کواکس چگونه کار می کند: ساختار، سیگنال و ساخت

Coax چگونه کار می کند: پاسخ کوتاه

کابل کواکسیال سیگنال های الکتریکی را با استفاده از دو هادی متحدالمرکز - یک هادی داخلی جامد که توسط یک هادی بیرونی لوله ای (سپر) احاطه شده است - که توسط یک عایق دی الکتریک از هم جدا شده و در یک پوشش بیرونی محافظ پیچیده شده است، منتقل می کند. هندسه سیگنال را در داخل کابل محصور نگه می‌دارد و تداخل الکترومغناطیسی (EMI) و تلفات سیگنال را در مقایسه با سیم‌های موازی یا جفت پیچ‌خورده استاندارد کاهش می‌دهد. به همین دلیل است که کواکس همچنان گزینه اصلی برای انتقال RF، اینترنت باند پهن، تلویزیون کابلی و ابزار دقیق دقیق است، حتی با گسترش فیبر و جایگزین های بی سیم.

هر لایه از کابل کواکسیال هدف فیزیکی و الکتریکی خاصی دارد. هادی جریان را حمل می کند. دی الکتریک امپدانس و سرعت انتشار را کنترل می کند. سپر نویز را مسدود می کند. ژاکت در برابر آسیب های مکانیکی و محیطی محافظت می کند. هر یک از لایه ها را بردارید و کابل به درستی کار نمی کند. درک هر لایه - و نحوه تعامل آنها - توضیح می دهد که چرا مهندسی هم محور بیش از آنچه به نظر می رسد خواستار است.

ساختار فیزیکی یک کابل کواکسیال، لایه به لایه

هادی داخلی

هادی مرکزی معمولاً مس جامد یا رشته ای است، اگرچه فولاد با روکش مس (CCS) و مس با روکش نقره در کاربردهای با فرکانس بالا یا استحکام بالا استفاده می شود. قطر از کمتر از 0.5 میلی متر در کابل های RF مینیاتوری تا بیش از 10 میلی متر در کابل های CATV بزرگ است. در فرکانس‌های بالا، جریان در نزدیکی سطح هادی حرکت می‌کند - پدیده‌ای به نام اثر پوستی - بنابراین کیفیت و رسانایی سطح هادی مستقیماً بر ارقام تلفات تأثیر می‌گذارد. آبکاری نقره رسانایی سطح را افزایش می دهد، به همین دلیل است که کابل های درجه مایکروویو اغلب از آن استفاده می کنند.

عایق دی الکتریک

دی الکتریک که بین هادی های داخلی و خارجی قرار می گیرد، دو پارامتر حیاتی را کنترل می کند: امپدانس و سرعت انتشار (VoP). مواد دی الکتریک متداول عبارتند از پلی اتیلن جامد (PE)، فوم پلی اتیلن، پلی تترا فلوئورواتیلن (PTFE) و طرح های فضایی. فوم PE ثابت دی الکتریک را از تقریباً 2.25 (PE جامد) به حدود 1.4-1.6 کاهش می دهد. ، که VoP را از حدود 66٪ به 78-85٪ سرعت نور افزایش می دهد و به طور همزمان از دست دادن دی الکتریک را کاهش می دهد - هر دو برای کاربردهای پهن باند یا طولانی مدت مطلوب هستند. PTFE زمانی انتخاب می شود که ثبات دما اهمیت دارد. خواص الکتریکی خود را از -65 درجه سانتیگراد تا 200 درجه سانتیگراد حفظ می کند.

ضخامت و یکنواختی لایه دی الکتریک به طور مستقیم امپدانس مشخصه کابل را تعیین می کند. حتی خارج از مرکز کوچک - قرارگیری خارج از مرکز هادی داخلی - امپدانس را تغییر می دهد و بازتاب ایجاد می کند. به همین دلیل است که دقت اکسترودر سیم و کابل در ساخت بسیار مهم است: قالب متقاطع باید هادی را در یک تلورانس اندازه گیری شده در میکرومتر متمرکز کند.

