Odabir pravog sklopa RF kabela

Coaxial kabel sklopovi su gotovo svugdje gdje se mogu naći elektronički sustavi. A oni imaju jednostavan posao: služiti kao signalni put za prijenos signala s jedne lokacije na drugu. Ali taj posao moraju obavljati bez greške i s malo ili nimalo promjene signala, bilo da se radi o visokofrekventnim analognim signalima ili visokobrzinskim digitalnim signalima. Budući da su koaksijalni kablovski sklopovi toliko važni za tako širok raspon sustava, od žilavih zemaljskih elektroničkih sustava do orbite satelita u svemiru, postupak odabira za te kablove ne bi trebao biti tretiran lagano. Odabir ispravnog sklopa koaksijalnog kabela nije trivijalni zadatak, ali to je onaj koji može biti nešto lakši ako bolje znate što tražiti u sklopu koaksijalnog kabela visoke frekvencije ili velike brzine.

Koaksijalni kablovi osiguravaju način transverzalno-elektromagnetskog (TEM) načina prijenosa. Naziv koaksijalni dolazi od njihove konstrukcije, koja se obično sastoji od golog bakrenog okruglog žice, unutrašnjeg vodiča, čvrstog ili namotanog, okruženog cjevastim dielektričnim izolatorom, okruženim cjevastim vanjskim vodičem ili štitom, koji je sa svoje strane okružen nekim oblikom zaštitnog vanjskog sloja, obično plastičnog sloja. Koaksijalni kabel je dijete britanskog matematičara Olivera Heavisidea, koji je koncept patentirao u kasnom 19th Century. Proučavao je efekte kože u telegrafskim dalekovodima, utvrdivši kako bi omotavanje nekog oblika izolatora oko dalekovoda poboljšalo njegove performanse. Prva komercijalna upotreba koaksijalnog kabela u Sjedinjenim Državama bila je 220 dugačak kilometar koaksijalni kabel između dva grada u Minnesoti, od Stevens Pointa do Minneapolisa, nominalno za telefonske linije.

Za učinkovitu uporabu s visokofrekventnim analognim signalima ili digitalnim signalima velike brzine, dimenzije različitih dijelova koaksijalnog kabela moraju se precizno kontrolirati kako bi se postigao konstantan razmak vodiča. Koaksijalna konstrukcija (slika 1, presjek koaksijalnog kabela) ograničava električno i magnetsko polje izvedenih signala unutar dielektričnog izolatora, istovremeno sprečavajući da električna i magnetska polja izvan vanjskog sloja zaštite ometaju vodeće signale. Koaksijalni kabel postaje sklop kad se na kraju kupca odabere koaksijalnim konektorima. Sklop koaksijalnog kabela najčešće se koristi u instalacijama kablovske televizije (CATV), za visokofrekventne RF / mikrovalne veze, u uređaju i sustavu za precizno testiranje i mjerenje, te za prijenos digitalnih signala velike brzine u računalnim mrežama.

SLIKA 1

Sklop koaksijalnog kabela za visokofrekventne analogne ili velike brzine digitalnih aplikacija obično ima karakteristične impedance bilo 50 ili 75 Ω, a te impedancije nisu slučajne. Dvije vrijednosti sežu u pionirski rad izveden u Bell Laboratories u 1929-u. Ti rani eksperimenti tražili su optimalne karakteristične impedance za prijenos visokih razina snage kao i za postizanje minimalnog gubitka signala. U idealnom slučaju, ista karakteristična impedancija kabela podržavala bi oba uvjeta, ali to nije slučaj. Otkriveno je da je karakteristična impedancija 30 Ω optimalna za prijenos signala pri visokim razinama snage, dok je 77 Ω dobro prilagođen za minimiziranje gubitka visokofrekventnih signala velike brzine. Istraživači tvrtke Bell također su otkrili da je 60 Ω najbolja karakteristična impedancija za visokonaponske signale. Impedancija 50 Ω odabrana je kao praktični kompromis između mogućnosti upravljanja napajanjem na 30 Ω i minimalnog prigušenja na 77 Ω, dok je 75 Ω odabran kao dobro podudaranje za središnju dipolnu antenu u slobodnom prostoru za upotrebu u radiju sustavi.

Kad odredite sklop koaksijalnog kabela, pomaže vam razumjeti električne i mehaničke parametre različitih vrsta kabela i kako ih usporediti. RF / mikrotalasni koaksijalni kablovi mogu se grupirati u tri kategorije: polutvrdi i podesivi (ili ručno oblikovani) kablovi, fleksibilni i valoviti kablovi. Svaka je konstruirana različito, s različitim mehaničkim karakteristikama i različitim razinama električnih svojstava.

