Избор на правилния RF кабелен монтаж

Coaxial кабел сглобки са почти навсякъде, където могат да се намерят електронни системи. И те имат проста работа: да служат като сигнален път за прехвърляне на сигнали от едно място на друго. Но те трябва да свършат тази работа без отказ и с малка или никаква промяна в сигналите, независимо дали са високочестотни аналогови сигнали или високоскоростни цифрови сигнали. Тъй като коаксиалните сглобки на кабели са толкова жизненоважни за толкова широк спектър от системи, от здрави наземни електронни системи до орбитни спътници в космоса, процесът на избор на тези кабели не трябва да се третира леко. Изборът на правилния коаксиален кабел не е тривиална задача, но той може да бъде направен донякъде по-лесно, като знаете какво да търсите при високочестотен или високоскоростен коаксиален кабел.

Коаксиалните кабели осигуряват средствата на напречно-електромагнитния (TEM) режим на предаване. Името коаксиално идва от тяхната конструкция, която обикновено се състои от гола медна кръгла тел, вътрешен проводник, твърд или многожилен, заобиколен от тръбен диелектричен изолатор, който е заобиколен от тръбен външен проводник или щит, който от своя страна е заобиколен от някаква форма на защитен външен слой, обикновено пластмасов слой. Коаксиалният кабел е дете на британския математик Оливър Хевисайд, който патентова концепцията в края на 19th Century. Той изучаваше кожните ефекти в телеграфните електропроводи, като определи, че увиването на някаква форма на изолатора около преносната линия ще подобри работата му. Първата търговска употреба на коаксиален кабел в Съединените щати беше пробег на коаксиален кабел с дължина 220 между два града в Минесота, от Stevens Point до Минеаполис, номинално за телефонни линии.

За ефективна употреба с високочестотни аналогови сигнали или високоскоростни цифрови сигнали, размерите на различните части на коаксиален кабел трябва да бъдат точно контролирани, за да се постигне постоянно разстояние на проводника. Коаксиалната конструкция (фигура 1, изглед на коаксиален кабел) ограничава електрическите и магнитните полета на провежданите сигнали в диелектричния изолатор, като същевременно не позволява електрически и магнитни полета извън външния слой на екрана да пречат на провежданите сигнали. Коаксиален кабел се превръща в сбор, когато се прекратява по избор на клиента от коаксиални съединители. Коаксиалните сглобки на кабели обикновено се използват в инсталациите за кабелна телевизия (CATV), за високочестотни радиочестотни / микровълнови връзки, за прецизно измерване и измервателно оборудване и системи и за пренос на високоскоростни цифрови сигнали в компютърни мрежи.

ФИГУРА 1

Коаксиалните кабелни възли за високочестотни аналогови или високоскоростни цифрови приложения обикновено имат характерни импеданси или 50, или 75 Ω, и тези съпротивления не са случайни. Двете стойности проследяват пионерската работа, извършена в Bell Laboratories в 1929. Тези ранни експерименти търсеха оптимални характерни импеданси за прехвърляне на високи нива на мощност, както и за постигане на минимални загуби на сигнал. В идеалния случай един и същ характерен импеданс на кабела би поддържал и двете условия, но това не е така. Беше установено, че характерен импеданс на 30 Ω е оптимален за предаване на сигнали при високи нива на мощност, докато 77 Ω е подходящ за минимизиране на загубата на високочестотни високоскоростни сигнали. Изследователите на Bell откриха също, че 60 Ω е най-добрият характерен импеданс за сигнали с високо напрежение. Импедансът 50 Ω беше избран като практически компромис между способността за управление на мощността при 30 Ω и минималното затихване при 77 Ω, докато 75 Ω беше избран като подходящ мач за централна диполна антена в свободно пространство за използване в радиото системи.

Когато посочвате коаксиален кабел, той помага да се разберат електрическите и механичните параметри на различните типове кабели и как да се сравнят. RF / микровълновите коаксиални кабели могат да бъдат групирани в три категории: полутвърди и съвместими (или ръчно оформени) кабели, гъвкави кабели и гофрирани кабели. Всяка от тях е конструирана по различен начин, с различни механични характеристики и различни нива на електрически характеристики.