هادی بیرونی (سپر)

سپر به طور همزمان دو عملکرد را انجام می دهد: مسیر جریان برگشتی برای سیگنال است و مانع الکترومغناطیسی است که از اتصال نویز خارجی به کابل جلوگیری می کند. سازه های رایج سپر عبارتند از:

• لوله آلومینیومی یا مسی جامد - در کابل های CATV سخت استفاده می شود. پوشش نزدیک به 100٪، تلفات بسیار کم، سفت و سخت
• سپر بافته شده - معمولاً 85-98٪ پوشش نوری؛ انعطاف پذیر، بادوام، مورد استفاده در RG-58، RG-6، RG-11
• ترکیب بافته فویل - فویل پوشش 100٪ را فراهم می کند. قیطان استحکام مکانیکی و تداوم DC را اضافه می کند. در کابل های ماهواره ای و پهنای باند رایج است
• سه سپر و چهار سپر - چندین لایه فویل و بافته برای محیط های با تداخل بالا؛ اثر حفاظتی می تواند بیش از 90 دسی بل باشد

ژاکت بیرونی

ژاکت بیرونی ترین لایه محافظ است که معمولا از PVC، پلی اتیلن، LSZH (هالوژن بدون دود کم) یا فلوروپلیمرها ساخته می شود. انتخاب مواد ژاکت بر اساس محیط نصب انجام می شود: PVC برای استفاده در داخل ساختمان مقرون به صرفه و مقاوم در برابر شعله است. PE و LLDPE مقاومت در برابر UV و رطوبت را برای دفن در فضای باز ارائه می دهند. LSZH در فضاهای عمومی و زیرساخت های حمل و نقل به دلیل کاهش انتشار گازهای سمی در آتش سوزی الزامی است. ژاکت توسط یک اکسترودر سیم و کابل در یک پاس اکستروژن جداگانه پس از تکمیل شیلد اعمال می شود.

امپدانس مشخصه: چرا 50 Ω و 75 Ω غالب هستند

امپدانس مشخصه یک مقاومت DC نیست - این یک ویژگی مستقل از فرکانس است که به طور کامل توسط هندسه کابل و ثابت دی الکتریک عایق تعیین می شود. فرمول این است:

Z₀ = (138 / √εr) × log10 (D/d)

در جایی که εr گذردهی نسبی دی الکتریک است، D قطر داخلی هادی خارجی و d قطر خارجی هادی داخلی است. دو مقدار امپدانس به دلایل مهندسی ثابت شده بر دنیای کواکسیال تسلط دارند:

امپدانس نظری حداقل تلفات برای کواکس با دی الکتریک پلی اتیلن تقریباً 77 Ω است - به همین دلیل است که 75 Ω استاندارد صنعت پخش شد. مقدار 50 Ω مصالحه ای است بین حداکثر قدرت کنترل (~30 Ω بهینه) و حداقل تلفات، که آن را برای پیوندهای RF دو طرفه مناسب تر می کند. عدم تطابق امپدانس بین منبع، کابل و بار باعث انعکاس سیگنال، امواج ایستاده و اتلاف توان می شود - مشکلاتی که با نسبت موج ایستاده ولتاژ (VSWR) تعیین می شوند.

مکانیک انتقال سیگنال در داخل کابل

کابل کواکسیال سیگنال‌ها را آنطور که بیشتر مردم تصور می‌کنند ارسال نمی‌کند. انرژی از طریق رسانا جریان نمی یابد که آب از طریق لوله جریان می یابد. در عوض، به عنوان یک موج الکترومغناطیسی در فضای بین هادی های داخلی و خارجی - ناحیه دی الکتریک - منتشر می شود. هادی ها به عنوان شرایط مرزی عمل می کنند که موج را هدایت و محدود می کند. این حالت انتشار، حالت TEM (الکترومغناطیسی عرضی) نامیده می شود که در آن هر دو مؤلفه میدان الکتریکی و مغناطیسی کاملاً عرضی با جهت حرکت هستند.

میدان الکتریکی به صورت شعاعی بین هادی داخلی ( ) و هادی خارجی (-) تابش می کند، در حالی که میدان مغناطیسی دایره های متحدالمرکز را در اطراف هادی داخلی تشکیل می دهد. از آنجایی که میدان کاملاً درون سپر محصور شده است، کابل تقریباً هیچ انرژی به بیرون تابش نمی کند و تقریباً در برابر میدان های خارجی مصون است - تا زمانی که یکپارچگی سپر حفظ شود. شکستگی در محافظ، اتصال ضعیف یا کابل پیچ خورده هندسه میدان را مختل می کند و باعث ایجاد نویز و از دست دادن می شود.

