Nella prima parte di questa serie, abbiamo esplorato l’importanza di un’antenna nel fornire un collegamento di comunicazione dati o voce affidabile e resistente. In questa parte conclusiva, esaminiamo come la selezione del cavo e del connettore corretti siano altrettanto cruciali.
Come abbiamo scoperto nella parte 1, le prestazioni di un trasmettitore wireless dipendono da ogni componente, dall’uscita dello stadio di amplificazione di potenza del trasmettitore all’antenna, compresa la linea di trasmissione e i connettori utilizzati. Questo approccio è altrettanto importante per il percorso del segnale ricevuto, dove sono coinvolti segnali a basso µV. Per la maggior parte delle applicazioni RF a bassa potenza, come Wi-Fi, Bluetooth, LTE, la linea di trasmissione è semplice, in genere solo una lunghezza di cavo coassiale.
Specifiche del cavo coassiale
Un tipico cavo coassiale (di solito abbreviato in coassiale) comprende un conduttore centrale interno, tipicamente di rame, circondato da un nucleo dielettrico di plastica, che a sua volta è coperto da uno o più strati conduttivi, e poi una guaina esterna finale. Il conduttore centrale può essere un singolo nucleo solido, o più tipicamente, più fili. Il conduttore esterno comprende tipicamente una treccia di rame stagnato e, a volte, un ulteriore foglio di rame per fornire un’ulteriore schermatura. La guaina esterna, o giacca, fornisce uno strato protettivo esterno per prevenire l’ingresso di umidità e sporco, e proteggere fisicamente il cavo.
Il diametro complessivo di un cavo coassiale ha un’influenza significativa sul suo peso al metro e sul raggio minimo di curvatura. Tuttavia, i fattori elettrici determinano il metodo di costruzione utilizzato e i tipi di applicazioni adatte.
Parametri chiave del cavo coassiale
Impedenza caratteristica: L’impedenza è un criterio di selezione essenziale e deve corrispondere all’antenna a un’estremità e al trasmettitore o al ricevitore all’altra estremità per ottenere la massima efficienza di trasferimento del segnale. La maggior parte dei cavi coassiali sono disponibili con un’impedenza di 50 Ohm o 75 Ohm, con applicazioni professionali tipicamente a 50 Ohm. L’impedenza di un cavo coassiale è complessa e può richiedere un’indagine della capacità dielettrica tra il conduttore centrale e quello esterno.
Perdita o attenuazione: Altrettanto importante come criterio di selezione è la perdita o le caratteristiche di attenuazione di un cavo. Tipicamente quotate in dB per 100 metri e in una gamma di frequenze, le caratteristiche di attenuazione indicano quanta potenza di trasmissione o segnale ricevuto si perde lungo la sua lunghezza. Le proprietà resistive e dielettriche del cavo influenzano significativamente i suoi attributi di attenuazione.
Capacità di gestione della potenza: La gestione della potenza massima di un cavo dipende da diversi fattori, comprese le tensioni operative di picco che il dielettrico può sopportare, le perdite resistive che possono manifestarsi come calore e avere un impatto sulla temperatura massima di funzionamento, e la perdita di ritorno/VSWR dell’antenna.
Velocità di propagazione: Nello spazio libero, un’onda elettromagnetica viaggia alla velocità della luce; tuttavia, all’interno di un cavo coassiale, le proprietà capacitive e induttive, l’effetto pelle e le perdite dielettriche riducono la velocità di propagazione dei segnali. La velocità ha un impatto sulla fasatura dei segnali trasmessi e ricevuti, che può essere critica con antenne multiple.
Esempi di cavi coassiali RF
Diversi standard coassiali RF si sono evoluti nel corso degli anni, il più ampiamente accettato è il sistema RG. Gli esempi includono RG58, RG59 e RG174.
RG58 – questo cavo coassiale da 50 Ohm di Bedea – vedi Figura 1 – ha un diametro esterno di 5,0 mm, ha uno schermo in treccia di rame e un fattore di velocità di 0,66. L’attenuazione per 100 m a 100 MHz è di 15,2 dB, e sale a 34,4 dB/100 m a 500 MHz. Da un punto di vista meccanico, il raggio minimo di curvatura è di 25 mm e pesa 36 kg/km.
RG59 – un esempio di coassiale con impedenza di 75 Ohm è quello RG59 Flex della Tasker. Con un diametro esterno di 6,1 mm e una tensione massima di 2.000 V. Le caratteristiche di attenuazione sono 15,7 dB/100m a 200 MHz e 33,6 dB/100m a 800 MHz.
RG174 (LMR-100A) – il diametro di questo coassiale RG174 di Bedea misura 2,8 mm, ha un’impedenza di 50 Ohm e una tensione massima di 1.100 V. A 200 MHz, l’attenuazione è di 41,5 dB/100m e 68 dB/100m a 500 MHz.
Connettori RF
I connettori RF rientrano ampiamente in due categorie. Ci sono quelli adatti al montaggio esterno sulle apparecchiature e quelli per l’uso all’interno di un involucro. La maggior parte dei connettori usati per l’interconnessione tende ad accogliere cavi coassiali più spessi, a fornire un certo grado di scarico della trazione, e tipicamente a fornire un mezzo per chiudere insieme spine e prese. Questi connettori includono tipo N, TNC, BNC, UHF (PL259), SMA e RPSMA (SMA a polarità inversa).
I connettori RF sono anche usati per attaccare le antenne internamente, per esempio, da un modulo wireless a un’antenna affissa internamente, compresa la serie u.Fl di Hirose e la serie MHF di IPEX. Entrambe le serie hanno un certo grado di compatibilità incrociata.
Come la maggior parte dei connettori, sono specificati per genere e tipicamente ospitano un numero limitato di tipi di cavi coassiali. La maggior parte dei connettori qui identificati hanno frequenze massime di lavoro nell’ordine delle decine di GHz. Quando scegliete i connettori, controllate anche le caratteristiche di perdita di ritorno e la capacità di gestire la potenza.
La figura 2 illustra un connettore SMA a crimpare (maschio) di RND. Il connettore ha un’impedenza di 50 Ohm ed è tipicamente in grado di funzionare fino a 20 GHz. Ha un alloggiamento in ottone di 7,9 mm di diametro con un isolante in Teflon e un perno centrale placcato in oro. Il tipo di cavo supportato è RG-174. È disponibile anche una serie di genere inverso (RPSMA).
La figura 3 evidenzia una spina di tipo N di Rosenberger. Valutato fino a 11 GHz e capace di gestire fino a 1.000 W RF a 1 GHz, presenta una perdita di ritorno migliore di 32 dB fino a 2,5 GHz.
Il connettore u.FL è tipicamente montato in fabbrica su cavi coassiali per antenne. Misura 2 mm e non offre alcuno scarico della trazione o capacità di bloccaggio.Le prese u.FL sono generalmente montate in superficie su PCB. La figura 4 illustra un cavo di collegamento da u.FL a u.FL della Würth Elektronik.
La selezione dell’antenna, del cavo coassiale e dei connettori corretti per le applicazioni RF assicura che i dispositivi wireless possano ottenere un collegamento affidabile. Abbiamo evidenziato i parametri chiave delle schede tecniche che dovreste esaminare durante il processo di selezione in questa breve serie in due parti.
