Επιλέγοντας τη σωστή συναρμολόγηση καλωδίου RF

Coaxial καλώδιο τα συγκροτήματα σχεδόν παντού μπορούν να βρεθούν ηλεκτρονικά συστήματα. Και έχουν μια απλή δουλειά: να χρησιμεύουν ως διαδρομή σήματος για τη μεταφορά σημάτων από μια τοποθεσία σε μια άλλη. Αλλά πρέπει να κάνουν αυτή την εργασία χωρίς αποτυχία και με ελάχιστη ή καθόλου αλλαγή στα σήματα, είτε είναι αναλογικά σήματα υψηλής συχνότητας είτε ψηφιακά σήματα υψηλής ταχύτητας. Επειδή τα συγκροτήματα ομοαξονικών καλωδίων είναι τόσο σημαντικά για ένα τόσο ευρύ φάσμα συστημάτων, από τα ανθεκτικά ηλεκτρονικά συστήματα εδάφους έως τους τροχούς γύρω από τους δορυφόρους στο διάστημα, η διαδικασία επιλογής για τα καλώδια αυτά δεν πρέπει να αντιμετωπίζεται ελαφρώς. Η επιλογή του σωστού συγκροτήματος ομοαξονικού καλωδίου δεν είναι μια τετριμμένη εργασία, αλλά είναι μία που μπορεί να γίνει κάπως πιο εύκολη, γνωρίζοντας καλύτερα τι πρέπει να αναζητήσουμε σε ένα συγκρότημα ομοαξονικού καλωδίου υψηλής συχνότητας ή υψηλής ταχύτητας.

Τα ομοαξονικά καλώδια παρέχουν τα μέσα εγκάρσιας ηλεκτρομαγνητικής (TEM) μετάδοσης. Το ομοαξονικό όνομα προέρχεται από την κατασκευή τους, η οποία τυπικά αποτελείται από έναν εσωτερικό αγωγό γυμνού κυκλικού σύρματος χαλκού, στερεό ή έλικα, που περιβάλλεται από ένα σωληνοειδή διηλεκτρικό μονωτικό, ο οποίος περιβάλλεται από έναν σωληνωτό εξωτερικό αγωγό ή ασπίδα, ο οποίος με τη σειρά του περιβάλλεται από κάποια μορφή του προστατευτικού εξωτερικού στρώματος, συνήθως πλαστικό στρώμα. Το ομοαξονικό καλώδιο είναι το πνευματικό τέχνασμα του βρετανικού μαθηματικού Oliver Heaviside, ο οποίος κατοχύρωσε την ιδέα στα τέλη του 19th Century. Είχε μελετήσει τα εφέ του δέρματος στις τηλεγραφικές γραμμές μετάδοσης, καθορίζοντας ότι η περιτύλιξη κάποιου τύπου μονωτή γύρω από τη γραμμή μεταφοράς θα βελτίωνε την απόδοσή του. Η πρώτη εμπορική χρήση ομοαξονικού καλωδίου στις Ηνωμένες Πολιτείες ήταν μια ομοαξονική καλωδίωση 220-μιλίων μεταξύ δύο πόλεων της Μινεσότα, από το Stevens Point έως το Minneapolis, ονομαστικά για τηλεφωνικές γραμμές.

Για αποτελεσματική χρήση με αναλογικά σήματα υψηλής συχνότητας ή ψηφιακά σήματα υψηλής ταχύτητας, οι διαστάσεις των διαφόρων τμημάτων ενός ομοαξονικού καλωδίου πρέπει να ελέγχονται με ακρίβεια ώστε να επιτυγχάνεται σταθερή απόσταση αγωγών. Η ομοαξονική κατασκευή (διάγραμμα 1, απεικόνιση του ομοαξονικού καλωδίου) περιορίζει τα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία των διεγερθέντων σημάτων εντός του διηλεκτρικού μονωτήρα ενώ εμποδίζει τα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία έξω από την εξωτερική στρώση ασπίδας να παρεμποδίζουν τα διεγειρόμενα σήματα. Ένα ομοαξονικό καλώδιο γίνεται ένα συγκρότημα όταν τερματίζεται στην επιλογή των ομοαξονικών συνδέσμων ενός πελάτη. Τα συγκροτήματα ομοαξονικών καλωδίων χρησιμοποιούνται συνήθως σε εγκαταστάσεις καλωδιακής τηλεόρασης (CATV), για συνδέσεις RF / μικροκυμάτων υψηλής συχνότητας, σε εξοπλισμό και συστήματα δοκιμών και μετρήσεων ακριβείας και για τη μεταφορά ψηφιακών σημάτων υψηλής ταχύτητας σε δίκτυα υπολογιστών.

