Моток тёмно-серого провода между радиостанцией и антенной выглядит самой скучной частью любительского хозяйства. Именно он, впрочем, решает, сколько ватт выйдет из трансивера и сколько из них дойдёт до излучателя. На частоте 430 МГц, где размещается популярный у радиолюбителей диапазон 70 сантиметров, фидер перестаёт быть пассивной деталью и начинает жить своей жизнью, греться, стареть и прятать децибелы. Пара РК-50 и RG-58 стоит на прилавках десятилетиями, стоит недорого и снаружи почти неотличима, поэтому выбор между ними чаще всего делают наугад. Практическая оценка потерь на 430 МГц показывает, что наугад здесь дорого, разница между соседями по полке измеряется в ваттах, а до этой разницы добирается один короткий расчёт на салфетке.
Две марки из разных эпох, которые путают до сих пор
Отечественная маркировка расшифровывается по ГОСТ 11326.0-78 без всяких загадок. Буквы РК означают радиочастотный коаксиальный кабель, первое число называет волновое сопротивление, у нашей пары это 50 Ом. Второе число даёт округлённый диаметр по изоляции, поэтому у РК 50-2-11 изоляция имеет диаметр около 2.2 мм, у РК 50-4-11 уже 4.6 мм, а третья группа цифр кодирует тип изоляции и порядковый номер разработки. Обозначение RG пришло из американской военной системы Radio Guide, где цифры когда-то были простыми порядковыми номерами, а не характеристиками. Внутри семейства RG-58 различают сплошную жилу у RG-58/U, многожильную из семи или девятнадцати проволок у RG-58A/U и жёсткую военную спецификацию RG-58C/U. Оба семейства созданы под линию 50 Ом, и в этом смысле они родные братья, рождённые на разных берегах и для разных паспортов. История, однако, припасла ловушку для покупателей с рынков и чердаков. В кабелях 1950-1960-х годов надпись РК-50 вовсе не обещала 50 Ом, цифра обозначала всего лишь номер разработки, а волновое сопротивление такой реликвии равнялось 157 Ом. Подключение её к современной станции даёт коэффициент стоячей волны около 3.1 и лишние 1.4 дБ потерь на рассогласование ещё до начала всякого затухания. Старая бобина, подписанная коротко и гордо, способна подпортить настройку сильнее, чем дешёвая пайка, и об этой ловушке стоит вспоминать раньше, чем смотреть на ценник.
Что спрятано внутри оболочки и от чего растут потери
Под оболочкой RG-58 скрывается жила диаметром 0.81 мм и сплошная полиэтиленовая изоляция диаметром 2.95 мм, наружный размер около 5 мм, вес порядка 37 граммов на метр. У РК 50-2-11 всё скромнее, изоляция около 2.2 мм и заметно более тонкая жила, зато гибкость выше, и мотать его в тесном коробе удобнее. Волновое сопротивление коаксиальной линии задаётся отношением диаметров проводников и проницаемостью диэлектрика по формуле Z = 138 lg(D/d)/√ε, где D это внутренний диаметр экрана, а d диаметр жилы. Для сплошного полиэтилена с проницаемостью 2.26 у 50-омной линии отношение получается около 3.5, и паспортные цифры RG-58 это подтверждают, 2.95 мм делить на 0.81 мм даёт 3.64 и волновое сопротивление 51.5 Ом. Вспененный полиэтилен с проницаемостью около 1.56 требует другого отношения, примерно 2.8, поэтому вспененные версии при том же сопротивлении выглядят толще или получают более толстую жилу. На частоте 430 МГц ток течёт не по всей толще меди, а в поверхностном слое глубиной около 3.2 мкм, поэтому сопротивление жилы с частотой растёт пропорционально корню квадратному. Диэлектрик добавляет свою долю, которая растёт уже линейно с частотой. Из этих двух слагаемых складывается знакомая по каталогам кривая затухания, пологая внизу и круто забирающая вверх к гигагерцу. Тот, кто хоть раз трогал тёплый фидер после часа разговоров в эфире, точно знает, куда уходит недошедшая до антенны мощность, она остаётся в меди и полиэтилене дорогой ценой нагрева.
Держит пара и скромные мощности, здесь паспорта расходятся сильнее, чем в затухании. Тонкий РК 50-2-11 по таблицам передаёт 0.15 кВт на 100 МГц и лишь 0.042 кВт на 1 ГГц, а РК 50-4-11 уже 0.40 кВт на той же сотне мегагерц. Для станции на 10 Вт запас выглядит огромным, однако мокрая оплётка, тесный жгут рядом с пучками проводов и солнце на фасаде снижают его быстрее, чем изнашивается сама жила, поэтому запасом на бумаге хвастаться рано.