Polutvrdi kablovi, takozvani zato što nude veću fleksibilnost od krutih kablova, poznati su po izvrsnim električnim performansama ali i ograničenoj fleksibilnosti. Zbog nedostatka fleksibilnosti, obično zahtijevaju upotrebu trodimenzionalnih (3D) inženjerskih crteža za ispravnu integraciju u većinu elektroničkih sustava. Ali odabir sklopa koaksijalnog kabela uključuje kompromise, a za požrtvovnu fleksibilnost sklopovi polu-krutih kabela pružaju vrhunske električne performanse u usporedbi s ostala dva tipa koaksijalnih kabela i nude jednoliku impedanciju, mali gubitak umetka u širokim rasponima frekvencija i izvrsna učinkovitost zaštite (SE, parametar koji karakterizira istjecanje kabela i osjetljivost na vanjske elektromagnetske izvore).

Polutvrdi kablovi obično su izrađeni od čvrstog središnjeg vodiča okruženog dielektričnim izolacijskim materijalom, prekrivenog čvrstim cjevastim vanjskim vodičem (slika 2, pogled na presjek). Središnji dirigent obično je posrebreni bakar, koji je nemagnetni i podržava performanse s malim gubicima. Vanjski je vodič obično izrađen od aluminija ili bakra koji je gol ili posut kositrom. Za razliku od krutih kablova, polutvrdi kablovi obično karakteriziraju vanjski promjer kabela: 0.034, 0.047, 0.086 ili 0.141 inča. Polupruti kablovi malog promjera mogu podržavati radne frekvencije čak 110 GHz, ali s najvećim mogućnostima upravljanja od nekoliko stotina vata i obično puno manje. Kruti kablovi, za usporedbu, imaju vanjski promjer u rasponu od 0.875 do 8.1875 inča. Oni nude mogućnosti upravljanja kilovatima na nižim frekvencijama, obično s približno 800 MHz za aplikacije poput komercijalnih radio i televizijskih odašiljača.

PIG 2

Čvrsti vanjski provodnik pruža izvrsne performanse SE u polukrutim kablovima, uz nešto žrtvovanja u fleksibilnosti. Visoke vrijednosti oklopa omogućuju polugrubim kablovima da postignu izvrsne električne performanse čak i u okruženjima s visokim signalima, u blizini prijenosnih antena. Koristeći različite konfiguracije za vanjski vodič, proizvođači koaksijalnih kabela poboljšali su fleksibilnost svojih kabela istovremeno postižući visoku razinu SE. Vanjski slojevi vodiča ili pletenica dizajnirani su s ravnim metalnim omotima, okruglim metalnim omotačima, metalnim trakama sa i bez premaza, te u jednoslojnim, dvoslojnim i troslojnim konfiguracijama za pružanje širokog raspona vrijednosti SE s mali gubitak umetka uz postizanje određene mjere fleksibilnosti kabela.

Prilagodljivi kablovi nude veliku količinu električnih performansi polu-krutih sklopova kabela, ali s nešto većom fleksibilnošću za olakšavanje teških instalacija i veza. Prilagodljivi kablovi nisu predviđeni za opetovano savijanje, ali se mogu saviti (u granicama njihovog minimalnog radijusa savijanja) do željenog oblika i zadržavat će taj oblik jednom savijen. Za dobre električne performanse, prilagodljivi kablovi izrađeni su od posrebrenih bakrenih vodiča ili posrebrenim čeličnim provodnicima prekrivenim bakrom i štitom od bakreno-kositrenog štitnika koji pruža visoku SE.

Fleksibilni kablovi žrtvuju neke električne performanse polugrutih kablova, ali njihova veća fleksibilnost pojednostavljuje instalaciju u sustavima. Umjesto čvrstog vodiča polugrutog kabela, fleksibilni kabel često koristi nasuti središnji vodič. Umjesto čvrstog vanjskog vodiča polugrutog kabela, fleksibilni kabel koristi vanjsku omotač od poliuretana ili fluoriranog etilen propilena (FEP). U fleksibilnom sastavu kabela može se koristiti veći broj različitih dielektričnih izolacijskih materijala, uključujući polietilen, čvrsti politetrafluroetilen (PTFE) i polietilensku pjenu visoke gustoće. Sadržaj zraka u pjeni smanjuje dielektričnu konstantu materijala izolatora istovremeno smanjujući prigušenje kabela.

