Энергетический потенциал системы радиосвязи во многом определяется характеристиками антенно-фидерного тракта, существенную часть которого в частотных диапазонах мобильной связи (130 - 1900 МГц) составляют радиочастотные коаксиальные кабели. Главным назначением фидера является передача сигнала от базовой станции к антенне с минимально возможными потерями и искажениями. Исходя из этого, при выборе кабеля предпочтение отдается прежде всего кабелям с малыми коэффициентами затухания и отражения (с высокой стабильностью волнового сопротивления).

Более 50 лет назад в нашей стране (в 1942 г. на заводе "Электропровод", Москва) были разработаны коаксиальные кабели со сплошной изоляцией и внешним проводником в виде оплетки из тонких проволок. В последующем производство радиочастотных кабелей приобрело широкий размах и, начиная с 70-х годов, многие кабели разрабатывалась в соответствии с Рекомендациями Международной электротехнической комиссии (МЭК). В связи с этим отечественные и зарубежные кабели со сплошной изоляцией из полиэтилена с внешним проводником в виде оплетки аналогичны по своим параметрам. Вместе с тем, отечественные кабели изготавливаются преимущественно с защитной оболочкой из светостабилизированного полиэтилена, что обеспечивает температуру эксплуатации от минус 60 до плюс 85 °С, наработку при максимальной температуре 10 тыс. часов и срок службы 15 лет, в отличие от зарубежных аналогов с оболочкой из поливинилхлоридного пластиката с температурой эксплуатации от минус 40 до плюс 70 °C, наработкой 4 тыс. часов и сроком службы 8 лет.

Радиочастотные кабели с изоляцией из сплошного диэлектрика, с внешним проводником в виде оплетки обладают высокой гибкостью, стойкостью к перегибам и перемоткам, а также влагостойкостью. Основным их недостатком является высокий уровень затухания. Поэтому с целью снижения потерь изыскивались другие конструкции внешнего проводника и изоляции.

Проблема снижения затухания и обеспечение эксплуатационных характеристик (удобство свертывания и развертывания, прокладки при произвольном взаимном размещении передатчика, приемника и антенны и т. д.) была решена в 70-е годы, когда была разработана технология изготовления внешних проводников кабелей из сварной медной гофрированной ленты большой длины методом аргонно-дуговой сварки.

Реализация этой технологии дала возможность существенно снизить потери в кабелях за счет применения не только сплошного внешнего проводника, но и воздушной изоляции с объемом диэлектрика всего 5 - 10 % и практически достичь теоретически минимального затухания идеализированной полой коаксиальной линии с гладкими проводниками. Кабели с гофрированными проводниками из сварной трубки обладают приемлемой гибкостью, стойкостью к перемоткам, устойчивостью к влиянию внешней среды и т. п. Дополнительным преимуществом описываемой технологии явилась возможность создания крупногабаритных кабелей с диаметром по изоляции более 200 мм для передачи высоких мощностей.

Конструкции кабелей, выпускаемых отечественной промышленностью, содержат внутренний проводник в виде медной проволоки или трубки, на который спирально намотан кордель из полиэтилена или фторопласта, поверх которого наложен внешний проводник в виде медной гофрированной трубки. Внешний проводник защищен оболочкой из светостабилизированного полиэтилена, стойкого к ультрафиолету и воздействию перепадов температур от минус 60 до плюс 85 °С. Конструкция кабеля показана на рис. 1, данные по характеристикам приведены в табл. 1 и 2.

Сравнение этих данных с данными аналогичных по размерам кабелей, но со сплошной изоляцией и внешним проводником в виде оплетки, показывает, что по значению коэффициента затухания и уровню передаваемой мощности кабели с гофрированным внешним проводником и воздушной изоляцией существенно лучше. Так, например, на частоте 1800 МГц; кабель РК50-17-51 (табл. 1) имеет коэффициент затухания 0,077 дБ/м и допустимую мощность 1,1 кВт, а кабель РК50-17-17 - 0,238 дБ/м и мощность 350 Вт. Обычно фидерный тракт имеет длину 50 - 150 м. Применение на частоте 1800 МГц кабеля РК50-17-51 по сравнению с кабелем РК 50-17-17 на длине 100 м дает выигрыш в 16,1 дБ (40 раз по мощности).