FIG. 1

Τα συγκροτήματα ομοαξονικών καλωδίων για αναλογικές ή υψηλής ταχύτητας ψηφιακές εφαρμογές υψηλής συχνότητας έχουν χαρακτηριστικά χαρακτηριστικές αντιστάσεις είτε 50 είτε 75 Ω, και αυτές οι σύνθετες αντιστάσεις δεν είναι τυχαίες. Οι δύο αξίες αναδεικνύουν την πρωτοποριακή εργασία που πραγματοποιήθηκε στα Bell Laboratories στο 1929. Αυτά τα πρώτα πειράματα επιδίωξαν βέλτιστες χαρακτηριστικές σύνθετες αντιστάσεις για τη μεταφορά υψηλών επιπέδων ισχύος καθώς και για την επίτευξη ελάχιστης απώλειας σήματος. Στην ιδανική περίπτωση, η ίδια χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση των καλωδίων θα υποστήριζε και τις δύο συνθήκες, αλλά αυτό δεν συμβαίνει. Μια χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση του 30 Ω βρέθηκε ότι είναι βέλτιστη για τη μεταφορά σημάτων σε υψηλά επίπεδα ισχύος, ενώ το 77 Ω βρέθηκε ότι είναι κατάλληλο για την ελαχιστοποίηση της απώλειας σημάτων υψηλής συχνότητας και υψηλής ταχύτητας. Οι ερευνητές Bell επίσης διαπίστωσαν ότι το 60 Ω ήταν η καλύτερη χαρακτηριστική αντίσταση για τα σήματα υψηλής τάσης. Η αντίσταση 50 Ω επελέγη ως πρακτικός συμβιβασμός μεταξύ της δυνατότητας χειρισμού ισχύος στο 30 Ω και της ελάχιστης εξασθένησης στο 77 Ω, ενώ το 75 Ω επελέγη ως καλός αγώνας για κεντρική δίπολη κεραία σε ελεύθερο χώρο για χρήση στο ραδιόφωνο συστήματα.

Όταν καθορίζετε ένα συγκρότημα ομοαξονικού καλωδίου, βοηθάει στην κατανόηση των ηλεκτρικών και μηχανικών παραμέτρων των διαφόρων τύπων καλωδίων και στον τρόπο σύγκρισης τους. Τα ομοαξονικά καλώδια RF / μικροκυμάτων μπορούν να ομαδοποιηθούν σε τρεις κατηγορίες: ημι-άκαμπτα και συμβατά (ή χέρι διαμορφώσιμα) καλώδια, εύκαμπτα καλώδια και κυματοειδή καλώδια. Καθένα είναι κατασκευασμένο διαφορετικά, με διαφορετικά μηχανικά χαρακτηριστικά και διαφορετικά επίπεδα ηλεκτρικής απόδοσης.

Τα ημι-άκαμπτα καλώδια, τα αποκαλούμενα επειδή προσφέρουν μεγαλύτερη ευελιξία από τα άκαμπτα καλώδια, είναι γνωστά για την εξαιρετική ηλεκτρική τους απόδοση αλλά έχουν περιορισμένη δυνατότητα σχηματισμού. Λόγω της έλλειψης ευελιξίας τους, απαιτούν συνήθως τη χρήση τρισδιάστατων (3D) σχεδίων μηχανικής για σωστή ενσωμάτωση στα περισσότερα ηλεκτρονικά συστήματα. Αλλά επιλέγοντας ένα συγκρότημα ομοαξονικού καλωδίου συνεπάγεται αντισταθμίσεις και για την θυσία στην ευελιξία τα ημι-άκαμπτα συγκροτήματα καλωδίων παρέχουν ανώτερη ηλεκτρική απόδοση σε σύγκριση με τους άλλους δύο ομοαξονικούς τύπους καλωδίων και προσφέρουν ομοιόμορφη αντίσταση, χαμηλή απώλεια εισόδου σε εύρος ευρείας συχνότητας και εξαιρετική αποτελεσματικότητα θωράκισης (SE, μια παράμετρος που χαρακτηρίζει τόσο τη διαρροή καλωδίου όσο και την ευαισθησία σε εξωτερικές ηλεκτρομαγνητικές πηγές).