سرعت انتشار و طول الکتریکی

سیگنال ها از طریق کواکس با سرعتی حرکت می کنند که کسری از سرعت نور در خلاء است که توسط دی الکتریک تعیین می شود. پلی اتیلن جامد یک VoP حدود 66% می دهد. فوم PE آن را به 78-85٪ افزایش می دهد. طرح های PTFE در فضای هوا می توانند به 93-98٪ برسند. برای یک کابل 10 متری با پلی اتیلن جامد، تاخیر سیگنال یک طرفه تقریبا 50 نانوثانیه است. این موضوع در زمان‌بندی دقیق، سیستم‌های رادار و آنتن‌های آرایه فازی اهمیت دارد، جایی که طول کابل‌ها به طول‌های الکتریکی خاص - کسری یا چند برابر طول موج سیگنال - برای دستیابی به روابط فاز کنترل‌شده بریده می‌شوند.

مکانیسم های میرایی

از دست دادن سیگنال در کواکس از سه منبع اصلی ناشی می شود:

• از دست دادن هادی - گرمایش مقاومتی در هادی داخلی و محافظ، غالب در فرکانس های پایین تر و متناسب با √f به دلیل اثر پوستی
• از دست دادن دی الکتریک - انرژی جذب شده توسط عایق زمانی که میدان متناوب ساختار مولکولی آن را تحت فشار قرار می دهد. با فرکانس به صورت خطی رشد می کند و به همین دلیل است که دی الکتریک های کم تلفات مانند PTFE و فوم PE در فرکانس های مایکروویو استفاده می شوند.
• از دست دادن تشعشع - نشت از طریق عیوب سپر؛ به طور کلی در کابل های خوش ساخت ناچیز است، اما اگر محافظ آسیب دیده باشد یا حالت های انتشار مرتبه بالاتر بالاتر از فرکانس قطع کابل برانگیخته شود، قابل توجه است.

میرایی بر حسب دسی بل در واحد طول در فرکانس های خاص مشخص می شود. یک کابل استاندارد RG-6 چهار محافظ تقریباً دارد 2.0 دسی بل/100 فوت در 100 مگاهرتز و 6.5 دسی بل/100 فوت در 900 مگاهرتز ، نشان می دهد که چگونه ضرر به طور قابل توجهی با فرکانس افزایش می یابد. کابل های کم تلفات سطح بالا مانند LMR-400 تضعیف 900 مگاهرتز را از طریق هادی های بزرگتر و دی الکتریک فوم به حدود 2.7 دسی بل/100 فوت کاهش می دهند.

نحوه تولید کابل کواکسیال: نقش اکسترودر سیم و کابل

ساخت کابل کواکسیال یک فرآیند چند مرحله ای است که در آن دقت ابعادی در هر مرحله عملکرد الکتریکی کابل را تعیین می کند. یک اکسترودر سیم و کابل در دو مورد از حیاتی ترین مراحل اصلی است: عایق دی الکتریک و استفاده از ژاکت بیرونی.

هادی داخلی Drawing and Stranding

این فرآیند با کشیدن میله مسی از طریق یک سری قالب ها شروع می شود تا به قطر هادی مورد نظر برسد. تلورانس ها محدود هستند: برای یک کابل 50 Ω با هادی 0.9 میلی متر، حتی انحراف 0.01 ± میلی متر امپدانس را به طور قابل توجهی تغییر می دهد. هادی های رشته ای قبل از خط اکستروژن از یک دستگاه دسته بندی یا رشته زنی عبور می کنند.

اکستروژن دی الکتریک

اینجاست که اکسترودر سیم و کابل حیاتی ترین عملکرد خود را انجام می دهد. هادی از طریق یک قالب متقاطع تغذیه می شود و PE ذوب شده، فوم PE یا ترکیب PTFE در اطراف آن تحت فشار و دمای کنترل شده اعمال می شود. تمرکز دی الکتریک - میزان دقیق مرکزیت هادی در داخل عایق - باید در محدوده 1-2% ضخامت دیواره دی الکتریک حفظ شود تا امپدانس در محدوده مشخصات حفظ شود.

