A megfelelő RF kábel szerelvény kiválasztása

Coaxial kábel szerelvények szinte mindenhol megtalálhatók elektronikus rendszerekben. És egyszerű feladatuk: jelzési útként szolgálnak a jelek továbbítására az egyik helyről a másikra. De ezt a munkát kudarc nélkül, a jelek változásával vagy csekély változásával kell elvégezniük, akár nagyfrekvenciás analóg jelek, akár nagysebességű digitális jelek. Mivel a koaxiális kábelszerelvények annyira létfontosságúak a rendszerek ilyen széles skálájához, a robusztus földi elektronikus rendszerektől kezdve, hogy az űrben műholdakat keringjenek, az ilyen kábelek kiválasztási folyamatát nem szabad könnyedén kezelni. A megfelelő koaxiális kábelszerelvény kiválasztása nem triviális feladat, de ezt kissé megkönnyítheti, ha jobban megismeri, mit kell keresni egy nagyfrekvenciás vagy nagysebességű koaxiális kábelszerelvénynél.

A koaxiális kábelek biztosítják a keresztirányú elektromágneses (TEM) átviteli módot. A koaxiális név azok építéséből származik, amely jellemzően egy csupasz rézből készült kerek huzal belső vezetékéből áll, szilárd vagy sodrott, egy cső alakú dielektromos szigetelővel körülvéve, amelyet egy cső alakú külső vezető vagy pajzs vesz körül, amelyet viszont valamilyen alak vesz körül védő külső rétegből, általában műanyag rétegből. A koaxiális kábel a brit matematikus, Oliver Heaviside gondolata, aki szabadalmazta a koncepciót az 19. Század végén. Tanulmányozta a távíró átviteli vonalak bőrhatásait, és megállapította, hogy a távvezeték körül valamilyen szigetelő burkolása javítja annak teljesítményét. A koaxiális kábel első kereskedelmi használata az Egyesült Államokban egy 220 mérföld hosszú koaxiális kábel futása volt Minnesota két városa között, Stevens Point-tól Minneapolisig, névlegesen telefonvonalakhoz.

A magas frekvenciájú analóg jelekkel vagy a nagysebességű digitális jelekkel történő hatékony felhasználáshoz a koaxiális kábel különböző részeinek méreteit pontosan ellenőrizni kell, hogy a vezetők állandó távolsága elérhető legyen. A koaxiális szerkezet (1. Ábra, a koaxiális kábel kivágott nézete) a dielektromos szigetelőn belül vezeti a vezetett jelek elektromos és mágneses mezőit, miközben megakadályozza, hogy a külső pajzsrétegen kívüli elektromos és mágneses mezők zavarják a vezetett jeleket. A koaxiális kábel szerelvényré válik, amikor a vevő választja meg a koaxiális csatlakozókat. A koaxiális kábelszerelvényeket általában kábeltelevíziós (CATV) rendszerekben használják, nagyfrekvenciás RF / mikrohullámú csatlakozásokhoz, precíziós teszt- és mérőberendezésekhez és rendszerekhez, valamint nagysebességű digitális jelek továbbításához a számítógépes hálózatokban.

1 ábra

A koaxiális kábelszerelvények nagyfrekvenciás analóg vagy nagysebességű digitális alkalmazásokhoz jellemzően 50 vagy 75 Ω impedanciákkal rendelkeznek, és ezek az impedanciák nem véletlenszerűek. A két érték visszavezethető az úttörő munkára, amelyet a Bell Laboratories-ban végeztek az 1929-ben. Ezek a korai kísérletek optimális jellemző impedanciákat kerestek a nagy teljesítményszint átviteléhez, valamint a minimális jelveszteség eléréséhez. Ideális esetben ugyanaz a jellemző kábelimpedancia támogatná mindkét körülményt, de nem ez a helyzet. Az 30 A jellemző impedanciája optimálisnak bizonyult a nagyteljesítményű jelek továbbítására, míg az 77 Ω alkalmasnak bizonyult a nagyfrekvenciás, nagysebességű jelek veszteségének minimalizálására. A Bell kutatói azt is megállapították, hogy az 60 Ω volt a legjobb jellemző impedancia a nagyfeszültségű jeleknél. Az 50 Ω impedanciát úgy választották meg, mint gyakorlati kompromisszumot az 30 Ω teljesítmény-kezelési képessége és az 77 atten minimális csillapítás között, míg az 75 Ω megfelelőnek bizonyult egy közép táplált dipólantenna számára a rádióban való szabad felhasználáshoz rendszereket.

A koaxiális kábelszerelvény meghatározása elősegíti a különféle kábeltípusok elektromos és mechanikai paramétereinek megértését és összehasonlításának módját. Az RF / mikrohullámú koaxiális kábelek három kategóriába sorolhatók: félkemény és konformálható (vagy kézzel formázható) kábelek, rugalmas kábelek és hullámos kábelek. Mindegyikük eltérően van kialakítva, eltérő mechanikai jellemzőkkel és eltérő elektromos teljesítményszinttel.

