I del 1 av denne serien gikk vi gjennom hvor viktig antenner er for å kunne gi pålitelig og solid data- eller talekommunikasjon. I denne avsluttende delen skal vi se nærmere på hvordan valg av riktige kabler og kontakter er minst like viktig.
I del 1 så vi hvordan ytelsen for enhver trådløs overføring er avhengig av alle deler, fra senderens utgangstrinn til antennen, fra overføringslinjen og hvilke kontakter som brukes. Denne fremgangsmåten er like viktig for signalbanen, hvor lave µV-signaler forekommer. For de fleste RF-applikasjoner med lavt strømforbruk, som WiFi, Bluetooth, LTE er overføringslinjen ganske enkel, og er på lengde med en koaksialkabel.
Koaksialkabelspesifikasjoner
En typisk koaksialkabel inneholder en indre leder, vanligvis av kobber, som er omringet av en dielektrisk plastikkjerne, som igjen er dekket av en eller flere konduktivitetslag, og til slutt en ekstern bekledning. Den indre lederen kan ha en solid kjerne eller, som er mer vanlig, flere tråder. Den ytre lederen består som vanlig av en fortinnet kobberflette og, noen ganger, en ekstra kobberfolie for ekstra skjerming. Det ytre laget beskytter mot fukt og støv, samtidig som den fysisk beskytter kabelen.
Koaksialkabelens diameter har en betydelig innvirkning på kabelens vekt per meter og minimum bøyningsradius. Elektriske faktorer er med å bestemme hvilke konstruksjonsmetoder som kan brukes og hvilke applikasjoner den egnes for.
Koaksialkabelens viktigste parametere
Karakteristisk impedans: Impedans er et nødvendig valgkriterie og trenger å passe antennen på en ende og senderen eller mottakeren på den andre for å kunne oppnå effektiv signaloverføring. De fleste koaksialkabler har enten 50 Ohm eller 75 Ohm impedans, hvor profesjonelle applikasjoner typisk ligger på 50 Ohm. Impedansen til en koaksialkabel er kompleks og det kan være lurt å undersøke den dielektriske kapasitansen mellom de indre og ytre lederne.
Tap eller demping: Like viktig som valgkriterie er kabelens tap eller dempingsegenskaper. Vanligvis oppgitt i dB per 100 meter og for flere frekvensområder, indikerer demping hvor mye effekt eller signal som går tapt i kabelen. Kabelens resistivitet og dielektriske egenskaper påvirker kabelens dempingsegenskaper betraktelig.
Effektkapasitet: Kabelens maksimale effektkapasitet er avhengig av ulike faktorer, som hvor mye toppspenning den dielektriske kabelen tåler, motstandstap som vises som varme og påvirkning av maksimal driftstemperatur, og antennens returtap/VSWR.
Forplantningshastighet: Elektromagnetiske bølger brer seg gjennom et tomt rom etter lysets hastighet. Men i en koaksialkabel er kapasitive og induktive egenskaper, skin-effekt, og dielektriske tap med på å redusere signalets forplantning. Hastighet påvirker utfasingen av sendte og mottatte signaler, noe som kan være viktig med flere antenner.
Eksempler på RF koaksiale kabler
Flere RF-standarder har utviklet seg gjennom årene, og den mest brukte er RG-systemet. Eksempler som RG58, RG59 og RG174.
RG58 – denne 50 Ohm koaksialkabelen fra Bedea – se figur 1 – har en ytre diameter på 5.0 mm, kobberflettet skjerm og en hastighetsfaktor på 0.66. Demping per 100 m ved 100 MHz er 15.2 dB, og øker til 34.4 dB/100 m ved 500 MHz. Fra et mekanisk perspektiv er bøyningsradiusen på 25 mm og veier 36 kg/km.
RG59 – et eksempel på en 75 Ohm impedans koaksialkabel er RG59 Flex fra Tasker. Har en ytre diameter på 6.1 mm og maksimal spenning på 2000 V. Dempeegenskaper er 15.7dB/100m ved 200 MHz og 33.6 dB/100 m ved 800 MHz.
RG174 (LMR-100A) – diamteren på denne RG174 koaksialkabelenfra Bedea er 2.8 mm, med en impedans på 50 Ohm, og maksimal spenning på 1100 V. Ved 200 MHz er dempingen 41.5 dB/100 m og 68 dB/100 m ved 500 MHz.
RF-kontakter
RF-kontakter faller som oftest innenfor to kategorier. Du har kontakter som eksternt kan monteres på utstyr og de som er til bruk på innsiden av kabinetter. De fleste kontakter er som regel beregnet på tykkere koaksialkabler, og har strekkavlastning og er ment for å sørge for å koble hann- og hunn-kontakter sammen. Disse kontaktene omfatter N-type, TNC,BNC,UHF (PL259), SMA og RPSMA (omvendt polaritet SMA).
RF-kontakter brukes også for å tilkoble antenner internt. For eksempel fra en trådløs modul til en intern antenne, inkludert u.FI-serien fra Hirose og MHF-serien fra IPEX. Begge seriene har ulike grader samsvarhet.
Som de fleste kontakter er de spesifisert ut fra kjønn og passer typisk til et begrenset utvalg koaksialkabler. De fleste kontaktene vi har gått gjennom her har en maksimal arbeidsfrekvens på flere titalls GHz. Når du skal velge kontakt er det også vitkig å sjekke tapskarakteristikker og effekthåndtering.
Figur 2 viser en SMA-plugg (hann) for krymping fra RND. Kontakten har en impedans på 50 Ohm og kan fungere ved opptil 20 GHz. Den har et karosserimateriale i messing i en diameter på 7.9 mm med et Teflon-isolat og et kontaktbelegg i gull. Den støtter kabeltypene RG-174. Motsatt kjønn (RPSMA) er også tilgjengelig.
Figur 3 viser en N-typeplugg fra Rosenberger. Den er klassifisert opptil 11 GHz og tåler opptil 1000 W RF ved 1 GHz, og har et returtap på 32 dB ved 2.5 GHz.
En u.FL-kontakt er ofte fabrikkmontert til koaksialkabler for antenner. Med mål på 2 mm har den ingen strekkavlastning eller låsemekanisme. u.FL-sokler er ofte overflatefestet til en PCB. Figur 4 viser en u.FL-plugg til u.FL-plugg fra Würth Elektronik.
Å velge rett antenne, koaksialkabler og kontakter for RF-applikasjoner gjør at trådløse enheter kan oppnå en pålitelig kobling. I denne korte serien har vi gått gjennom de viktigste kriteriene du bør tenke over når du skal velge rett utstyr.