Сравнение данных табл. 1 и 2 с данными по другим кабелям со сплошной изоляцией при одинаковых диаметрах дает аналогичные результаты. Отечественные кабели с гофрированной оболочкой (табл. 2) выпускаются с диаметром по изоляции до 60 мм включительно и обладают при значительно меньшем затухании существенно меньшей массой по сравнению с кабелями со сплошной изоляцией.

За рубежом основными фирмами, выпускающими кабели с воздушной изоляцией и сплошным гофрированным внешним проводником, являются: Andrew (США) и Radio Frequency System (Германия). Американская фирма Andrew выпускает кабели с воздушной изоляцией трех основных серий - HJ, HL и HT (с полиэтиленовым корделем - HJ, с корделем из политетрафторэтилена типа фторопласта 4МБ - HT и корделем из фторопласта 4Д - HL). Фторопластовая серия предназначена для передачи больших мощностей (в 3 раза больше, чем в аналогичных по размерам кабелях с полиэтиленовым корделем). Конструктивные данные и параметры фидерных кабелей с полиэтиленовым корделем фирмы Andrew представлены в табл. 3.

Номенклатура зарубежных кабелей также как и отечественная содержит кабели с волновым сопротивлением 50 и 75 Ом, но она значительно шире и, в частности, включает в себя кабели с диаметром по изоляции более 3" (75 мм), которые не производятся в России. Кроме того, по сравнению с отечественными зарубежные кабели отличаются высокой прецизионностью изготовления. Так, отклонения волнового сопротивления от номинального значения составляют не более ± 1 % (в отечественных кабелях до ± 4 %), КСВн в диапазоне сотовой связи не превышает 1,13 (в отечественных кабелях допускаются выбросы КСВн до 1,4 при среднем уровне в 1,2).

Для обеспечения требований по пожарной безопасности зарубежные кабели имеют варианты изготовления с оболочками из безгалогенных пламестойких материалов, не поддерживающих горение и не выделяющих дыма и токсичных веществ.

Несмотря на многие преимущества рассмотренных кабелей с воздушной изоляцией, им свойственен существенный недостаток - даже небольшое количество влаги, проникшее в изоляцию, значительно ухудшает их электрические параметры. Поэтому при монтаже необходимо обеспечивать тщательную герметизацию, исключающую проникновение влаги и образование конденсата внутри кабеля. Кардинальным способом обеспечения влагостойкости кабелей с воздушной изоляцией, в особенности с диаметром по изоляции выше 17,3 мм, является эксплуатация их при избыточном давлении осушенных газов с использованием систем дегидрации. Это существенно удорожает эксплуатацию фидера.

Для обеспечения влагостойкости разработаны конструкции и технологии изготовления кабелей с полувоздушной изоляцией. Для фидерных кабелей наилучшей оказалась технология изготовления полувоздушной изоляции из физически вспененного полиэтилена. Технология заключается в инжекции в расплавленный полиэтилен, находящийся в прессе под высоким давлением, инертного газа - азота, который растворяется в нем. По мере выхода полиэтилена из головки пресса азот переходит в газообразное состояние, образуя внутри него закрытые поры (соты) диаметром 0,03 - 0,2 мм.

Наилучшие результаты по влагостойкости достигаются при одновременном наложении трехслойной изоляции, состоящей из тонкого слоя полиэтилена по внутреннему проводнику кабеля, основного слоя вспененного полиэтилена и тонкого слоя полиэтилена поверх него. Тонкие слои из сплошного полиэтилена способствуют дополнительному удержанию азота в изоляции, обеспечивают прочное сцепление ее с внутренним и внешним проводниками. Для наглядности на рис. 2 приведен поперечный разрез.

В результате при объемах полиэтилена и азота в такой изоляции соответственно 20 % и 80 % достигается высокая влагостойкость и механическая прочность, близкая к прочности сплошной изоляции, а уровни потерь и передаваемой мощности только на 10 % хуже, чем у кабелей с воздушной изоляцией.