Na primjer, fleksibilni koaksijalni kabel može koristiti vanjski vodič koji je načinjen od posrebrenih bakrenih žica pletenih preko izolatora ili srebrne bakrene trake u košari ili srebrne bakrene žice postavljene paralelno jedna s drugom i u dugoj spirali konfiguracija. Središnji vodič može biti od punog bakra kako bi se minimizirao gubitak kabela ili namotan za aplikacije koje mogu zahtijevati opetovano savijanje kabela, iako s većim gubicima od kabela s čvrstim središnjim vodičem.

SLIKA 3

Pletenice za koaksijalne kabele dostupne su u različitim materijalima i vrstama, a svaki od njih predstavlja kompromis. Sloj pletenice izrađen od okrugle žice pruža dobru fleksibilnost i najmanji trošak materijala, ali, kao što je ranije napomenuto, može trpjeti degradaciju performansi sa savijanjem. Sofisticiraniji pletenici predstavljaju veće troškove materijala, ali konzistentnije performanse tijekom vremena. Na primjer, štit oblikovan od ravne metalne vrpce može osigurati slabo prigušenje kabela s visokim performansama SE, održavajući konstantne električne performanse tijekom vremena. Spiralna ravna pletenica podržava dobru fleksibilnost, a istovremeno omogućuje izvrsnu faznu stabilnost uz fleksibilnost kabela i visoku razinu SE. Zamotana ili presavijena pletenica od folije također može pružiti visoke električne performanse, dobre mehaničke čvrstoće, ali uz određeni gubitak fleksibilnosti u usporedbi s drugim konfiguracijama pletenice.

Broj pletenica utjecat će na fleksibilnost i na SE. Ovisno o materijalu štita, kao što je pletenica od bakrene žice i o tome je li srebrno obložen, koaksijalni kabel s jednim slojem pletenice može isporučiti SE od 40 dB ili više s vrlo velikom fleksibilnošću. Sa svakim dodanim slojem pletenice, fleksibilnost kabela smanjuje se kako se SE povećava. Dvostruki sloj pletenice sastavljen od dvije pletenice s okruglim žicama obično može biti bolji od 60 dB zaštite. Ali ako se za jedan od tih slojeva pletenice koristi zaštitna folija ili pletena pletenica, SE se može povećati na 90 dB. Dvostruki oklopljeni kabeli koji koriste štit od folije ispod kositrenog kompozitnog sloja mogu postići bolje od 100 dB SE, a istovremeno postižu razumnu fleksibilnost. Visoke vrijednosti SE moguća su s trostruko oklopljenim kablovima koji kombiniraju okrugle žice i tkane slojeve pletenice pletenice, premda uz određenu žrtvu fleksibilnosti (slika 4).

Skladišta koaksijalnog kabela nisu samo vrsta kabela već koaksijalni konektori na oba kraja sklopa. Za najbolje podudaranje aplikacije, različite vrste kabela mogu se usporediti standardnim električnim i mehaničkim parametrima, ali takve usporedbe uvijek trebaju usporediti slične duljine kabela s sličnim koaksijalnim konektorima na oba kraja kabela koji se uspoređuju.

SLIKA 4

U pogledu amplitudnih i faznih karakteristika, koaksijalni kabel kabel mora biti električno nevidljiv unutar sustava, što osigurava putanju signala između dviju točaka u sustavu s minimalnim učincima na prenesene signale. U stvarnom svijetu, međutim, kablovski sklopovi mogu mijenjati signale koje nose, premda pravilan odabir sklopa kabela može pomoći umanjiti ove efekte. Kabelske sklopove obično karakterizira niz različitih električnih i mehaničkih parametara (slika 5): prekidne frekvencije, prigušenje ili gubitak umetanja (u dB / ft. Ili dB / m), povratni gubitak ili omjer stajaćeg napona stojećeg vala (VSWR), kapacitivnost (pF / ft.), brzina širenja (VP, u%), sposobnost upravljanja snagom (u W), pa čak i težina (lbs / ft. ili lbs / m). Ovi različiti parametri mogu pružiti korisne crte za usporedbu sklopova kabela različitih dobavljača.

Ako želite izgraditi radio stanicu, pojačajte svoj FM radio odašiljač ili vam treba bilo koji drugi FM oprema, slobodno nas kontaktirajte: [e-pošta zaštićena].

Ostavite poruku 

Lista Poruka