Elecció del conjunt de cables de RF adequat

Coaxial cable Els muntatges es troben gairebé a tot arreu on es poden trobar sistemes electrònics. I tenen una feina senzilla: servir de camí de senyal per transferir senyals d’una ubicació a una altra. Però han de fer aquesta tasca sense fallar i amb poc o cap canvi en els senyals, ja siguin senyals analògics d’alta freqüència o senyals digitals d’alta velocitat. Com que els conjunts de cables coaxials són tan vitals per a una gamma tan àmplia de sistemes, des de sistemes electrònics robustos basats a terra fins a satèl·lits en òrbita a l’espai, el procés de selecció d’aquests cables no s’ha de tractar lleugerament. L’elecció del conjunt coaxial de cable coaxial adequat no és una tasca trivial, però sí que es pot fer una mica més fàcil sabent què cal buscar en un conjunt de cables coaxials d’alta freqüència o alta velocitat.

Els cables coaxials proporcionen el mitjà de transmissió transversal-electromagnètic (TEM). El nom coaxial prové de la seva construcció, que consisteix normalment en un conductor interior de fil rodó de coure nu, sòlid o encadenat, envoltat d’un aïllant dielèctric tubular, que està envoltat d’un conductor o escut tubular exterior, que al seu torn està envoltat d’alguna forma. de capa externa protectora, normalment una capa de plàstic. El cable coaxial és l’ideari del matemàtic britànic Oliver Heaviside, que va patentar el concepte a finals del segle 19th. Havia estat estudiant els efectes de la pell en les línies de transmissió del telègraf i va determinar que l'embolcall d'alguna forma d'aïllant a la línia de transmissió milloraria el seu rendiment. El primer ús comercial d’un cable coaxial als Estats Units va ser un recorregut de cable coaxial amb una longitud de 220-milla entre dues poblacions de Minnesota, des de Stevens Point a Minneapolis, nominalment per a línies telefòniques.

Per a un ús eficaç amb senyals analògics d’alta freqüència o senyals digitals d’alta velocitat, cal controlar amb precisió les dimensions de les diferents parts d’un cable coaxial per aconseguir un distanciament constant del conductor. La construcció coaxial (figura 1, vista retallada del cable coaxial) confina els camps elèctrics i magnètics dels senyals conduïts dins de l’aïllant dielèctric alhora que impedeix que els camps elèctrics i magnètics de la capa d’escut exterior no interfereixin amb els senyals conduïts. Un cable coaxial es converteix en un conjunt quan es tanca a l’elecció del client de connectors coaxials. Els conjunts de cables coaxials s’utilitzen habitualment en instal·lacions de televisió per cable (CATV), per a connexions d’alta freqüència RF / microones, en equips i sistemes de prova i mesura de precisió i per a transferir senyals digitals d’alta velocitat a les xarxes d’ordinadors.

FIG 1

Els conjunts de cables coaxials per a aplicacions digitals d’alta freqüència analògica o d’alta velocitat tenen, normalment, impedències característiques de 50 o 75 Ω, i aquestes impedències no són per casualitat. Els dos valors es remunten a treballs pioners realitzats als laboratoris Bell de 1929. Els primers experiments buscaven impedàncies característiques òptimes per a la transferència de nivells elevats de potència, així com per aconseguir una mínima pèrdua de senyal. L’ideal seria que la mateixa impedància característica del cable donés suport a les dues condicions, però no és així. Una impedància característica de 30 Ω va ser òptima per a transferir senyals a nivells d'alta potència, mentre que 77 Ω era adequada per minimitzar la pèrdua de senyals d'alta velocitat i d'alta freqüència. Els investigadors de Bell també van descobrir que 60 Ω era la millor impedància característica per a senyals d’alta tensió. La impedància 50 Ω es va escollir com a compromís pràctic entre la capacitat de maneig de potència de 30 Ω i la mínima atenuació en 77 Ω, mentre que 75 Ω es va seleccionar com a bona coincidència per a una antena dipòlica alimentada al centre en espai lliure per utilitzar-la en ràdio sistemes.