A félkemény kábelek, az úgynevezett okok miatt nagyobb rugalmasságot nyújtanak, mint a merev kábelek, kiváló elektromos teljesítményükről, de korlátozott formálhatóságukról ismertek. Rugalmatlanságuk miatt rendszerint háromdimenziós (3D) műszaki rajzok használatát igénylik a legtöbb elektronikus rendszerbe való megfelelő integrációhoz. A koaxiális kábelszerelvény kiválasztása azonban kompromisszumokat jelent, és a rugalmasság feláldozása érdekében a félmerev kábelszerelvények kiváló elektromos teljesítményt nyújtanak, mint a másik két koaxiális kábel típus, és egyenletes impedanciát, alacsony beillesztési veszteséget kínálnak széles frekvenciatartományokban, és kiváló árnyékolási hatékonyság (SE, egy olyan paraméter, amely jellemzi mind a kábel szivárgását, mind a külső elektromágneses forrásokkal szembeni érzékenységet).

A félmerev kábelek általában szilárd középponti vezetékkel vannak felépítve, amelyet dielektromos szigetelő anyag vesz körül, és amely szilárd, cső alakú külső vezetővel van bevonva (2 ábra, kivágott nézet). A középső vezető általában ezüstözött réz, amely nem mágneses és támogatja az alacsony veszteségű teljesítményt. A külső vezető általában alumíniumból vagy rézből készül, amely csupasz vagy óngal van bevonva. A merev kábelekkel ellentétben a félig merev kábeleket általában a kábel külső átmérője jellemzi: 0.034, 0.047, 0.086 vagy 0.141 hüvelyk. A kis átmérőjű, félig merev kábelek támogathatják az 110 GHz-es magassági frekvenciákat is, de a maximális teljesítménykezelési képességük néhány száz watt, és jellemzően sokkal kevesebb. Összehasonlítva a merev kábelek külső átmérője 0.875 és 8.1875 hüvelyk közötti lehet. Kínálnak kilowatt teljesítmény-kezelési képességeket alacsonyabb frekvenciákon, jellemzően körülbelül 800 MHz-en keresztül olyan alkalmazásokhoz, mint például a kereskedelmi rádió- és televíziós adók.

PIG 2

A szilárd külső vezető kiváló SE teljesítményt nyújt félig merev kábelekben, némi áldozatot adva a rugalmasságnak. A magas árnyékolási értékek lehetővé teszik a félkemény kábelek kiváló elektromos teljesítményének elérését magas szintű jelekkel ellátott környezetben is, az adóantennák közelében. A külső vezető különböző konfigurációinak felhasználásával a koaxiális kábelek gyártói javították a kábelek rugalmasságát, miközben továbbra is magas SE szintet értek el. A külső vezető- vagy fonatrétegeket sík fémcsomagolásokkal, kerek fémcsomagolásokkal, fémcsíkokkal bevonattal és anélkül, valamint egyrétegű, kétrétegű és háromrétegű kialakításban tervezték, hogy az SE-értékek széles skáláját biztosítsák a alacsony beillesztési veszteség, miközben a kábel rugalmasságát is elérheti.

Az átalakítható kábelek nagymértékben megkönnyítik a félig merev kábelszerelvények elektromos teljesítményét, de valamivel nagyobb rugalmassággal a nehéz telepítés és csatlakoztatás megkönnyítése érdekében. Az alakítható kábeleket nem úgy tervezték, hogy ismét hajlítsák őket, hanem meghajlíthatók (a minimális hajlítási sugaraik korlátain belül) a kívánt alakra, és megtartják ezt az alakot, ha meghajlik. A jó elektromos teljesítmény érdekében az alakítható kábeleket ezüstözött rézvezetőkkel vagy ezüstözött, rézbevonatú acélvezetőkkel és egy réz-ón-kompozit pajzs kialakítású, magas SE-t nyújtó konstrukcióval építik fel.

A rugalmas kábelek feláldozzák a félig merev kábelek elektromos teljesítményét, ám nagyobb rugalmasságuk megkönnyíti a rendszerek telepítését. A félig merev kábel szilárd vezetőjének helyett a rugalmas kábel gyakran sodrott középső vezetőt alkalmaz. A félig merev kábel szilárd külső vezetője helyett a rugalmas kábel poliuretán vagy fluortartalmú etilén-propilén (FEP) külső köpenyt használ. Számos különféle dielektromos szigetelő anyag használható egy rugalmas kábelszerelésben, ideértve a polietilént, a szilárd poli-tetrafluor-etilént (PTFE) és a nagy sűrűségű polietilén habot. A hab levegőtartalma csökkenti a szigetelő anyag dielektromos állandóját, miközben csökkenti a kábel csillapítását.

