Att välja rätt RF-kabelmontering

Coaxial kabel montering finns nästan överallt där elektroniska system finns. Och de har ett enkelt jobb: att fungera som en signalväg för att överföra signaler från en plats till en annan. Men de måste göra det jobbet utan att misslyckas och med liten eller ingen förändring av signalerna, oavsett om det är högfrekventa analoga signaler eller höghastighets digitala signaler. Eftersom koaxialkabelaggregat är så viktiga för ett så stort antal system, från robusta markbaserade elektroniska system till kretsloppssatelliter i rymden, bör valprocessen för dessa kablar inte behandlas lätt. Att välja rätt koaxialkabelmontering är inte en triviell uppgift, men det är en som kan göras något lättare genom att bättre veta vad man ska leta efter i en högfrekvent eller hög hastighet koaxialkabelmontering.

Koaxialkablar ger medel för överföringsläget för tvärelektromagnetisk (TEM). Namnet koaxiellt kommer från deras konstruktion, som vanligtvis består av en kobberrör, inre ledare, fast eller strandad, omgiven av en rörformig dielektrisk isolator, som är omgiven av en rörformig yttre ledare eller skärm, som i sin tur är omgiven av någon form av skyddande ytterlager, vanligtvis ett plastlager. Koaxialkabeln är hjärnskölden till den brittiska matematikern Oliver Heaviside, som patenterade konceptet i slutet av 19th Century. Han hade studerat hudeffekter i telegraföverföringslinjer och fastställt att inslagning av någon form av isolator runt transmissionslinjen skulle förbättra dess prestanda. Den första kommersiella användningen av en koaxialkabel i Förenta staterna var en 220-lång lång körning av koaxialkabel mellan två städer i Minnesota, från Stevens Point till Minneapolis, nominellt för telefonlinjer.

För effektiv användning med högfrekventa analoga signaler eller snabba digitala signaler måste dimensionerna för de olika delarna av en koaxialkabel kontrolleras exakt för att uppnå konstant ledaravstånd. Den koaxiella konstruktionen (figur 1, utskuren vy av koaxkabeln) begränsar de elektriska och magnetiska fälten för ledda signaler i den dielektriska isolatorn samtidigt som elektriska och magnetiska fält utanför det yttre skärmskiktet hindrar störande ledningar. En koaxialkabel blir en enhet när den avslutas i kundens val av koaxialkontakt. Koaxialkabelaggregat används vanligtvis i kabel-tv-installationer (CATV), för högfrekventa RF / mikrovågsanslutningar, i precisionstest och mätutrustning och system och för att överföra digitala höghastighetssignaler i datornätverk.

FIG 1

Koaxialkabelaggregat för högfrekventa analoga eller snabba digitala applikationer har vanligtvis karakteristiska impedanser av antingen 50 eller 75 Ω, och dessa impedanser är inte av en slump. De två värdena spårar tillbaka till banbrytande arbete som utförts vid Bell Laboratories i 1929. Dessa tidiga experiment sökte optimala karakteristiska impedanser för överföring av höga effektnivåer samt för att uppnå minimal signalförlust. Helst skulle samma karakteristiska kabelimpedans stödja båda förhållandena, men det är inte fallet. En karakteristisk impedans av 30 Ω befanns vara optimal för att överföra signaler vid höga effektnivåer, medan 77 Ω visade sig vara väl lämpad för att minimera förlusten av högfrekventa höghastighetssignaler. Bellforskarna fann också att 60 Ω var den bästa karakteristiska impedansen för högspänningssignaler. 50 Ω-impedansen valdes som en praktisk kompromiss mellan krafthanteringsförmågan vid 30 Ω och den minimala dämpningen vid 77 Ω, medan 75 Ω valdes som en bra matchning för en centermatad dipolantenn i fritt utrymme för användning i radio system.

När du specificerar en koaxialkabelaggregat hjälper det att förstå de elektriska och mekaniska parametrarna för olika kabeltyper och hur man jämför dem. Koaxialkablar för RF / mikrovågsugn kan grupperas i tre kategorier: halvstyva och formbara (eller handformbara) kablar, flexibla kablar och korrugerade kablar. Var och en är konstruerad på olika sätt, med olika mekaniska egenskaper och olika nivåer av elektrisk prestanda.