Паспортные цифры затухания и их перенос на 430 МГц
Заводские таблицы приводят затухание не сплошной кривой, а точками на фиксированных частотах, обычно 10 МГц, 100 МГц, 1 ГГц и 10 ГГц. Диапазон 430 МГц попадает в широкий промежуток между второй и третьей точками, и делить паспортные цифры пополам тут нельзя, кривая в этом месте изгибается. Корректный перенос выглядит как решение маленькой системы уравнений. Для RG-58C/U паспорт даёт 0.1608 дБ/м на 100 МГц и 0.7874 дБ/м на 1 ГГц. Записав частоту f в мегагерцах, а погонное затухание как A√f + Bf, получаем пару уравнений 10A + 100B = 0.1608 и 31.6A + 1000B = 0.7874. Отсюда A = 0.012 и B = 0.000408, а подстановка f = 430 даёт 0.012 × 20.74 + 0.000408 × 430 = 0.249 + 0.175 = 0.42 дБ/м. Точно так же считаются остальные марки, и картина складывается красноречивая.
| Марка | Затухание на 100 МГц, дБ/м | Затухание на 1 ГГц, дБ/м | Оценка на 430 МГц, дБ/м |
|---|---|---|---|
| РК 50-2-11 | 0.19 | 0.80 | 0.46 |
| RG-58C/U | 0.16 | 0.79 | 0.42 |
| RG-58/U | 0.15 | 0.57 | 0.35 |
| РК 50-2-21 | 0.15 | 0.50 | 0.32 |
| РК 50-4-11 | 0.10 | 0.50 | 0.27 |
| РК 50-7-11 | 0.09 | 0.40 | 0.22 |
| RG-213/U | 0.06 | 0.26 | 0.15 |
Сухие числа таблицы говорят многое. Тонкий РК 50-2-11 на 430 МГц проигрывает даже своему толстому ровеснику RG-58C/U, потому что жила у него тоньше и меди в сечении меньше, а поверхностный слой у меди одинаков у всех. Версия РК 50-2-21 с теплостойкой изоляцией опережает базовый РК 50-2-11 почти на треть, её диэлектрик и геометрия жилы дают меньшие потери при том же диаметре. Настоящий же рывок дают диаметры от 4.6 мм и выше, там оценка падает до 0.27 дБ/м и ниже. Столбец 10 ГГц в тех же таблицах драматичнее всего, РК 50-2-11 показывает там 3.2 дБ/м, РК 50-4-11 2.0 дБ/м, и это наглядная развилка, по которой видно, что выигрывает не столько бренд, сколько сечение меди и качество диэлектрика.
Оценку удобно проверять обратным ходом от точки 100 МГц, взяв её цифру и умножив на корень из отношения частот, для РК 50-2-11 это корень из 4.3, то есть 2.07, и 0.19 × 2.07 = 0.39 дБ/м. Диэлектрическая доля поднимает результат до полных 0.46, и оба способа сходятся в одной точке, что хорошо видно по таблице. Такая проверка занимает пару минут и спасает от главной ошибки, когда паспортную цифру на 100 МГц переносят на 430 МГц без изменений и потом удивляются, почему станция слышит хуже, чем обещал расчёт.
Расчёт для реальной станции с восемнадцатью метрами фидера
Типовая картина выглядит так, трансивер на 10 Вт, антенна на крыше, фидер восемнадцать метров. Десять ватт в 50-омной линии это 40 дБм, или 22.4 В действующего напряжения на нагрузке, формула P = U²/R подтверждает это легко, 22.4 в квадрате делить на 50 даёт примерно 10 Вт. RG-58C/U с оценкой 0.42 дБ/м отнимет 18 × 0.42 = 7.6 дБ. Множитель 10^(7.6/10) = 5.8 показывает, что до антенны дойдёт 10 Вт делить на 5.8, то есть около 1.7 Вт. Остальные 8.3 Вт греют оплётку и диэлектрик, превращая фидер в слабенький нагреватель длиной с комнату. РК 50-2-11 с его 0.46 дБ/м заберёт 8.3 дБ, множитель 6.7, и до излучателя доберутся 1.5 Вт. РК 50-4-11 ограничится 4.9 дБ, множитель 3.0, к антенне придут 3.3 Вт. RG-213/U со своими 0.15 дБ/м съест лишь 2.7 дБ, и на излучателе окажется 5.4 Вт. Разница между худшим и лучшим вариантом с одной полки магазина почти втрое, и это ещё без разъёмов, которые на 430 МГц добавляют свою долю, потому что каждый переход и каждая резьба отнимают по сотым децибела, а дешёвый переходник способен забрать и десятые.
Стоит увеличить фидер до двадцати пяти метров, и RG-58C/U при тех же 10 Вт отдаст 25 × 0.42 = 10.5 дБ, множитель 11.2, до антенны дойдут жалкие 0.9 Вт, почти девять десятых мощности осядут в оплётке. С РК 50-7-11 на той же длине потери составят 5.5 дБ, и к антенне придут уже 2.8 Вт. Обратная картина на короткой трёхметровой автомобильной линии, там RG-58C/U отнимет всего 1.3 дБ, до антенны дойдут 7.5 Вт из 10, и тонкий кабель честно оправдывает свою гибкость. Для передатчика важен и рассогласованный режим, короткая антенна или мокрая оплётка поднимают коэффициент стоячей волны, часть мощности возвращается обратно и догревает тот же фидер по дороге, поэтому паспортное затухание стоит считать нижней границей реальных потерь.