Полутвърдите кабели, наречени така, защото предлагат по-голяма гъвкавост от твърдите кабели, са известни с отличните си електрически характеристики, но с ограничена формалност. Поради липсата на гъвкавост, те обикновено изискват използването на триизмерни (3D) инженерни чертежи за правилното интегриране в повечето електронни системи. Но изборът на коаксиален кабел включва компромиси, а за жертвата в гъвкавостта, полутвърдите кабелни сглобки осигуряват превъзходни електрически характеристики в сравнение с другите два типа коаксиални кабели и предлагат равномерен импеданс, ниска загуба на вмъкване в широки честотни диапазони и отлична ефективност на екраниране (SE, параметър, характеризиращ както изтичането на кабела, така и чувствителността към външни електромагнитни източници).

Полутвърдите кабели обикновено са конструирани с твърд централен проводник, заобиколен от диелектричен изолационен материал, покрит с твърд тръбен външен проводник (фигура 2, изглед на разреза). Централният проводник обикновено е сребро, покрито с мед, което е немагнитно и поддържа производителност с ниски загуби. Външният проводник обикновено е оформен от алуминий или мед, които са голи или покрити с калай. За разлика от твърдите кабели, полутвърдите кабели обикновено се характеризират с външния диаметър на кабела: 0.034, 0.047, 0.086 или 0.141 инча. Полутвърдите кабели с малък диаметър могат да поддържат работните честоти като 110 GHz, но с максимални възможности за управление на мощността от няколкостотин вата и обикновено много по-малко. В сравнение с твърдите кабели има външни диаметри от 0.875 до 8.1875 инча. Те предлагат възможности за управление на мощността на киловати на по-ниски честоти, обикновено чрез около 800 MHz за приложения като търговски радио и телевизионни излъчватели.

PIG 2

Твърдият външен проводник осигурява отлични характеристики на SE в полутвърди кабели, с известна жертва в гъвкавостта. Високите стойности на екраниране позволяват на полутвърдите кабели да постигнат отлични електрически характеристики дори в среда с високо ниво на сигнали, в близост до предавателни антени. Използвайки различни конфигурации за външния проводник, производителите на коаксиални кабели подобриха гъвкавостта на своите кабели, като все още постигат високи нива на SE. Външните проводници или оплетени слоеве са проектирани с плоски метални обвивки, кръгли метални обвивки, метални ленти със и без покрития и в еднослойни, двуслойни и трислойни конфигурации, за да осигурят широк диапазон от стойности на SE с ниска загуба на вмъкване, като същевременно се постига известна мярка за гъвкавост в кабела.

Съвместимите кабели предлагат голяма част от електрическата производителност на полутвърди кабелни сглобки, но с малко по-голяма гъвкавост за улесняване на трудни инсталации и връзки. Съвместимите кабели не са проектирани за многократно огъване, но могат да бъдат огънати (в границите на техния минимален радиус на огъване) до необходимата форма и ще запазят тази форма веднъж огъната. За добри електрически характеристики, съвместимите кабели са конструирани със сребърни медни проводници или посребрени, покрити с мед стоманени проводници и медно-калаено-композитен дизайн на екрана, който осигурява висока SE.

Гъвкавите кабели жертват някои от електрическите характеристики на полутвърдите кабели, но по-голямата им гъвкавост опростява инсталациите в системите. На мястото на твърдия проводник на полутвърд кабел, гъвкавият кабел често използва жилен централен проводник. Вместо плътния външен проводник на полутвърдия кабел, гъвкавият кабел използва външно яке от полиуретан или флуориран етилен пропилен (FEP). Редица различни диелектрични изолационни материали могат да бъдат използвани в гъвкав монтаж на кабели, включително полиетилен, твърд политетрафлуроетилен (PTFE) и полиетиленова пяна с висока плътност. Съдържанието на въздух в пяната понижава диелектричната константа на материала на изолатора, като същевременно помага за намаляване на затихването на кабела.