Quan especifiqueu un conjunt coaxial de cables, ajuda a comprendre els paràmetres elèctrics i mecànics de diferents tipus de cables i la manera de comparar-los. Els cables coaxials RF / microones es poden agrupar en tres categories: cables semirígids i conformables (o formables a mà), cables flexibles i cables corrugats. Cadascuna està construïda de manera diferent, amb diferents característiques mecàniques i diferents nivells de rendiment elèctric.

Els cables semirígids, anomenats perquè ofereixen més flexibilitat que els cables rígids, són coneguts pel seu excel·lent rendiment elèctric però per una formabilitat limitada. A causa de la seva manca de flexibilitat, solen requerir l'ús de dibuixos d'enginyeria tridimensionals (3D) per a una correcta integració a la majoria de sistemes electrònics. Però escollir un conjunt de cables coaxials comporta compensacions, i per al sacrifici en flexibilitat, els conjunts de cables semirígids proporcionen un rendiment elèctric superior en comparació amb els altres dos tipus de cables coaxials i ofereixen una impedància uniforme, baixa pèrdua d’inserció en amplis intervals de freqüència i excel·lent efectivitat de blindatge (SE, un paràmetre que caracteritza tant les fuites de cables com la susceptibilitat a fonts electromagnètiques externes).

Els cables semirígids es construeixen normalment amb un conductor de sòlid centre envoltat d’un material aïllant dielèctric, cobert per un conductor exterior tubular sòlid (figura 2, vista retallada). El conductor central sol ser de coure platejat, que no és magnètic i suporta un baix rendiment. El conductor exterior està format normalment en alumini o coure, que està nu o xapat amb estany. A diferència dels cables rígids, els cables semirígids es caracteritzen generalment pel diàmetre exterior del cable: 0.034, 0.047, 0.086 o 0.141 polzades. Els cables semirígids de diàmetre petit poden suportar freqüències de funcionament tan altes com 110 GHz, però amb capacitats màximes de maneig de potència d’uns quants centenars de watts i normalment menys. Els cables rígids, en comparació, tenen diàmetres exteriors que van des de 0.875 fins a 8.1875 polzades. Ofereixen capacitats de maneig de potència de quilowatts a freqüències més baixes, normalment a través d’uns 800 MHz per a aplicacions com ara transmissors de ràdio comercials i televisions.

PIG 2

El conductor sòlid exterior proporciona un excel·lent rendiment de SE en cables semirígids, amb un cert sacrifici en flexibilitat. Els alts valors de blindatge permeten als cables semirígids obtenir un excel·lent rendiment elèctric fins i tot en entorns amb senyals d’alt nivell, a prop de les antenes de transmissió. Utilitzant diferents configuracions per al conductor extern, els fabricants de cables coaxials han millorat la flexibilitat dels seus cables tot aconseguint nivells elevats de SE. Les capes de conductor o de trenes exteriors s’han dissenyat amb embolcalls de metall pla, embolcalls de metall rodons, tires de metall amb i sense recobriments, i en configuracions d’una sola capa, de doble capa i de triple capa per proporcionar una àmplia gamma de valors SE amb baixa pèrdua d’inserció alhora que s’aconsegueix una certa flexibilitat en el cable.

Els cables conformables ofereixen gran part del rendiment elèctric dels conjunts de cables semirígids, però amb una mica més de flexibilitat per facilitar facilitats i connexions. Els cables conformes no estan dissenyats per a una flexió repetida, sinó que es poden doblar (dins dels límits del seu radi mínim de flexió) a una forma requerida i conservaran aquesta forma un cop doblegats. Per a un bon rendiment elèctric, els cables conformables estan construïts amb conductors de coure xapats amb plata o conductors d’acer recoberts de coure i un disseny d’escut compost de coure-estany que proporciona un elevat SE.

Els cables flexibles sacrificen part del rendiment elèctric dels cables semirígids, però la seva major flexibilitat simplifica les instal·lacions en sistemes. En lloc del conductor sòlid d'un cable semirígid, un cable flexible sol utilitzar un conductor central no encallat. En lloc del conductor exterior sòlid del cable semirígid, un cable flexible utilitza una jaqueta exterior de poliuretà o etilè-propilena fluorada (FEP). Es poden utilitzar diversos materials aïllants dielèctrics en un conjunt de cables flexible, inclosos polietilè, politetrafluroetilè sòlid (PTFE) i escuma de polietilè d’alta densitat. El contingut d'aire de l'escuma disminueix la constant dielèctrica del material aïllant alhora que redueix la atenuació del cable.

