Dans la première partie de cette série, nous avons examiné l’importance d’une antenne pour fournir un lien de communication fiable et résilient pour les données ou la voix. Dans cette dernière partie, nous examinons comment le choix du câble et du connecteur appropriés est tout aussi crucial.
Comme nous l’avons découvert dans la première partie, les performances d’un émetteur sans fil dépendent de chaque composant, de l’amplification de puissance de l’émetteur jusqu’à l’antenne, en passant par la ligne de transmission et les connecteurs utilisés. Cette approche est également importante pour le trajet du signal reçu, où des signaux de faible µV sont impliqués. Pour la plupart des applications RF à faible puissance, telles que Wi-Fi, Bluetooth, LTE, la ligne de transmission est généralement une simple longueur de câble coaxial.
Spécifications du câble coaxial
Un câble coaxial typique comprend un conducteur central interne, généralement en cuivre, entouré d’un isolant en plastique diélectrique, qui est à son tour recouverte d’une ou plusieurs couches conductrices, puis d’une gaine externe finale. Le conducteur central peut être une seule âme solide, ou plus typiquement, des brins multiples. Le conducteur extérieur comprend généralement une tresse en cuivre étamé, et parfois, une feuille de cuivre supplémentaire pour assurer un blindage supplémentaire. La gaine extérieure fournit une couche de protection pour empêcher la pénétration de l’humidité et de la saleté, et protéger physiquement le câble.
Le diamètre total d’un câble coaxial a une influence considérable sur son poids au mètre et son rayon de courbure minimal. Cependant, des facteurs électriques déterminent la méthode de construction utilisée et les types d’applications appropriées.
Paramètres clés du câble coaxial
Impédance caractéristique : L’impédance est un critère de sélection essentiel et doit correspondre à l’antenne à une extrémité et à l’émetteur ou au récepteur à l’autre extrémité pour obtenir la meilleure efficacité de transfert du signal. La plupart des câbles coaxiaux sont disponibles avec une impédance de 50 Ohm ou 75 Ohm, les applications professionnelles étant généralement de 50 Ohm. L’impédance d’un câble coaxial est complexe et peut nécessiter une étude de la capacité diélectrique entre les conducteurs central et extérieur.
Perte ou atténuation : Les caractéristiques de perte ou d’atténuation d’un câble sont tout aussi importantes que les critères de sélection. Généralement exprimées en dB par 100 mètres et dans une gamme de fréquences, les caractéristiques d’atténuation indiquent la quantité de puissance d’émission ou de signal reçu qui est perdue sur sa longueur. Les propriétés résistives et diélectriques du câble influencent considérablement ses attributs d’atténuation.
Capacité de charge : La puissance maximale admissible d’un câble dépend de plusieurs facteurs, notamment des tensions de fonctionnement maximales que le diélectrique peut supporter, des pertes résistives qui peuvent se manifester sous forme de chaleur et avoir un impact sur la température de fonctionnement maximale, et de la perte de retour/VSWR de l’antenne.
Vitesse de propagation : Dans l’espace libre, une onde électromagnétique se propage à la vitesse de la lumière ; cependant, dans un câble coaxial, les propriétés capacitives et inductives, l’effet de peau et les pertes diélectriques réduisent la vitesse de propagation des signaux. La vitesse a un impact sur la mise en phase des signaux émis et reçus, ce qui peut être critique avec des antennes multiples.
Exemples de câbles coaxiaux RF
Plusieurs normes coaxiales RF ont évolué au fil des ans, la plus largement acceptée étant le système RG. On peut citer par exemple RG58, RG59 et RG174.
RG58 – ce câble coaxial 50 Ohm de Bedea – voir figure 1 – a un diamètre extérieur de 5,0 mm, possède un blindage en tresse de cuivre et un facteur de vélocité de 0,66. L’atténuation par 100 m à 100 MHz est de 15,2 dB, et passe à 34,4 dB/100 m à 500 MHz. D’un point de vue mécanique, le rayon de courbure minimum est de 25 mm et le poids de 36 kg/km.
RG59 – un exemple de câble coaxial à impédance de 75 Ohm est le RG59 Flex de Tasker. Avec un diamètre extérieur de 6,1 mm et une tension maximale de 2 000 V. Les caractéristiques d’atténuation sont de 15,7 dB/100m à 200 MHz et de 33,6 dB/100m à 800 MHz.
RG174 (LMR-100A) – le diamètre de ce câble RG174 de Bedea est de 2,8 mm, son impédance est de 50 Ohms et sa tension maximale est de 1100 V. À 200 MHz, l’atténuation est de 41,5 dB/100m et de 68 dB/100m à 500 MHz.
Connecteurs RF
Les connecteurs RF se répartissent généralement en deux catégories. Il y a ceux qui peuvent être montés à l’extérieur sur un équipement et ceux qui peuvent être utilisés à l’intérieur d’un boîtier. La majorité des connecteurs utilisés pour l’interconnexion ont tendance à s’adapter à des câbles coaxiaux plus épais, à fournir un certain degré de décharge de traction et à offrir un moyen de verrouiller les fiches et les prises ensemble. Ces connecteurs sont de type N, TNC, BNC, UHF (PL259), SMA et RPSMA (SMA à polarité inversée).
Les connecteurs RF sont également utilisés pour fixer des antennes en interne, par exemple d’un module sans fil à une antenne fixée en interne, notamment la série u.Fl de Hirose et la série MHF de IPEX. Les deux séries présentent un certain degré de compatibilité croisée.
Comme la plupart des connecteurs, ils sont spécifiés par genre et s’adaptent généralement à un nombre limité de types de câbles coaxiaux. La plupart des connecteurs identifiés ici ont des fréquences de travail maximales de l’ordre de quelques dizaines de GHz. Lors du choix des connecteurs, vérifiez également les caractéristiques d’affaiblissement de retour et la capacité de traitement de la puissance.
La figure 2 illustre une fiche SMA (mâle) à sertir de RND. Le connecteur a une impédance de 50 Ohms et est généralement capable de fonctionner jusqu’à 20 GHz. Il possède un boîtier en laiton de 7,9 mm de diamètre avec un isolant en téflon et une broche centrale plaquée or. Le type de câble pris en charge est le RG-174. Une série inversée (RPSMA) est également disponible.
La figure 3 présente une fiche de type N de Rosenberger. Classé jusqu’à 11 GHz et capable de gérer jusqu’à 1 000 W RF à 1 GHz, il présente une perte de retour supérieure à 32 dB jusqu’à 2,5 GHz.
Le connecteur u.FL est généralement monté en usine sur les câbles coaxiaux des antennes. Il mesure 2 mm et n’offre aucune possibilité de décharge de traction ou de verrouillage. Les prises u.FL sont généralement montées en surface sur les circuits imprimés. La figure 4 illustre un câble de liaison u.FL vers u.FL de Würth Elektronik.
Le choix d’une antenne, d’un câble coaxial et de connecteurs appropriés pour les applications RF permet aux dispositifs sans fil d’établir une liaison fiable. Dans cette courte série en deux parties, nous avons mis en évidence les principaux paramètres de la fiche technique que vous devez examiner pendant le processus de sélection.