На приёме каждый децибел фидера вычитается из сигнала целиком
На передачу потери съедают ватты, на приём расплата ещё безжалостнее. Фидер с затуханием 7.6 дБ ослабляет принятый сигнал ровно на те же 7.6 дБ, шум приёмника при этом остаётся на месте, поэтому отношение сигнал/шум падает на всю величину потерь. Сигнал с уровнем −130 дБм у антенны после восемнадцати метров RG-58C/U превращается в −137.6 дБм, а один балл шкалы S-метра равен шести децибелам, так что на индикаторе пропадают добрые полбалла. С РК 50-7-11 и его 0.22 дБ/м потери составили бы 4.0 дБ, и разница в 3.6 дБ нередко отделяет читаемый позывной от шороха в шуме. Выносной предусилитель с усилением 10 дБ, поднятый к антенне, возвращает 7.6 дБ фидера и оставляет запас 2.4 дБ, если его собственный шум достаточно низкий. Ещё одна деталь приёма касается настройки антенны, коэффициент стоячей волны 2.0 добавляет около полдецибела потерь на рассогласование, и общие потери доходят до 8.1 дБ, тогда как с хорошо согласованным излучателем остаются чистые 7.6. По этой причине в станциях на 430 МГц малошумящий предусилитель у мачты ценят выше, чем лишние ватты у стола. Приёмный канал всегда слабее своего самого тихого звена, и фидер в этом звене главный, потому что децибел, потерянный в кабеле до усилителя, уже не вернёт ни один каскад.
Ёмкость, укорочение и экранирование как второй эшелон параметров
Затуханием дело не заканчивается. Погонная ёмкость RG-58 по паспортам лежит в пределах 82-98 пФ/м, и восемнадцать метров наберут почти 1.8 нФ, а эта величина входит в расчёт согласующих элементов для антенн, питаемых с конца, и в настройки приборов, где кабель работает как элемент цепи. Коэффициент укорочения для сплошного полиэтилена равен 0.66, для вспененного 0.80-0.85, и именно он определяет физическую длину четвертьволновых отрезков и согласующих петель. На 430 МГц длина волны в свободном пространстве около 0.70 м, четверть волны в кабеле с укорочением 0.66 равна 0.70 × 0.66 / 4 = 11.5 см, во вспененном уже 14 см. Перепутать материал изоляции в расчёте значит сдвинуть резонанс согласующего отрезка на пару сантиметров и потом искать несуществующую неисправность. Экран у разных версий RG-58 покрывает от 70 до 95 процентов сечения, тонкие проволочки оплётки со временем окисляются и расходятся в местах изгибов, и на 430 МГц сквозь постаревший экран просачивается сигнал наружу и помехи внутрь, из-за чего в городских условиях линия начинает собирать шумы сильнее, чем антенна ловит станции. Прочностной запас у пары солидный, максимальное рабочее напряжение RG-58 доходит до 1900 В, а 300 В действующих в 50-омной линии это уже 1800 Вт, поэтому реальный предел диктуют нагрев и затухание, а не электрическая прочность изоляции.
Где каждая марка действительно уместна и на что смотреть при покупке
Репутация обеих марок заслуженная, вопрос лишь в длине фидера и характере задачи. Сферы, где каждая из них отрабатывает свою цену, укладываются в короткий перечень:
- Патч-шнуры между приборами, настольная коммутация и лабораторные связки до пары метров, где любые потери незаметны, а гибкость дороже децибела;
- Автомобильная и переносная аппаратура с фидером до 4 м, где RG-58 или теплостойкий РК 50-2-21 выигрывают весом и стойкостью к перегибам;
- Капитальный фидер от 10 м и выше, где оправданы РК 50-4-11, РК 50-7-11 или RG-213/U с их 0.15-0.27 дБ/м на рабочей частоте;
- Проверка надписи на оболочке перед покупкой, полная маркировка по ГОСТ с волновым сопротивлением, диаметром и номером разработки, а не короткая пометка РК-50, за которой может скрываться 157-омная реликвия полувековой давности.
Обе марки доступны и недороги, РК 50-2-11 выпускается по ГОСТ до сих пор, RG-58 завозится в избытке, и метр каждой стоит примерно как чашка кофе. На коротком шнуре разница версий незаметна, на двадцатиметровом фидере она измеряется уже приёмником, а не кошельком, и именно поэтому счёт децибел на 430 МГц стоит начинать раньше, чем счёт рублей.
Фидер всегда был и остаётся честным элементом тракта, он не обещает чудес и не прячет децибелы, он просто отдаёт то, что ему доверили, минус законные проценты за длину и частоту. Тот, кто однажды посчитает свои потери на 430 МГц по паспортной таблице и короткой формуле, уже не смотрит на ценник за метр прежними глазами, потому что настоящая цена антенного кабеля измеряется не в рублях за бобину, а в ваттах, дошедших до антенны при передаче и вернувшихся без потерь при приёме.