Τα ημι-άκαμπτα καλώδια τυπικά κατασκευάζονται με ένα συμπαγές κεντρικό αγωγό που περιβάλλεται από ένα διηλεκτρικό μονωτικό υλικό, καλυμμένο από ένα συμπαγές σωληνωτό εξωτερικό αγωγό (Σχήμα 2, μια όψη με σχισμή). Ο κεντρικός αγωγός είναι συνήθως επαργυρωμένος χαλκός, ο οποίος δεν είναι μαγνητικός και υποστηρίζει χαμηλή απόδοση. Ο εξωτερικός αγωγός αποτελείται τυπικά από αλουμίνιο ή χαλκό, ο οποίος είναι γυμνός ή επιστρωμένος με κασσίτερο. Σε αντίθεση με τα άκαμπτα καλώδια, τα ημι-άκαμπτα καλώδια τυπικά χαρακτηρίζονται από την εξωτερική διάμετρο του καλωδίου: 0.034, 0.047, 0.086 ή 0.141 ίντσες. Τα ημιάκαμπτα καλώδια μικρής διαμέτρου μπορούν να υποστηρίξουν λειτουργικές συχνότητες τόσο υψηλές όσο το 110 GHz, αλλά με μέγιστες δυνατότητες χειρισμού ισχύος μερικών εκατοντάδων βατ και συνήθως πολύ λιγότερες. Τα άκαμπτα καλώδια σε σύγκριση έχουν εξωτερικές διαμέτρους που κυμαίνονται από 0.875 έως 8.1875 ίντσες. Προσφέρουν δυνατότητες χειρισμού ισχύος σε κιλοβάτ σε χαμηλότερες συχνότητες, συνήθως μέσω περίπου 800 MHz για εφαρμογές όπως πομποί ραδιοφωνικής και τηλεοπτικής εκπομπής.

PIG 2

Ο συμπαγής εξωτερικός αγωγός παρέχει εξαιρετική απόδοση SE σε ημι-άκαμπτα καλώδια, με κάποια ευελιξία στη θυσία. Οι υψηλές τιμές θωράκισης επιτρέπουν στα ημι-άκαμπτα καλώδια να επιτύχουν εξαιρετική ηλεκτρική απόδοση ακόμα και σε περιβάλλοντα με σήματα υψηλού επιπέδου, κοντά σε κεραίες εκπομπής. Χρησιμοποιώντας διαφορετικές διαμορφώσεις για τον εξωτερικό αγωγό, οι κατασκευαστές ομοαξονικών καλωδίων βελτίωσαν την ευελιξία των καλωδίων τους, επιτυγχάνοντας ταυτόχρονα υψηλά επίπεδα SE. Τα στρώματα εξωτερικού αγωγού ή πλεξούδας έχουν σχεδιαστεί με επίπεδες μεταλλικές επενδύσεις, μεταλλικές περιτυλίξεις με στρογγυλές μεταλλικές επιφάνειες, με μεταλλικές ταινίες με και χωρίς επικαλύψεις και σε διαμορφώσεις μονής στοιβάδας, διπλής στρώσης και τριπλής στρώσης για την παροχή ευρείας κλίμακας τιμών SE με χαμηλή απώλεια εισόδου, επιτυγχάνοντας επίσης κάποια ευελιξία στο καλώδιο.

Τα συμμορφούμενα καλώδια προσφέρουν μεγάλη ηλεκτρική απόδοση σε ημι-άκαμπτα καλωδιακά συγκροτήματα, αλλά με κάπως μεγαλύτερη ευελιξία για να διευκολύνουν δύσκολες εγκαταστάσεις και συνδέσεις. Τα συμμορφούμενα καλώδια δεν έχουν σχεδιαστεί για επαναλαμβανόμενη κάμψη, αλλά μπορούν να κάμπτονται (εντός των ορίων της ελάχιστης ακτίνας καμπυλότητας) σε ένα απαιτούμενο σχήμα και θα διατηρούν το σχήμα μόλις λυγίσουν. Για καλές ηλεκτρικές επιδόσεις, τα συμβατά καλώδια κατασκευάζονται με ασημένια χάλκινα καλώδια ή επιχρωμιωμένους ατσάλινους αγωγούς καλυμμένους με χαλκό και σχεδιασμό θωράκισης από χαλκό-κασσίτερο που παρέχει υψηλό SE.

