Состояние производства радиочастотных коаксиальных кабелей и его перспективы

Радиочастотные коаксиальные кабели (РК), безусловно, являются кабелями связи, но в силу присущих им особенностей (конструкций, нормируемых параметров, областей применения и т.п.) выделены в отдельную группу и в кабельном производстве являются отдельным направлением.

Аналогично тому, как в советские времена было принято соотносить уровень производства с 1913 годом, так в производстве радиочастотных кабелей мы можем вести отсчет с 1991 года, когда совокупный объем произведенных кабелей составил 283,2 тыс. км. Начиная с 1992 года, по данным, предоставленным Ассоциацией «Электрокабель», объем производства радиочастотных коаксиальных кабелей в странах СНГ непрерывно падал и достиг своего минимума (30,9 тыс. км) в 1998 году, то есть снизился более чем в 9 раз. После дефолта производство стало медленно восстанавливаться (рис. 5). Обращая внимание на изменения, произошедшие в производстве радиочастотных коаксиальных кабелей за последние годы, следует отметить появление новых производств, непрофильных для тех заводов, где они появились. Это такие предприятия, как «Самарская кабельная компания» (г. Самара) и «Кирскабель (г. Кирс). В то же самое время прекратилось производство коаксиальных кабелей на заводе «Электропровод», на котором эти кабели начали производить впервые в начале 40-х годов.

По имеющимся у Ассоциации «Электрокабель» данным, в России за последние годы значительно возрос импорт радиочастотных кабелей из стран дальнего зарубежья. Так, объем ввозимого кабеля с 15,1 млн. долл. в 2003 году возрос до 27,7 млн. долл. в 2004 году (табл. 7). Как следует из таблицы, за последние три года более чем в 3 раза возрос зафиксированный таможенными органами импорт радиочастотных коаксиальных кабелей из Китая, при этом есть информация о поступлении из Китая кабелей, не прошедших таможенное декларирование.

Рис.5. Объем производства (2), импорта (3) и потребления (1) радиочастотных кабелей

(построено на основании обработки данных, представленных Ассоциацией «Электрокабель»)

Таблица 7

Радиочастотные кабели имеют самую низкую по сравнению с другими группами кабельных изделий ввозную таможенную пошлину – 5 %, и это в значительной мере затрудняет восстановление и развитие отечественного производства. Используя представленные в табл. 7. данные, с достаточной для качественного анализа достоверностью можно подсчитать объем завозимого из зарубежных стран кабеля. Так, из Китая везут в основном кабель типа RG 6 по средней цене 10–15 центов за метр, поэтому ориентировочный объем официально поступившего из этой страны кабеля в 2004 году составил порядка 50–55 тыс. км. Из Германии, Финляндии и частично из США в 2004 году завозились относительно дорогие кабели для сотовых станций мобильной телефонной связи по цене 3,5–4 долл. США за метр, и этот объем можно оценить в 2500–3000 км и т.д. Оцененные таким образом объемы импортируемых кабелей представлены на рис. 5. в виде кривой 3. Используя эти данные, совокупный объем потребления РК можно представить в виде кривой 1 (суммарный объем производимого и завозимого кабеля). Если тенденция с импортом РК сохранится (на рис. 5 этот возможный вариант развития событий показан пунктирной линией), то темпы роста объемов производства в России вряд ли изменятся.

В настоящее время поставщики радиочастотных коаксиальных кабелей из Китая практически заняли наиболее массовый сегмент рынка – это абонентские телевизионные кабели. Основным преимуществом китайских кабелей для нашего потребителя является их относительно низкая цена, которая обусловлена дешевизной рабочей силы в КНР, максимальным удешевлением стоимости материалов конструкции кабеля, где в качестве внутреннего проводника может быть использована сталемедная проволока (стальная проволока, покрытая тонким слоем меди), а оплетка, выполняющая функции внешнего проводника, может быть выполнена из алюминиевых проволок. Надо отметить, что из Китая могут поставляться как коаксиальные кабели с весьма низким уровнем экранного затухания и увеличенными потерями на низких частотах (в силу чрезмерной экономии меди), так и кабели, по качеству не уступающие лучшей продукции европейских производителей. В последнем случае цена качественного китайского кабеля с медным внутренним проводником и относительно плотной оплеткой из медных луженых проволок ненамного ниже европейской. Однако поскольку из Китая ввозят главным образом дешевый кабель, облегчить жизнь отечественным производителям может только увеличение таможенной пошлины на импортируемые радиочастотные коаксиальные кабели и, возможно, введение требований для поставщиков по соответствию кабелей определенному уровню основных нормируемых параметров, аттестации их в независимых сертификационных центрах.

