miały żyły wewnętrzne o zbyt małej średnicy - z kolei nie można było zwiększać tejże nie zwiększając jednocześnie średnicy zewnętrznej (dla zachowania niezmienionej impedancji falowej). Rozwiązanie nasunęło się samo - należało zmniejszyć impedancję falową stosowanych kabli. I tak też uczyniono. Pierwotnie do wartości 60 Ω, następnie gdy i to nie wystarczało do 50 Ω. Być może będziemy w przyszłości świadkami kolejnej zmiany. Współcześnie nic jednak na to nie wskazuje i chyba jeszcze długo będziemy używali naszego rodzimego, poczciwego WL50, o najrzadszym chyba ekranie na świecie. Aż dziw, że nie wpisał się z tego powodu do Księgi Guiness'a.

Obok impedancji falowej drugim ważnym parametrem kabla współosiowego jest tłumienność. Musimy mieć świadomość, że każdy kabel pomimo obustronnego zakończenia go opornością równą impedancji falowej (pomimo dopasowania), będzie wnosił straty przenoszonego sygnału proporcjonalne do jego częstotliwości. Straty te spowodowane są chociażby skończoną opornością omową drutów, z których kabel jest wykonany, czy też zjawiskiem naskórkowości. Generalnie, nie wdając się w szczegóły technologiczne można powiedzieć, że im większa średnica kabla, tym mniejsza jego tłumienność. Jest to spowodowane tym, że z powodu zjawiska naskórkowości prądy w kablu o dużej średnicy płyną po większych powierzchniach, czyli natrafiają na mniejsze opory.

Trzeba mieć też świadomość, że tak samo jak przy wspólnej nazwie "piwo" możemy raz trafić na boski nektar, innym zaś razem na płyn przy którym popłuczyny mogą wydawać się niezłą alternatywą, tak nie zawsze hasło RG58 oznacza ten mim kabel.

Są lepsi i gorsi producenci kabli współosiowych - są też tacy, którzy robią wyłącznie kable do celów laboratoryjnych. Mają one nawet tolerancję impedancji falowej, a co za tym idzie odpowiednią cenę. Podkreślam to dlatego, aby podobnie jak to miało miejsce w przypadku artykułu o złączach w.cz. uświadomić Czytelnikom, że istnieją takie zastosowania, gdzie oszczędzanie pieniędzy poprzez kupno kabla pochodzącego od nieznanego producenta jest czynem mało rozważnym. I nie pomoże tutaj pomiar jakiejś próbki w zaprzyjaźnionym laboratorium. Kiepski kabel charakteryzuje się bowiem niestałością parametrów. Na początku rolki może mieć diametralnie różne parametry niż na jej końcu.

Na zakończenie kilka słów o tzw. współczynniku skrócenia. Otóż na skutek tego, że zazwyczaj stosuje się w kablu dielektryk (izolator) inny niż powietrzny, prędkość rozchodzenia się fali w takim kablu odbiega od tej, jaka jest w powietrzu. Konkretnie jest ona mniejsza tyle razy, ile wynosi odpowiedni współczynnik zależny od stałej dielektrycznej zastosowanego w kablu izolatora. Współczynnik ten można wyliczyć ze wzoru:

$k_{v}=\varepsilon ^{-{\frac {1}{2}}}$

gdzie ε - stała dielektryczna

W praktyce współczynnik ten waha się od 0.56 do 0.88 i oznacza różnicę pomiędzy długością elektryczną a fizyczną kabla.

O tym jednak opowiemy w kolejnym numerze BREAKA.