Затухание сигнала в коаксиальном кабеле (дБ/100 м) — затухание отдельная проблема от рассогласования импеданса

Словарная статья о коаксиальном кабеле (типировка RG, импеданс) объясняет, почему характеристический импеданс коаксиального кабеля (обычно 75 Ом для кабельного ТВ/антенных работ, 50 Ом для измерительных и РЧ-применений) должен совпадать на обоих концах соединения, и почему рассогласование вызывает отражения и стоячие волны. Этот гид рассматривает другой отказ, дающий на дальнем конце линии похожий слабый или зашумлённый сигнал, но имеющий совершенно другую причину и другое решение: обычное затухание — постепенную потерю мощности сигнала при прохождении через правильно согласованный, правильно нагруженный кабель.

Затухание — потеря, зависящая от длины и частоты, а не отражение

Даже коаксиальный кабель с идеально согласованным импедансом 75 Ом (или 50 Ом) на обоих концах, правильно нагруженный без каких-либо отражений, всё равно теряет мощность сигнала при прохождении по кабелю. Эта потеря обусловлена сопротивлением проводников и диэлектрическими потерями в изоляции между ними и обычно выражается производителями кабеля как значение дБ на 100 метров (или дБ на 100 футов) в паспорте кабеля, в целом соответствующее методам характеризации из серии EN 50117 для коаксиальных кабелей, применяемых в информационных технологиях и широкополосных приложениях. Для практической установки важны два свойства этой потери:

• Она возрастает с длиной кабеля. Линия вдвое длиннее теряет примерно вдвое больше дБ (затухание в дБ приблизительно пропорционально длине), поэтому значение из паспорта, указанное на 100 м, необходимо пересчитать на фактическую длину линии перед сравнением с бюджетом чувствительности приёмника или камеры.
• Она возрастает с частотой сигнала. Один и тот же физический кабель затухает сильнее на метр для более высокочастотного сигнала, чем для низкочастотного, поэтому производители публикуют значения затухания на нескольких точках частоты (например, одно значение на частоте наземного УВЧ-вещания и другое, более высокое, на частоте спутниковой ПЧ), а не единое число для всего кабеля.

Почему это «бюджет сигнала», а не критерий годен/не годен

Поскольку затухание накапливается как с длиной, так и с частотой, практическая установка — это, по сути, упражнение по составлению бюджета: уровень сигнала, выходящий из источника, минус суммарная потеря в дБ на линии кабеля на наивысшей интересующей частоте, минус потери в любых сплиттерах, разъёмах или ответвлениях по пути, должен всё же оставить достаточный уровень сигнала на дальнем конце, чтобы приёмное оборудование (ресивер, антенный усилитель, вход видеорегистратора CCTV) работало надёжно. Кабель, идеально согласованный и идеально нагруженный, всё же может давать непригодную картинку или зашумлённое РЧ-измерение просто потому, что линия длиннее, чем позволяют значение затухания кабеля и уровень сигнала источника — без какого-либо отражения или рассогласования.

Различение двух проблем на объекте

Поскольку и затухание, и рассогласование импеданса могут вызывать ухудшение сигнала, но требуют разных решений, полезно разделить симптомы перед поиском неисправности:

• Рассогласование (кабель с неверным импедансом, расшатанный или повреждённый разъём, плохо нагруженное ответвление) обычно вызывает отражения, проявляющиеся как двоение изображения, паттерны стоячих волн при измерении обратных потерь или во временной рефлектометрии (TDR), или характерную гребёнчатую рябь при измерении с разверткой частоты — и часто присутствует уже на короткой линии.
• Затухание обычно даёт равномерно слабый или зашумлённый сигнал, который ухудшается по мере удлинения линии или добавления последовательно большего числа сплиттеров, без симптомов, связанных с отражением, и присутствует даже когда каждый разъём и значение импеданса корректны.

Линия кабеля, разумеется, может страдать от обеих проблем одновременно (например, недостаточно рассчитанная линия кабеля, доходящая до предела затухания, которая также имеет один плохо посаженный разъём), поэтому методичная проверка обычно оценивает целостность импеданса/нагрузки и бюджет затухания, зависящий от длины, как два отдельных пункта, а не предполагает, что слабый сигнал вызван лишь одной из двух причин.

Практическая значимость

Когда линия кабельного ТВ, CCTV или антенны работает хуже ожидаемого, следует прежде всего установить фактическую длину кабеля и значение затухания в дБ/100 м из собственного паспорта кабеля на релевантной частоте, и сравнить итоговую суммарную потерю (плюс потери в сплиттерах/ответвлениях) с уровнем сигнала источника и чувствительностью приёмного оборудования. Только если расчёт бюджета выглядит достаточным, а симптом сохраняется, имеет смысл исследовать рассогласование импеданса, повреждённый разъём или неисправное ответвление как отдельную первопричину. Опора только на длину кабеля без проверки зависящего от частоты значения затухания или опора только на проверку импеданса/разъёмов без проверки бюджета сигнала, зависящего от длины, в каждом случае устраняет лишь один из двух независимых механизмов отказа.

Типичные ошибки

1. Предполагать, что слабый сигнал обязательно вызван проблемой импеданса или разъёма — правильно согласованный, правильно нагруженный кабель всё же может не справиться просто потому, что линия слишком длинная для значения затухания на используемой частоте.
2. Сравнивать значение дБ/100 м от производителя напрямую с более длинной или короткой линией без пересчёта — затухание в дБ приблизительно пропорционально длине, поэтому значение необходимо пересчитать на фактическую длину линии перед использованием.
3. Использовать одно значение затухания для всех интересующих частот — затухание возрастает с частотой, поэтому значение, указанное на одной частоте (например, наземный УВЧ), занижает потерю на более высокой частоте (например, спутниковая ПЧ) на том же кабеле.
4. Игнорировать накопленные потери сплиттеров и ответвлений в бюджете сигнала — даже линия кабеля, находящаяся с запасом в пределах предела затухания, всё же может не справиться, если несколько сплиттеров, включённых последовательно, каждый забирает несколько дБ до того, как сигнал достигнет дальнего конца.

Связанные материалы

• Коаксиальный кабель (типировка RG, импеданс) — словарь
• Измерение переходного сопротивления — микроомметр для соединений
• Классы проводников IEC 60228 (класс 1-6)