Τα εύκαμπτα καλώδια θυσιάζουν μερικές από τις ηλεκτρικές επιδόσεις ημι-άκαμπτων καλωδίων, αλλά η μεγαλύτερη ευελιξία τους απλοποιεί τις εγκαταστάσεις σε συστήματα. Στη θέση του στερεού αγωγού ενός ημι-άκαμπτου καλωδίου, ένα εύκαμπτο καλώδιο συχνά χρησιμοποιεί έναν κεντρικό κεντρικό αγωγό. Αντί του στερεού εξωτερικού αγωγού του ημικυκλικού καλωδίου, ένα εύκαμπτο καλώδιο χρησιμοποιεί εξωτερικό περίβλημα από πολυουρεθάνη ή φθοριωμένο αιθυλένιο προπυλένιο (FEP). Μπορούν να χρησιμοποιηθούν διάφορα υλικά διηλεκτρικού μονωτικού υλικού σε ένα εύκαμπτο συγκρότημα καλωδίων, συμπεριλαμβανομένου του πολυαιθυλενίου, του στερεού πολυτετραφθοροαιθυλενίου (PTFE) και του αφρού πολυαιθυλενίου υψηλής πυκνότητας. Το περιεχόμενο αέρα του αφρού μειώνει τη διηλεκτρική σταθερά του μονωτικού υλικού, βοηθώντας ταυτόχρονα να μειώσει την εξασθένιση του καλωδίου.

Για παράδειγμα, ένα εύκαμπτο ομοαξονικό καλώδιο μπορεί να χρησιμοποιεί έναν εξωτερικό αγωγό που αποτελείται από ασημένια σύρματα χαλκού πλεγμένα επάνω από τον μονωτήρα ή επιχρωμιωμένες χάλκινες λωρίδες σε ένα πλέγμα καλαθιού ή επιχρυσωμένα χάλκινα σύρματα τοποθετημένα παράλληλα μεταξύ τους και σε μακρά σπείρα διαμόρφωση. Ο κεντρικός αγωγός μπορεί να είναι στερεός χαλκός, για να ελαχιστοποιήσει την απώλεια καλωδίου ή να είναι κλώνος, για εφαρμογές που μπορεί να απαιτούν επαναλαμβανόμενη κάμψη του καλωδίου, αν και με μεγαλύτερη απώλεια από τα καλώδια με ένα συμπαγές κεντρικό αγωγό.

FIG. 3

Οι πλεξίδες για ομοαξονικά καλώδια διατίθενται σε μια σειρά υλικών και τύπων, με το καθένα να αντιπροσωπεύει αντισταθμίσεις. Ένα στρώμα πλεξούδας διαμορφωμένο από στρογγυλό σύρμα παρέχει καλή ευκαμψία και έχει το χαμηλότερο κόστος υλικού αλλά, όπως σημειώθηκε νωρίτερα, μπορεί να υποστεί αποδόμηση της απόδοσης με κάμψη. Τα πιο εξελιγμένα υλικά πλεξούδας αντιπροσωπεύουν αυξημένο κόστος υλικών, αλλά πιο συνεπή απόδοση με την πάροδο του χρόνου. Για παράδειγμα, μια ασπίδα που αποτελείται από επίπεδη μεταλλική κορδέλα μπορεί να προσφέρει χαμηλή εξασθένιση καλωδίου με υψηλή απόδοση SE, διατηρώντας ταυτόχρονα σταθερές ηλεκτρικές επιδόσεις με την πάροδο του χρόνου. Ένα ελικοειδές επίπεδο πλέγμα υποστηρίζει καλή ευκαμψία, ενώ παράλληλα επιτρέπει εξαιρετική σταθερότητα φάσης με κάμψη καλωδίων και υψηλά επίπεδα SE. Ένα τυλιγμένο ή διπλωμένο πλέγμα αλουμινίου μπορεί επίσης να παρέχει υψηλή ηλεκτρική απόδοση, με καλή μηχανική αντοχή αλλά με κάποια απώλεια ευκαμψίας σε σύγκριση με άλλες διαμορφώσεις πλεξούδας.