Halvstyva kablar, så kallade för att de erbjuder mer flexibilitet än styva kablar, är kända för sin utmärkta elektriska prestanda men begränsade formbarhet. På grund av sin brist på flexibilitet kräver de vanligtvis användning av tredimensionella (3D) konstruktionsteckningar för korrekt integration i de flesta elektroniska system. Men att välja en koaxialkabelaggregat innebär avvägningar, och för offret i flexibilitet ger halvstyva kabelaggregat överlägsen elektrisk prestanda jämfört med de andra två koaxialkabeltyperna, och erbjuder enhetlig impedans, låg införingsförlust över stora frekvensområden, och utmärkt skärmningseffektivitet (SE, en parameter som kännetecknar både kabelläckage och mottaglighet för elektromagnetiska källor utanför).

Halvstyva kablar är vanligtvis konstruerade med en fast centrumledare omgiven av ett dielektriskt isolerande material, täckt av en massiv rörformig yttre ledare (figur 2, en utskuren vy). Mittledaren är vanligtvis silverpläterad koppar, som är icke-magnetisk och stödjer lågförlustprestanda. Den yttre ledaren är typiskt bildad av aluminium eller koppar, som är bar eller pläterad med tenn. Till skillnad från styva kablar kännetecknas halvstyva kablar vanligtvis av kabelns ytterdiameter: 0.034, 0.047, 0.086 eller 0.141 tum. Halvstyva kablar med liten diameter kan stödja driftsfrekvenser så höga som 110 GHz, men med maximal effekthanteringsfunktioner på några hundra watt och vanligtvis mycket mindre. Stela kablar har i jämförelse ytterdiametrar från 0.875 till 8.1875 tum. De erbjuder krafthanteringsfunktioner för kilowatt vid lägre frekvenser, vanligtvis genom ungefär 800 MHz för applikationer som kommersiella radiosändare och tv-sändare.

PIG 2

Den solida yttre ledaren ger utmärkt SE-prestanda i halvstyva kablar, med viss uppoffring i flexibilitet. De höga skärmningsvärdena möjliggör halvstyva kablar för att uppnå utmärkt elektrisk prestanda även i miljöer med högnivåsignaler, nära sändningsantenner. Genom att använda olika konfigurationer för den yttre ledaren har tillverkare av koaxialkablar förbättrat flexibiliteten hos sina kablar medan de fortfarande uppnått höga SE-nivåer. De yttre ledarna eller flätlagren har utformats med platta metallomslag, runda metallomslag, metallremsor med och utan beläggningar, och i enskikts-, dubbelskikts- och trippelskiktskonfigurationer för att ge ett brett utbud av SE-värden med låg införingsförlust samtidigt som man uppnår viss grad av flexibilitet i kabeln.

Konformerbara kablar erbjuder en hel del av den elektriska prestanda för halvstyva kabelsammansättningar, men med något mer flexibilitet för att underlätta svåra installationer och anslutningar. Konformerbara kablar är inte konstruerade för upprepad böjning, men kan böjas (inom gränserna för deras minsta böjradie) till en nödvändig form och kommer att behålla den formen när den är böjd. För god elektrisk prestanda är anpassade kablar konstruerade med silverpläterade kopparledare eller silverpläterade, koppartäckta stålledare och en koppar-tenn-kompositskärmdesign som ger hög SE.

Flexibla kablar offrar en del av den elektriska prestanda för halvstyva kablar, men deras större flexibilitet förenklar installationen i system. I stället för den fasta ledaren på en halvstyv kabel använder en flexibel kabel ofta en strandad mittledare. Istället för den halvstyva kabelns solida ytterledare, använder en flexibel kabel en polyuretan eller fluorerad etenpropen (FEP) yttermantel. Ett antal olika dielektriska isoleringsmaterial kan användas i ett flexibelt kabelaggregat, inklusive polyeten, fast polytetrafluroetylen (PTFE) och högdensitetspolyetenskum. Skumets luftinnehåll sänker isoleringsmaterialets dielektriska konstant samtidigt som det minskar kabeldämpningen.