Per exemple, un cable coaxial flexible pot utilitzar un conductor exterior format de fils de coure platejat de plata trencats per l’aïllant, o tires de coure platejat en un teixit de cistella o fils de coure platejat fixats paral·lels entre si i en una espiral llarga. configuració. El conductor central pot ser de coure sòlid, per minimitzar la pèrdua de cable, o encallat, per a aplicacions que requereixen una flexió repetida del cable, tot i que amb pèrdues majors que els cables amb un conductor central sòlid.

FIG 3

Les trenes per a cables coaxials estan disponibles en diversos tipus i materials, amb cadascun dels quals representen compensacions. Una capa de trenat formada per filferro rodó proporciona una bona flexibilitat i té el cost del material més baix, però, com s'ha dit anteriorment, pot patir una degradació del rendiment amb la flexió. Els materials de trenes més sofisticats representen un augment dels costos del material, però un rendiment més consistent en el temps. Per exemple, un escut format de cinta de metall pla pot proporcionar un atenuament de cable baix amb un alt rendiment de SE, mantenint un rendiment elèctric constant al llarg del temps. Una trena plana helicoïdal suporta una bona flexibilitat, alhora que permet una estabilitat de fase excel·lent amb flexió del cable i alts nivells de SE. Una trena foliada embolicada o plegada també pot proporcionar un alt rendiment elèctric, amb una bona resistència mecànica, però amb certa pèrdua de flexibilitat en comparació amb altres configuracions de la trena.

El nombre de trenes afectarà tant la flexibilitat com el SE. Depenent del material de blindatge, com ara una trena de fil de coure, i si es tracta d’un recobriment de plata, un cable coaxial amb una sola capa de trenat pot proporcionar SE de 40 dB o superior amb una flexibilitat molt alta. Amb cada capa de trena afegida, la flexibilitat del cable disminueix a mesura que augmenta el SE. Una capa de doble trença formada per dues trenes de fil rodó normalment pot proporcionar un millor blindatge de 60 dB. Però si s'utilitza una capa de blindatge o una trena plana teixida per a una d'aquestes capes de trenat, el SE es pot augmentar a 90 dB. Els cables de doble blindatge que utilitzen un protector de paper sota una capa composta de llauna poden obtenir un rendiment millor que 100 dB SE, tot i així aconseguir una flexibilitat raonable. Els valors elevats de SE són possibles amb cables de triple blindatge que combinen filferro rodó i capes de trenes planes de teixit, tot i que amb un cert sacrifici en flexibilitat (figura 4).

Els conjunts de cables coaxials es defineixen no només pel tipus de cable, sinó pels connectors coaxials a qualsevol dels extrems del conjunt. Per a la millor concordança d’aplicació, es poden comparar els diferents tipus de cables mitjançant paràmetres elèctrics i mecànics estàndards, però aquestes comparacions sempre han de comparar longituds de cable similars amb connectors coaxials similars als dos extrems dels conjunts de cables.

FIG 4

En termes d’amplitud i característiques de fase, un conjunt de cables coaxials hauria de ser invisible elèctricament dins d’un sistema, proporcionant una ruta de senyal entre dos punts del sistema amb efectes mínims sobre els senyals transferits. En el món real, però, els muntatges de cable poden alterar els senyals que porten, tot i que una elecció adequada del muntatge de cables pot ajudar a minimitzar aquests efectes. Els conjunts de cables es caracteritzen típicament per diversos paràmetres elèctrics i mecànics (Figura 5): freqüències de tall, atenuació o pèrdua d'inserció (en dB / ft o dB / m), pèrdua de retorn o relació d'ona de tensió (VSWR), capacitancia (pF / ft.), velocitat de propagació (VP, en%), capacitat de maneig de potència (en W) i fins i tot pes (lbs / ft / lbs / m). Aquests paràmetres diferents poden proporcionar pals útils per comparar conjunts de cables de diferents proveïdors.

Si voleu crear una emissora de ràdio, potencieu el transmissor de ràdio FM o necessiteu qualsevol altre Equip FM, Si us plau, no dubti en contactar amb nosaltres: [protegit per correu electrònic].

Deixa un missatge 

Llista de missatges