Például egy rugalmas koaxiális kábel használhat külső vezetőt, amely ezüstözött rézhuzalokból van szövve a szigetelő fölött, vagy ezüstözött rézszalagok egy kosárfonásban vagy ezüstözött rézhuzalok vannak egymással párhuzamosan és hosszú spirálban helyezve. konfiguráció. A középső vezető lehet szilárd réz, a kábel veszteségének minimalizálása érdekében, vagy sodrott, olyan alkalmazásokhoz, amelyeknél a kábel ismételt hajlítását igényelheti, bár nagyobb veszteséggel, mint a szilárd középső vezetővel ellátott kábeleknél.

3 ábra

A koaxiális kábelek zsinórjai különféle anyagokban és típusokban kaphatók, mindegyik kompromisszumot jelent. A kerek huzalból készült fonott réteg jó rugalmasságot és a legalacsonyabb anyagköltséget mutat, de, amint azt korábban megjegyeztük, hajlítás esetén a teljesítmény romlása szenvedhet. A kifinomultabb fonatanyagok megnövekedett anyagköltségeket képviselnek, de idővel következetesebb teljesítményt nyújtanak. Például egy sík fém szalagból kialakított pajzs alacsony kábelcsillapítást eredményezhet magas SE teljesítmény mellett, miközben az elektromos teljesítmény folyamatosan megmarad. A spirális lapos fonat támogatja a jó rugalmasságot, ugyanakkor kiváló fázistabilitást biztosít a kábel hajlításával és a magas SE szinttel. A becsomagolt vagy hajtogatott fóliafonat szintén nagy elektromos teljesítményt nyújt, jó mechanikai szilárdsággal, de némi rugalmasságvesztéssel a többi zsinór-konfigurációval összehasonlítva.

A zsinórok száma befolyásolja mind a rugalmasságot, mind az SE-t. Az árnyékoló anyagtól, például a rézhuzal-fonattól és az ezüsttel bevont anyagtól függően, az egyetlen fonatréteggel ellátott koaxiális kábel rendkívül nagy rugalmassággal képes 40 dB vagy annál magasabb sebességet biztosítani. Minden egyes hozzáadott zsinórréteggel a kábel rugalmassága csökken az SE növekedésével. A kettős zsinórréteg, amely két kerek huzalból készült zsinórból van kialakítva, általában jobb teljesítményt nyújthat, mint az 60 dB árnyékolás. De ha fóliás árnyékolást vagy szövött lapos fonatot használunk ezen zsinórrétegek egyikére, akkor az SE-t 90 dB-re lehet növelni. A dupla árnyékolású kábelek fóliás árnyékolást használva óngal töltött kompozit réteg alatt jobb eredményt érhetnek el, mint az 100 dB SE, miközben továbbra is ésszerű rugalmasságot érnek el. Magas SE-értékek lehetséges olyan hármas árnyékolású kábelekkel, amelyek kerek huzalt és szövött lapos fonatrétegeket kombinálnak, bár némi áldozatul a rugalmasságnak (4 ábra).

A koaxiális kábelszerelvényeket nem csak a kábel típusa, hanem a koaxiális csatlakozók határozzák meg a szerelvény mindkét végén. A legjobb alkalmazhatóság érdekében a különféle kábeltípusokat szokásos elektromos és mechanikai paraméterekkel lehet összehasonlítani, de az ilyen összehasonlítások során mindig összehasonlítani kell a hasonló hosszúságú kábelt hasonló koaxiális csatlakozókkal az összehasonlítandó kábelkészletek mindkét végén.

4 ábra

Az amplitúdó és a fázisjellemzők szempontjából a koaxiális kábel-szerelvénynek elektromosan láthatatlannak kell lennie egy rendszeren belül, és a rendszer két pontja között jelátviteli utat kell biztosítania, minimális hatással van az átvitt jelekre. A való világban azonban a kábelszerelvények megváltoztathatják a hordozott jeleket, bár a kábelszerelvény megfelelő megválasztása segíthet ezeknek a hatásoknak a minimalizálásában. A kábelszerelvényeket jellemzően számos különböző elektromos és mechanikai paraméter jellemzi (5 ábra): levágási frekvenciák, csillapítási vagy beillesztési veszteség (dB / lábban vagy dB / m-ben), visszatérő veszteség vagy feszültség állandó hullámaránya (VSWR), kapacitás (pF / láb), a terjedési sebesség (VP,%), az energiakezelési képesség (W-ban) és az egyenletes súly (font / láb vagy lbs / m). Ezek a különféle paraméterek hasznos mércéket adhatnak a különféle szállítók kábelegységének összehasonlításához.

Ha rádióállomást szeretne építeni, fokozza az FM rádió adóját, vagy bármilyen másra van szüksége FM berendezés, Nyugodtan vegye fel velünk a kapcsolatot: [e-mail védett].

Hagyjon üzenetet 

Üzenetlista