Till exempel kan en flexibel koaxialkabel använda en yttre ledare bestående av silverpläterade koppartrådar flätade över isolatorn, eller silverpläterade kopparremsor i en korgväv eller silverpläterade koppartrådar som är parallella med varandra och i en lång spiral konfiguration. Mittledaren kan vara massiv koppar för att minimera kabelförlust, eller strängad, för applikationer som kan kräva upprepad böjning av kabeln, om än med högre förlust än kablar med en fast centrumledare.

FIG 3

Flätor för koaxialkablar finns i en rad olika material och typer, var och en representerar avvägningar. Ett flätningsskikt bildat av rund tråd ger god flexibilitet och har de lägsta materialkostnaderna men kan, som tidigare nämnts, drabbas av prestandadegradering med böjning. Mer sofistikerade flätmaterial representerar ökade materialkostnader, men mer konsekvent prestanda över tid. Exempelvis kan en skärm som består av platt metallband leverera låg kabeldämpning med hög SE-prestanda, samtidigt som den upprätthåller jämn elektrisk prestanda över tid. En spiralformad platt fläta stöder god flexibilitet, samtidigt som den möjliggör utmärkt fasstabilitet med kabelböjning och höga SE-nivåer. En lindad eller vikad folieflätning kan också ge hög elektrisk prestanda, med god mekanisk styrka men med viss förlust av flexibilitet jämfört med andra flätkonfigurationer.

Antalet flätor kommer att påverka både flexibilitet och SE. Beroende på skärmmaterialet, som koppartrådflätning, och om det är silverbelagd, kan en koaxialkabel med ett enda flätlager leverera SE på 40 dB eller högre med mycket hög flexibilitet. Med varje tillagd flätlager minskar kabelns flexibilitet när SE ökar. Ett dubbelt flätlager som består av två flätor med rund tråd kan vanligtvis ge bättre än 60 dB-skärmning. Men om en folieavskärmning eller vävd platt fläta används för ett av dessa flätlager, kan SE ökas till 90 dB. Dubbelskyddade kablar som använder en folieskydd under ett tennfyllt kompositlager kan uppnå bättre än 100 dB SE och samtidigt uppnå rimlig flexibilitet. Höga SE-värden är möjliga med trippelavskärmade kablar som kombinerar rund tråd och vävda platta flätlager, men med viss offra i flexibilitet (figur 4).

Koaxialkabelaggregat definieras inte bara av typen av kabel utan av koaxialkontakterna på endera änden av enheten. För bästa applikationsmatchning kan de olika kabeltyperna jämföras med hjälp av vanliga elektriska och mekaniska parametrar, men sådana jämförelser bör alltid jämföra samma längd på kabeln med liknande koaxialkontakt vid båda ändarna av kabelsammansättningarna som jämförs.

FIG 4

När det gäller amplitud- och fasegenskaper, bör en koaxialkabelaggregat vara elektriskt osynlig i ett system, vilket ger en signalväg mellan två punkter i systemet med minimala effekter på de överförda signalerna. I den verkliga världen kan dock kabelaggregat göra ändringar i signalerna som de bär, även om ett korrekt val av kabelmontering kan bidra till att minimera dessa effekter. Kabelaggregat kännetecknas vanligtvis av ett antal olika elektriska och mekaniska parametrar (figur 5): avstängningsfrekvenser, dämpning eller införingsförlust (i dB / ft eller dB / m), returförlust eller spänningens stående vågförhållande (VSWR), kapacitans (pF / ft.), utbredningshastighet (VP, i%), effekthanteringsförmåga (i W) och jämn vikt (lbs / ft. eller lbs / m). Dessa olika parametrar kan ge användbara måttstockar för att jämföra kabelmonteringar från olika leverantörer.

Om du vill bygga en radiostation, öka din FM-radiosändare eller behöver någon annan FM-utrustning, kontakta oss gärna: [e-postskyddad].

Lämna ett meddelande 

meddelande~~POS=TRUNC