Ο αριθμός των πλεξούδων θα επηρεάσει τόσο την ευελιξία όσο και την SE. Ανάλογα με το υλικό της θωράκισης, όπως το πλεξούδες από χαλκό και αν είναι ασημένιο, ένα ομοαξονικό καλώδιο με μονή στρώση πλεξούδας μπορεί να παράγει SE του 40 dB ή υψηλότερο με πολύ μεγάλη ευελιξία. Με κάθε πρόσθετο στρώμα πλεξούδας, η ευκαμψία του καλωδίου μειώνεται όσο αυξάνεται η SE. Ένα στρώμα διπλής πλεξούδας διαμορφωμένο από δύο στρογγυλά πλεξούδες μπορεί τυπικά να παραδώσει καλύτερα από την θωράκιση 60 dB. Αν όμως χρησιμοποιείται μία προστατευτική μεμβράνη ή ένα υφασμένο πλεκτό πλεξούδα για ένα από αυτά τα στρώματα πλεξούδας, η SE μπορεί να αυξηθεί σε 90 dB. Τα διπλά θωρακισμένα καλώδια που χρησιμοποιούν προστατευτικό φύλλο αλουμινίου κάτω από σύνθετο στρώμα γεμισμένο με κασσίτερο μπορούν να επιτύχουν καλύτερα από το 100 dB SE ενώ παράλληλα επιτυγχάνουν εύλογη ευελιξία. Υψηλές τιμές SE είναι δυνατές με τριπλά θωρακισμένα καλώδια που συνδυάζουν στρογγυλά σύρματα και υφασμένα επίπεδα στρώματα πλεξούδας, αν και με κάποια θυσία σε ευελιξία (Σχήμα 4).

Τα συγκροτήματα ομοαξονικών καλωδίων ορίζονται όχι μόνο από τον τύπο καλωδίου αλλά από τους ομοαξονικούς συνδέσμους σε κάθε άκρο του συγκροτήματος. Για την καλύτερη αντιστοίχιση των εφαρμογών, οι διαφορετικοί τύποι καλωδίων μπορούν να συγκριθούν μέσω τυπικών ηλεκτρικών και μηχανικών παραμέτρων, αλλά παρόμοιες συγκρίσεις θα πρέπει πάντοτε να συγκρίνουν παρόμοια μήκη καλωδίου με παρόμοιες ομοαξονικές συνδέσεις και στις δύο άκρες των συγκροτημάτων καλωδίων που συγκρίνονται.

FIG. 4

Όσον αφορά τα χαρακτηριστικά εύρους και φάσης, ένα συγκρότημα ομοαξονικού καλωδίου θα πρέπει να είναι ηλεκτρικά αόρατο σε ένα σύστημα, παρέχοντας μια διαδρομή σήματος μεταξύ δύο σημείων στο σύστημα με ελάχιστες επιπτώσεις στα μεταφερόμενα σήματα. Στον πραγματικό κόσμο, ωστόσο, τα καλωδιακά συγκροτήματα μπορούν να τροποποιήσουν τα σήματα που μεταφέρουν, παρόλο που η κατάλληλη επιλογή συναρμολόγησης καλωδίων μπορεί να συμβάλει στην ελαχιστοποίηση αυτών των επιπτώσεων. Τα συγκροτήματα καλωδίων τυπικά χαρακτηρίζονται από έναν αριθμό διαφορετικών ηλεκτρικών και μηχανικών παραμέτρων (Σχήμα 5): συχνότητες αποκοπής, απώλεια εξασθένησης ή εισαγωγής (σε dB / ft ή dB / m), λόγος απώλειας επιστροφής ή τάσης εντάσεως τάσης (VSWR) (pF / ft.), ταχύτητα διάδοσης (VP, σε%), ικανότητα χειρισμού ισχύος (σε W) και ακόμη και βάρος (lbs / ft ή lbs / m). Αυτές οι διαφορετικές παράμετροι μπορούν να παράσχουν χρήσιμα στοιχεία για τη σύγκριση των συγκροτημάτων καλωδίων από διαφορετικούς προμηθευτές.

Εάν θέλετε να δημιουργήσετε έναν ραδιοφωνικό σταθμό, ενισχύστε τον πομπό ραδιοφώνου FM ή χρειάζεστε άλλο Εξοπλισμός FM, Παρακαλώ μη διστάσετε να επικοινωνήσετε μαζί μας: [προστασία μέσω email].

Αφήστε μήνυμα 

Λίστα μηνυμάτων