Основными производителями кабелей со сплошным гофрированным внешним проводником и физически вспененной изоляцией являются американская фирма Andrew, немецкая - RFS, бельгийская - Eupen и финская - NK Cables, вышедшая из фирмы Nokia. Выпускаемые ими кабели равнозначны, имеют практически одинаковые размеры и параметры, отличаясь только маркировкой. Так, наиболее широко применяемый для фидеров кабель с волновым сопротивлением 50 Ом, диаметром по изоляции 7/8" фирма Andrew маркирует как HELIAX LDF5-50A, фирма RFS - CELLFLEX LCF 78-50, фирма Eupen - EC 3TMm 5228, а фирма NK Cables - Whmax RF 7/8"-50.

Стандартные кабели этих фирм-производителей имеют внутренний проводник из медной, алюмо-медной проволоки или медной трубки, изоляцию из физически вспененного полиэтилена, внешний проводник в виде медной, сварной гофрированной трубки с кольцевым гофром и оболочку из светостабилизированного полиэтилена. Кольцевое гофрирование внешнего проводника с сильным обжатием изоляции, вплоть до вдавливания в нее, в отличие от спирального гофрирования, применяемого в кабелях с воздушной изоляцией для закрепления спирально намотанного корделя, обеспечивает уменьшение потерь и предотвращает распространение влаги даже при повреждениях оболочки и внешнего проводника.

Наиболее полно это реализуется в сочетании с использованием описанной выше вспененной трехслойной изоляции, характерной только для кабелей фирмы NK Cables. Другие производители применяют сплошной (подклеивающий) слой только по внутреннему проводнику, т. е. двухслойную изоляцию. Столь пристрастное отношение NK Cables к влагостойкости кабелей полностью разделяется теми, кто квалифицированно относится к выбору фидеров, подверженных различным климатическим и механическим воздействиям.

Конструктивные данные и параметры фидерных кабелей NK Cables представлены в табл. 4.

Упомянутые выше фирмы кроме фидерных кабелей выпускают кабели повышенной гибкости, что достигается увеличением глубины и уменьшением шага гофрирования внешнего проводника, а также применением для оболочек более эластичного полиэтилена. Такие кабели используются прежде всего для изготовления гибких кабельных вставок (Jumper), применяемых, например, для соединений крупных фидерных кабелей с антенной, передатчиком или приемником, для разводок сигналов от делителя к антеннам и т. п. Конструктивные данные и параметры самого "ходового кабеля" марки RFF 1/2"-50 из сверхгибких кабелей NK Cables представлены в табл. 4.

Соответствие поставляемых кабелей данным, указанным в табл. 4, подтверждается протоколами испытаний. NK Cables прилагает к каждому барабану с кабелем содержательный протокол испытаний (test report). Испытания включают проверку размеров, основных электрических параметров (волнового сопротивления и коэффициента затухания) и очень важных для потребителя параметров, таких как возвратные потери (Return Loss) в диапазоне частот с двух концов кабеля и коэффициент отражения по длине кабеля (Refection coeffecient / distance).

Коэффициент отражения показывает уровень отклонений волнового сопротивления по длине, а возвратные потери - уровень отраженной волны на входе кабеля по отношению к уровню падающей волны, дБ. По существу, параметр возвратные потери аналогичен используемому в отечественной практике параметру КСВн и их соотношение представлено в табл. 5.

Выбрав по тем или иным критериям радиочастотный кабель для фидера, особое внимание необходимо уделить правильному выбору соединителей, герметизирующих материалов и крепежных элементов. Только при квалифицированном подходе к монтажу и герметизации, прокладки и заземления фидер будет работать без отказов в течение всего срока службы.

Подводя краткие итоги, можно дать следующие рекомендации по выбору радиочастотного кабеля фидерного тракта:

• для фидера целесообразно выбирать кабели с малыми потерями; особое предпочтение следует отдавать кабелям с физически вспененной изоляцией и сварным внешним проводником из трубки с кольцевым гофрированием;
• для джампера следует выбирать гибкий кабель той же конструкции, что и фидер;
• при выборе соединителей для фидерного и джамперного кабелей следует учитывать их параметры в реальных условиях эксплуатации;
• обязательно проверять КСВн фидера и джамперов в рабочей полосе частот;
• строго соблюдать инструкцию по заделке кабелей в соединители и установке заземлителей;
• крепить фидер с помощью специальных элементов, устанавливая их с расстоянием не более 0,7 - 1,2 м;

обязательно герметизировать не только соединители, но и места сочленений фидера с джамперами и аппаратурой.