Несмотря на решение таможенных проблем, перспектива развития производства радиочастотных коаксиальных кабелей будет зависеть от конкурентоспособности отечественных кабелей, полноты и широты удовлетворения существующего спроса.

Основная масса радиочастотных коаксиальных кабелей в нашей стране производится по марочным ГОСТам или марочным ТУ, разработанным на основе общих технических требований по ГОСТ 11326.0–78. Четверть века назад указанный ГОСТ вполне соответствовал уровню требований зарубежных стандартов, и в частности стандарту Международной электротехнической комиссии (МЭК). Выпускаемые кабели включают широкий диапазон конструкций: от субминиатюрных с диаметром по изоляции, составляющим доли миллиметра, до крупногабаритных диаметром 75 мм. Большая часть коаксиальных кабелей имеет сплошную полиэтиленовую изоляцию, однопроволочный или многопроволочный внутренний проводник, внешний проводник в виде оплетки медными проволоками и оболочку из полиэтилена или поливинилхлорида (рис. 6).

Рис. 6. Радиочастотные кабели со сплошной полиэтиленовой изоляцией

Эти кабели производят многие кабельные заводы уже в течение длительного времени. Кабели повышенной теплостойкости имеют проводники из медной посеребренной проволоки и изоляцию из фторопласта (рис. 7). Теплостойкие коаксиальные кабели в настоящее время производят два предприятия – ОКБ КП (город Мытищи) и завод «Чувашкабель» (город Чебоксары). Два предприятия – ОКБ КП и «Севкабель–Холдинг» владеют производством полужестких кабелей – коаксиальных кабелей с внешним проводником в виде гофрированной медной трубки. Значительная часть имеющейся номенклатуры радиочастотных коаксиальных кабелей в последнее время производится в ограниченном объеме.

Рис.7. Теплостойкие радиочастотные кабели со фторопластовой изоляцией

В части потребления кабелей наибольший спрос как 10–15 лет назад, так и сейчас приходится на коаксиальные кабели для телевидения, а именно на кабели абонентские, распределительные и субмагистральные. Еще десятилетие назад для сетей кабельного телевидения использовались магистральные кабели, но в настоящее время магистральные линии предпочитают прокладывать оптическим кабелем. Поэтому потребность в магистральном кабеле для систем кабельного телевидения значительно снизилась. В последние годы существует постоянная потребность в кабелях для систем видеонаблюдения. С конца 90-х годов начала бурно развиваться мобильная телефонная связь, что потребовало применения для сотовых станций полужестких радиочастотных кабелей со вспененной полиэтиленовой изоляцией. Однако подобные кабели в СНГ не производятся, поэтому полностью поставляются зарубежными производителями, такими как RFS (Германия), Andru (США), NK-Cables (Финляндия). Кроме того, RFS с целью минимизации своих издержек организовало производство кабелей для фидеров сотовых станций в городе Балабаново Калужской области.

С развитием техники и расширением сферы применения радиочастотных кабелей меняются и требования к ним. Условно частотным диапазоном использования коаксиальных радиочастотных кабелей считалась полоса частот от 1 МГц до 30 ГГц. Поскольку в настоящее время парные симметричные кабели для передачи данных работают на частотах до 1000 МГц, то в новой редакции стандарта МЭК 61196–1 понятие «кабели радиочастотные» трансформировалось в определение «коаксиальные кабели связи». Второе издание стандарта МЭК начало публиковаться с мая 2005 года отдельными частями под общим названием «Коаксиальные кабели связи»:

МЭК 61196–1: Общие технические условия –

Общие положения, определения и требования.

МЭК 61196–1–1: Утверждение и обоснование возможности производства коаксиальных кабелей.

МЭК 61196–1–1ХХ: Методы электрических испытаний.

МЭК 61196–1–2ХХ: Методы климатических испытаний.

МЭК 61196–1–3ХХ: Методы механических испытаний.

МЭК 61196–1–4ХХ: Методы испытаний электромагнитной совместимости.

МЭК 61196–4: Групповые технические условия на излучающие кабели.

МЭК 61196–5: Групповые технические условия на магистральные и распределительные кабели для кабельного телевидения.

МЭК 61196–5–1: Форма частных технических условий (ЧТУ) на магистральные и распределительные кабели для кабельного телевидения.

МЭК 61196–6: Групповые технические условия на абонентские кабели для кабельного телевидения.

МЭК 61196–6–1: Форма ЧТУ на абонентские кабели для кабельного телевидения.

