I del 1 av den här serien utforskade vi antennens betydelse för att tillhandahålla en pålitlig och motståndskraftig data- eller röstkommunikationslänk. I denna avslutande del undersöker vi på vilket sätt det är lika viktigt att välja rätt kabel och kontakt.
Som vi upptäckte från del 1, är prestandan hos en trådlös sändare beroende av varje komponent, från utgången hos sändarens ffektförstärkarsteg till antennen, inklusive överföringslinan och anslutningarna som används. Detta tillvägagångssätt är lika viktigt för den mottagna signalvägen, där låga µV-signaler är involverade. För de flesta lågeffekt-RF-tillämpningar, så som Wi-Fi, Bluetooth, LTE, är överföringslinan enkel, vanligtvis bara en längd koaxialkabel.
Koaxialkabelspecifikationer
En typisk koaxialkabel (vanligen förkortad koax) innefattar en inre mittledare, vanligtvis koppar, omgiven av en dielektrisk plastkärna, som i sin tur är täckt av ett eller flera ledande skikt, och sedan en slutlig yttre mantel. Mittledaren kan vara av en enda solid kärna, eller vanligen flertrådig. Den yttre ledaren innefattar som regel en förtennad kopparfläta, och ibland en extra kopparfolie för att ge ytterligare avskärmning. Den yttre manteln ger ett yttre fysiskt skyddande lager och förhindrar att fukt och smuts tränger in.
Den totala diametern på en koaxialkabel har en betydande inverkan på dess vikt per meter och minsta böjradie. Däremot bestämmer elektriska faktorer vilken konstruktionsmetod som används och vilka lämpliga applikationer.
Viktiga koaxialkabelparametrar
Karakteristisk impedans: Impedans är ett viktigt urvalskriterium och måste matcha antennen i ena änden och sändaren eller mottagaren i den andra änden för att uppnå högsta signalöverföringseffektivitet. De flesta koaxialkablar är tillgängliga med antingen 50 Ohm eller 75 Ohm impedans, där professionella applikationer vanligtvis är 50 Ohm. Impedansen för en koaxialkabel är komplex och kan kräva en undersökning av den dielektriska kapacitansen mellan mitten och de yttre ledarna.
Förlust eller dämpning: Lika viktigt som urvalskriterie är en kabels förlust- eller dämpningsegenskaper. Typiskt angivna i dB per 100 meter, och vid ett antal frekvenser, indikerar dämpningsegenskaperna hur mycket sändareffekt eller mottagen signal som går förlorad längs dess längd. Kabelns resistiva och dielektriska egenskaper påverkar avsevärt dess dämpningsegenskaper.
Effekthanteringskapacitet: Den maximala effektkapaciteten för en kabel beror på flera faktorer, inklusive topparbetsspänning som dielektrikumet kan motstå, resistiva förluster som kan uppstå som värme och påverka den maximala drifttemperaturen och antennens returförlust/VSWR.
Utbredningshastighet: I fri luft färdas en elektromagnetisk våg med ljusets hastighet; men i en koaxialkabel minskar de kapacitiva och induktiva egenskaperna, skin-effekten och dielektriska förluster hastigheten som signalerna fortplantar sig med. Hastighet påverkar fasen av sända och mottagna signaler, vilket kan vara kritiskt med flera antenner.
Exempel på RF-koaxialkabel
Flera RF-koax-standarder har utvecklats under åren, den mest etablerade är RG-systemet. Exemplen inkluderar RG58, RG59 och RG174.
RG58 – denna 50 Ohm koaxialkabel från Bedea – se bild 1 – har en ytterdiameter på 5.0 mm, kopparflätad skärm och en hastighetsfaktor på 0.66. Dämpningen per 100 m vid 100 MHz är 15.2 dB och stiger till 34.4 dB/100 m vid 500 MHz. Ur ett mekaniskt perspektiv är den minsta böjradien 25 mm och vikten 36 kg/km.
RG59 – ett exempel på en 75 Ohm impedans koaxialkabel är RG 59 Flex från Tasker. Med en ytterdiameter på 6.1 mm och en maximal spänning på 2 000 V. Dämpningsegenskaperna är 15.7 dB/100m vid 200 MHz och 33.6 dB/100m vid 800 MHz.
RG174 (LMR-100A) – diametern på denna RG174 koaxialkabel från Bedea mäter 2.8 mm, impedans 50 Ohm och maximal spänning 1100 V. Vid 200 MHz är dämpningen 41.5 dB/100m och 68 dB/100m vid 500 MHz.
RF-kontaktdon
RF-kontakdon kan i stora drag delas in i två kategorier. Sådana som är lämpliga för montering externt på utrustning och de för användning inuti en kapsling. Majoriteten av kontakter som används för sammankoppling tenderar att rymma tjockare koaxialkablar, ge en viss dragavlastning och tillhandahåller vanligtvis ett sätt att låsa ihop hona och hane. Dessa kontakter inkluderar N-typ, TNC, BNC, UHF(PL259), SMA och RPSMA (SMA med omvänd polaritet).
RF-kontakter används också för att fästa antenner internt, till exempel från en trådlös modul till en internt fäst antenn, inklusive u.Fl-serien från Hirose och MHF-serien från IPEX. Bägge serierna har en viss grad av korskompatibilitet.
Liksom de flesta kontaktdon är de specificerade efter kön och passar vanligtvis ett begränsat antal koaxialkabeltyper. De flesta kontakter angivna här har maximal arbetsfrekvens upp till tiotals GHz. Vid val av kontakter, kontrollera även returförlustegenskaperna och effekthanteringsförmågan.
Bild 2 illustrerar en crimp-SMA-plugg(hane) från RND. Kontaktdonet har impedans 50 Ohm och fungera typiskt upp till 20 GHz. Den har ett mässingshus med diameter 7.9 mm med en teflonisolator och ett guldpläterat mittstift. Kabeltypen som stöds är RG-174. En serie med omvänt kön (RPSMA) finns också.
Bild 3 visar en kontakt av N-typ från Rosenberger. Klassad upp till 11 GHz och kan hantera upp till 1 000 W RF vid 1 GHz, den har returförlust på bättre än 32 dB upp till 2.5 GHz.
u.FL-kontakten är vanligtvis fabriksmonterad på koaxialkablar för antenner. Den mäter 2 mm och erbjuder ej dragavlastning eller låsmöjlighet. u.FL-socklar är i allmänhet ytmonterade på kretskort. Bild 4 visar en u.FL till u.FL länkkabel från Würth Elektronik.
Att välja rätt antenn, koaxialkabel och kontaktdon för RF-applikationer säkerställer att trådlösa enheter kan uppnå en pålitlig länk. Vi har belyst de viktigaste databladsparametrarna du bör granska i urvalsprocessen i denna korta tvådelade serie.