برای کابل های پلی اتیلن فوم، گاز (معمولا نیتروژن) به جریان پلیمر مذاب تزریق می شود تا یک ساختار سلولی کنترل شده ایجاد کند. چگالی فوم به طور مستقیم ثابت دی الکتریک را تنظیم می کند بنابراین فشار گاز، دمای مذاب و سرعت خط باید کاملاً هماهنگ باشند. خطوط اکسترودر کابلی مدرن از اندازه‌گیری ظرفیت خازنی در زمان واقعی پس از قالب استفاده می‌کنند - اندازه‌گیری ظرفیت خازنی در واحد طول، یک نشانه فوری از قطر عایق و ثابت دی الکتریک را نشان می‌دهد و امکان بازخورد خودکار به سیستم کنترل اکسترودر را فراهم می‌کند.

پس از اکستروژن، هادی عایق شده از داخل یک فرورفتگی خنک کننده آب می گذرد تا دی الکتریک را قبل از رسیدن به واحد حمل و نقل کاترپیلار جامد کند. بسته به اندازه هادی و ضخامت دی الکتریک، سرعت خط برای اکستروژن دی الکتریک کواکسی با قطر کوچک معمولاً از 100 تا بیش از 500 متر در دقیقه متغیر است.

محافظ

پس از خنک شدن دی الکتریک و قرقره شدن، کابل به یک خط محافظ می رود. سپرهای فویل با پیچاندن نوار لمینت آلومینیومی-پلی استر به صورت طولی یا مارپیچ روی دی الکتریک اعمال می شوند. سپرهای بافته شده بر روی یک ماشین بافندگی با ده ها تا صدها بوبین که دارای سیم مسی ریز یا قلع دار هستند، اعمال می شوند. برای کابل‌هایی که نیاز به ساخت فویل پلاس بافته دارند، هر دو عملیات ممکن است روی یک گذر ماشین ترکیب شوند.

اکستروژن ژاکت

مرحله نهایی اکستروژن، ژاکت بیرونی را با استفاده از اکسترودر سیم و کابل دیگری اعمال می کند - معمولاً یک دستگاه تک پیچ یا دو پیچ بسته به ترکیب. خطوط روکش PVC معمولاً با سرعت 50 تا 150 متر در دقیقه کار می کنند. ترکیبات PE و LSZH برای جلوگیری از تخریب نیاز به پروفایل دمایی دقیق در امتداد بشکه اکسترودر دارند. یکنواختی ضخامت دیواره ژاکت با آزمایش جرقه (آزمایش تداوم ولتاژ بالا در 2-6 کیلو ولت) و گیج های قطر لیزر به صورت خطی بررسی می شود. کابل های تمام شده با نامگذاری نوع، امپدانس، رتبه ولتاژ و تاریخ ساخت برای شناسایی میدان چاپ می شوند.

انواع کابل کواکسیال رایج و مشخصات آنها

نام "RG" (راهنمای رادیویی) در ابتدا یک سیستم مشخصات نظامی ایالات متحده بود. در حالی که بسیاری از نام‌گذاری‌های RG با شماره قطعات خاص سازنده برای کابل‌های مدرن جایگزین شده‌اند، نام‌گذاری‌های قدیمی به طور گسترده در صنعت شناخته می‌شوند. درک تفاوت ها به انتخاب کابل مناسب برای یک برنامه خاص کمک می کند.

اتصالات و خاتمه: جایی که اکثر مشکلات شروع می شوند

خود کابل تنها بخشی از یک پیوند کواکسیال است. کانکتور سیگنال را از کابل به تجهیزات انتقال می دهد و اگر ضعیف ساخته یا نصب شود، منبع اصلی از دست دادن سیگنال، انعکاس و خرابی می شود. کانکتور باید همان امپدانس مشخصه کابل را در سراسر هندسه داخلی خود حفظ کند - هر گونه ناپیوستگی باعث انعکاس می شود.