Не все части стандарта еще опубликованы, но в целом можно сказать, что содержание публикуемых документов повторяет основные положения стандарта МЭК 61196–1 предыдущего издания 1995 года с некоторыми изменениями и дополнениями. Из стандарта первого издания исключены парные симметричные кабели, которые представлены в отдельном стандарте МЭК 11801. Если сопоставить общие технические требования и методы испытаний действующего ГОСТ 11326.0–78 со стандартом МЭК 61196, опираясь на первое издание 1995 года и частично вышедшие части издания 2005 года (табл. 8), то даже при беглом рассмотрении требований можно отметить, что в стандарте МЭК сделан упор на методы испытаний применяемых материалов и элементов конструкции кабелей, тогда как в ГОСТе есть специфические требования, которые не нашли отражения в стандарте МЭК, например стойкость к климатическим и биологическим факторам. Особое внимание следует обратить на методы контроля электрических параметров. В стандарте МЭК появились новые параметры, такие как, например, обратные потери при передаче импульсных сигналов различной формы; прописаны три метода контроля эффективности экранирования, что говорит о важности контроля этого параметра при производстве коаксиальных кабелей.

Таблица 8

Сравнение методов испытаний радиочастотных кабелей
ГОСТ 11326.0–78	МЭК 61196
Материал и конструкция кабеля
Внешний осмотр Размеры	Внешний осмотр Размеры Овальность Эксцентриситет изоляции Испытание серебряного покрытия Содержание сажи Выделение галогеносодержащих кислотных газов Кислородный индекс Потеря массы ПВХ-пластиката Прочность при растяжении и относительное удлинение после разрыва токопроводящей жилы Прочность при растяжении и относительное удлинение при разрыве токопроводящей жилы (для сталемедных жил) Испытание плакированных медью металлов на скручивание Прочность при растяжении и относительное удлинение для пластмасс Паяемость
Механические и теплофизические характеристики
Стойкость к перегибам Стойкость к перемоткам Стабильность размеров (текучесть полиэтиленовой изоляции)	Адгезия изоляции и оболочки Стойкость к изгибу Стойкость к изгибу при низкой температуре Прочность кабеля при растяжении Стойкость к раздавливанию Стойкость изоляции к тепловой деформации Стойкость к тепловому удару Поведение при нагреве (для полужестких кабелей) Стабильность размеров Стойкость к истиранию
Стойкость к внешним воздействующим факторам
Стойкость к акустическому шуму Стойкость к синусоидальной вибрации Стойкость к механическому удару одиночного действия Стойкость к механическому удару многократного действия Стойкость к линейному ускорению	Стойкость к растрескиванию под напряжением Испытание на нераспространение горения одиночно проложенного кабеля Испытание на нераспространение горения пучка кабелей
Стойкость к климатическим и биологическим факторам
Повышенная температура Пониженная температура Пониженное атмосферное давление Повышенное атмосферное давление Повышенная влажность воздуха Изменение температуры от максимальной рабочей температуры при эксплуатации до пониженной температуры окружающей среды Стойкость к инею Солнечная радиация Соляной туман Стойкость к минеральному маслу, соленой воде и бензину Озоностойкость Стойкость к динамической пыли	Требования не предъявляются
Электрические характеристики
Электрическое сопротивление проводников Электрическое сопротивление изоляции Электрическая емкость и емкостная асимметрия Температурный коэффициент емкости (стабильность емкости) Электрическая прочность изоляции и оболочки Частичный разряд в изоляции Среднее значение волнового сопротивления Неоднородность волнового сопротивления по длине Неравномерность волнового сопротивления Коэффициент укорочения длины волны Температурный коэффициент фазы (стабильность коэффициента фазы) Коэффициент затухания Стабильность коэффициента затухания Температурный коэффициент затухания: сопротивление связи (метод триаксиальной линии) Потери на связь Напряжение начала внутренних разрядов в изоляции Номинальная мощность Сопротивление связи	Электрическое сопротивление проводников Электрическое сопротивление изоляции Электрическая емкость и емкостная ассимметрия Стабильность емкости Электрическая прочность изоляции и оболочки Частичный разряд в изоляции – в стадии рассмотрения Среднее значение волнового сопротивления Относительная скорость распространения Электрическая длина и фазовая задержка Стабильность коэффициента фазы Неравномерность волнового сопротивления Коэффициент затухания Искажения передачи Обратные потери при передаче импульсного сигнала Обратные потери при передаче сигнала формы ступенчатой функции Обратные потери при импульсном / ступенчатом сигнале при использовании быстрого преобразования Фурье Номинальная мощность Эффективность экранирования: сопротивление связи (метод инжекционной линии); сопротивление связи (метод триаксиальной линии); проводимость емкостной связи; затухание экранирования (метод поглощающих зажимов); помехи, вносимые при механическом воздействии
Указания по установлению пределов сопротивления связи затухания экранирования
Не имеются	Имеются

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.