W części pierwszej naszej serii omówiliśmy dobór odpowiedniej anteny, by zapewnić niezawodną i odporną na zakłócenia transmisję danych i dźwięku. W tej części wyjaśnimy, dlaczego wybór odpowiedniego kabla i złącza jest równie ważny.
Jak już pisaliśmy w części pierwszej, wydajność nadajnika zależy od wielu czynników: od wyjścia wzmacniacza mocy nadajnika, przez przewody i złącza, po samą antenę. Kwestie te są równie ważne dla ścieżki sygnału odbieranego, tam gdzie mamy do czynienia z sygnałami o niskiej wartości µV. W większości zastosowań RF o małej mocy, takich jak Wi-Fi, Bluetooth, LTE, linia transmisyjna jest prosta, zwykle ma długość kabla koncentrycznego.
Specyfikacja kabla koncentrycznego
Typowy kabel koncentryczny (zwany także kablem współosiowym) składa się z wewnętrznego przewodnika centralnego, zwykle wykonanego z miedzi, otoczonego dielektrycznym rdzeniem z tworzywa sztucznego. Rdzeń ten pokryty jest jedną lub kilkoma warstwami przewodzącymi, a całość powłoką zewnętrzną. Przewodnik centralny może być pojedynczy, zwykle spotyka się jednak rdzenie wielożyłowe. Powłoka zewnętrzna składa się zwykle z oplotu z cynowanej miedzi, a czasami również z folii miedzianej, która zapewnia dodatkowe ekranowanie. Powłoka zewnętrzna zapewnia ochronę przed wilgocią oraz zanieczyszczeniami i fizycznie zabezpiecza kabel.
Średnica kabla koncentrycznego ma znaczący wpływ na jego wagę i minimalny promień gięcia. Wybór kabla i jego zastosowanie zależą od warunków elektrycznych.
Główne parametry kabla koncentrycznego
Impedancja falowa: Impedancja jest istotnym kryterium przy wyborze kabla. Aby osiągnąć najwyższą wydajność transferu sygnału, należy ją dobrać zarówno pod kątem anteny, jak i nadajnika. Większość kabli koncentrycznych jest dostępna z impedancją 50-omową lub 75-omową, do specjalistycznych zastosowań wykorzystuje się zwykle kable 50-omowe. Impedancja kabla koncentrycznego jest złożona i może wymagać sprawdzenia pojemności dielektrycznej pomiędzy środkowym i zewnętrznym przewodnikiem.
Straty odbicia lub tłumienie: Równie ważnym kryterium wyboru kabla jest parametr strat lub tłumienia. Zwykle podawany jest w dB na 100 metrów i dla różnych częstotliwości. Wskazuje on jak bardzo moc nadajnika lub sygnał odbierany jest tracony na długości kabla. Tłumienie jest zależne od właściwości rezystancyjnych i dielektrycznych kabla.
Moc przenoszenia: Maksymalna moc przenoszona przez kabel zależy od kilku czynników, w tym szczytowych napięć roboczych, które dielektryk jest w stanie wytrzymać, strat rezystancyjnych, które mogą przejawiać się w postaci ciepła lub wpływać na maksymalną temperaturę pracy, oraz strat odbicia i współczynnika fali stojącej (VSWR).
Prędkość propagacji: W wolnej przestrzeni fale elektromagnetyczne rozchodzą się z prędkością światła. W kablu koncentrycznym szybkość rozchodzenia się sygnału jest ograniczona przez właściwości indukcyjne i pojemnościowe, zjawisko naskórkowości oraz straty dielektryczne. Prędkość ma wpływ na fazowanie sygnałów nadawanych i odbieranych, co przy zastosowaniu wielu anten może mieć krytyczne znaczenie.
Przykłady kabli koncentrycznych RF
Standardy kabli koncentrycznych RF rozwijały się na przestrzeni lat. Najbardziej rozpowszechniony jest obecnie system RG. Do najpopularniejszych należą kable RG58, RG59 i RG174.
RG58 – 50-omowy kabel koncentryczny firmy Bedea (rys.1) o średnicy zewnętrznej 5,0 mm, ekran z oplotu miedzianego, współczynnik prędkości 0,66. Tłumienie na 100 metrów przy 100 MHz wynosi 15,2 dB i wzrasta do 34,4 dB/100 m przy 500 MHz. Z mechanicznego punktu widzenia minimalny promień gięcia wynosi 25 mm, a jego waga to 36 kg/km.
RG59 Flex – Kabel koncentryczny o impedancji 75 omów RG59 Flex marki Tasker. Średnica zewnętrzna wynosi 6,1 mm, a maksymalne napięcie 2000 V. Wartość tłumienia wynosi 15,7 dB/100 m przy 200 MHz i 33,6 dB/100 m przy 800 MHz.
RG174 (LMR-100A) – średnica tego 50-omowego kabla RG174 marki Bedea wynosi 2,8 mm, a maksymalne napięcie to 1100 V. Wartość tłumienia przy 200 MHz wynosi 41,5 dB/100 m i 68 dB/100 m przy 500 MHz.
Złącza RF
Złącza RF można podzielić na dwie główne kategorie: do montażu na zewnątrz oraz do montażu w obudowie. Większość złączy może być stosowana z kablami koncentrycznymi o większej średnicy, zapewnia odciążenie natężenia i umożliwia łączenie ze sobą wtyków i gniazd. Złącza te obejmują złącza typu N, TNC, BNC, UHF(PL259), SMA i RPSMA (odwrotna polaryzacja SMA).
Złącza RF są wykorzystywane także do łączenia anten wewnątrz, na przykład modułu bezprzewodowego do wewnętrznie zamocowanej anteny – złącza serii u.FL marki Hirose i serii MHF marki IPEX. Obie serie są ze sobą w pewnym stopniu kompatybilne.
Tak jak większość złączy, są one określane jako męskie lub żeńskie i zazwyczaj obsługują ograniczoną liczbę typów kabli koncentrycznych. Większość wymienionych złączy pracuje w zakresie maksymalnie kilkudziesięciu gigaherców. Wybierając złącza należy pamiętać o sprawdzeniu wartości tłumienia oraz zdolności przenoszenia mocy.
Rysunek 2 przedstawia zaciskany wtyk SMA (męski) marki RND. Złącze ma impedancję 50 omów i może pracować w częstotliwości do 20 GHz. Obudowa wykonana jest z mosiądzu i ma średnicę 7,9 mm, izolator teflonowy i pozłacany pin centralny. Złącze przeznaczone jest do kabla RG-174. Dostępna jest również seria złączy żeńskich (RPSMA).
Rysunek 3 przedstawia złącze typu N marki Rosenberger. Złącze przeznaczone jest do pracy przy częstotliwości do 11 GHz i może obsługiwać do 1000 W RF przy 1 GHz, a wartość tłumienia wynosi ponad 32dB w paśmie do 2,5 GHz.
Złącza u.FL są często fabrycznie montowane na kablach koncentrycznych do anten. Złącza u.FL mają rozmiar 2 mm i nie redukują naprężeń. Gniazda u.FL są zwykle montowane powierzchniowo na płytkach drukowanych. Rysunek 4 przedstawia kabel koncentryczny z wtykami u.FL marki Würth Elektronik
Urządzenia bezprzewodowe będą mogły nawiązać niezawodne połączenie, jeśli antena, kabel koncentryczny i złącza będą odpowiednio dobrane. Parametry omówione w tej krótkiej dwuczęściowej serii pomogą Ci wybrać odpowiedni sprzęt antenowy.