Например, гъвкав коаксиален кабел може да използва външен проводник, оформен от сребърни медни проводници, сплетени над изолатора, или сребърни медни ленти в плетена кошница или сребърни медни проводници, поставени успоредно една на друга и в дълга спирала конфигурация. Централният проводник може да бъде твърд меден, за да се сведе до минимум загубата на кабел или многожилен за приложения, които могат да изискват многократно огъване на кабела, макар и с по-голяма загуба от кабели с твърд централен проводник.

ФИГУРА 3

Плитките за коаксиални кабели се предлагат в редица материали и видове, като всеки от тях представлява компромиси. Плетеният слой, оформен от кръгла тел, осигурява добра гъвкавост и има най-ниската цена на материала, но, както бе отбелязано по-рано, може да понесе влошаване на производителността с огъване. По-сложните материали за плитки представляват увеличени материални разходи, но по-постоянна производителност във времето. Например, щит, изработен от плоска метална лента, може да осигури слабо затихване на кабела с висока производителност на SE, като същевременно поддържа постоянни електрически характеристики във времето. Спирална плоска плитка поддържа добра гъвкавост, като същевременно позволява отлична фазова стабилност с гъвкавост на кабела и високи SE нива. Увитата или сгъната плитка от фолио също може да осигури висока електрическа производителност, с добра механична якост, но с известна загуба на гъвкавост в сравнение с други конфигурации на плитки.

Броят на плитките ще повлияе както на гъвкавостта, така и на SE. В зависимост от материала на екрана, като оплетка от медна тел и дали е покрита със сребро, коаксиален кабел с един плитен слой може да достави SE от 40 dB или по-висока с много голяма гъвкавост. С всеки добавен плитен слой гъвкавостта на кабела намалява с увеличаване на SE. Двойният плитен слой, формиран от две плитки с кръгла тел, обикновено може да осигури по-добро от екраниране с 60 dB. Но ако за един от тези слоеве плитка се използва фолио за екраниране или тъкана плоска плитка, SE може да се увеличи до 90 dB. Двойно екранираните кабели, използващи защитен фолио под ламаринен композитен слой, могат да постигнат по-добри резултати от 100 dB SE, като в същото време постигат разумна гъвкавост. Високите стойности на SE са възможни с кабели с три екрани, които комбинират кръгли телове и тъкани плоски плитки, макар и с известна жертва в гъвкавостта (Фигура 4).

Коаксиалните сглобки на кабели се определят не само от типа на кабела, но и от коаксиалните съединители в двата края на монтажа. За най-доброто съвпадение на приложението, различните типове кабели могат да се сравняват чрез стандартни електрически и механични параметри, но такива сравнения винаги трябва да сравняват сходни дължини на кабела със сходни коаксиални съединители в двата края на кабелните възли, които се сравняват.

ФИГУРА 4

По отношение на амплитудната и фазовата характеристика, коаксиалният кабелен монтаж трябва да бъде електрически невидим в системата, осигурявайки път на сигнала между две точки в системата с минимални ефекти върху прехвърлените сигнали. В реалния свят обаче кабелните възли могат да променят сигналите, които носят, въпреки че правилният избор на сглобяване на кабели може да помогне да се намалят тези ефекти. Кабелните възли обикновено се характеризират с редица различни електрически и механични параметри (Фигура 5): честота на прекъсване, затихване или загуба на вмъкване (в dB / фут. Или dB / m), загуба на връщане или напрежение на постоянна вълна (VSWR), капацитет (pF / ft.), скорост на разпространение (VP, в%), способност за управление на мощността (в W) и дори тегло (фунт / фут. или фунт / м). Тези различни параметри могат да осигурят полезни критерии за сравнение на кабелни сглобки от различни доставчици.

Ако искате да изградите радиостанция, усилете вашия FM радиопредавател или се нуждаете от друг FM оборудване, моля не се колебайте да се свържете с нас: [имейл защитен].

Остави съобщение 

Списък на ЛС