انواع کانکتور کواکس معمولی

• BNC (Bayonet Neill–Concelman) - 50 Ω، دارای رتبه ~4 گیگاهرتز، قفل سرنیزه ربع دور. استاندارد در تجهیزات تست، ویدئو و ابزار دقیق
• SMA (SubMiniature نسخه A) - 50 Ω، رتبه بندی شده تا 18 گیگاهرتز، رشته ای؛ به طور گسترده در ماژول های RF، آنتن ها و مجموعه های مایکروویو استفاده می شود
• نوع N - 50 Ω یا 75 Ω، دارای رتبه بندی 11 تا 18 گیگاهرتز، ضد آب و هوا؛ در آنتن های فضای باز و تجهیزات ایستگاه پایه استفاده می شود
• نوع F - 75 Ω، تا 3 گیگاهرتز؛ همه جا در CATV و تاسیسات ماهواره ای مسکونی. هادی مرکزی خود کابل به عنوان پایه اتصال عمل می کند
• PL-259 (UHF) - اسماً 50 Ω اما امپدانس واقعاً ثابت نیست. در عمل تا 300 مگاهرتز رتبه بندی شده است. رایج در رادیو آماتور

خاتمه مناسب مستلزم برداشتن کابل به ابعاد دقیق، خرد نکردن قیطان، حفظ تمرکز دی الکتریک در رابط اتصال دهنده و اعمال گشتاور صحیح هنگام جفت شدن است. یک کانکتور F منفرد که به درستی نصب نشده است در یک سیستم توزیع تلویزیون کابلی می تواند باعث ورود سیگنال (نشتی سیگنال های بیرونی) و خروج سیگنال (نشتی سیگنال های کابل به بیرون) شود و عملکرد کل گره را کاهش دهد.

Coax در مقابل سایر رسانه های انتقال: چه زمانی آن را انتخاب کنید

کابل کواکسیال انتخاب مناسبی برای هر برنامه ای نیست، اما مزایای واضحی را در سناریوهای خاص حفظ می کند. مقایسه آن با جایگزین های رایج مشخص می کند که کجا مناسب تر است.

Coax vs. Twisted Pair (Cat5e/Cat6/Cat8)

جفت پیچ خورده برای لغو EMI به سیگنال دهی دیفرانسیل و نرخ پیچش محکم متکی است - رویکردی اساساً متفاوت از حالت محافظ TEM کواکس. جفت پیچ خورده بر کابل کشی اترنت ساختار یافته غالب است زیرا ارزان تر، سبک تر و خاتمه دادن به آن آسان تر است. با این حال، نمی تواند کواکس را در فرکانس های RF بالاتر از چند صد مگاهرتز یا در محیط های با تداخل بالا مطابقت دهد. Cat8 از سرعت 40 گیگابیت در ثانیه پشتیبانی می کند، اما تنها بیش از 30 متر با فرکانس 2 گیگاهرتز کار می کند ; یک کوآکس RG-6 که به درستی نصب شده باشد، سیگنال های باند پهن را تا 3 گیگاهرتز در فواصل بسیار طولانی تر با تقویت بسیار ساده تر کنترل می کند.

کواکس در مقابل فیبر نوری

فیبر اساساً حساسیت تداخل الکترومغناطیسی صفر، تضعیف بسیار کمتر در فواصل طولانی (~0.2 dB/km برای تک حالت در مقابل 40-100 dB/km برای کواکس در فرکانس‌های مایکروویو) و ظرفیت پهنای باندی که مس را کوتوله می‌کند، ارائه می‌کند. معاوضه ها هزینه الکترونیک فرستنده گیرنده، شکنندگی و ناتوانی در حمل برق DC در کنار سیگنال است. کواکس برای پیوندهای RF کوتاه، خطوط تغذیه آنتن، و برنامه‌هایی که به سیگنال برق روی یک کابل نیاز دارند، ترجیح داده می‌شود (مانند میکروفون‌های فانتوم، LNB‌های ماهواره‌ای فعال که از طریق کواکس تغذیه می‌شوند).

کواکس در مقابل موجبر

در فرکانس‌های بالاتر از تقریباً 18 گیگاهرتز، تلفات کواکسی بسیار زیاد می‌شوند و موجبر - یک لوله فلزی توخالی که امواج EM را حمل می‌کند - تضعیف بسیار کمتری را ارائه می‌کند. موجبر هیچ هادی داخلی ندارد و در نتیجه هیچ تلفات هادی در مرکز ندارد. ساختار صلب و ماهیت انتخابی فرکانس آن (موج موج فقط سیگنال هایی را بالاتر از فرکانس قطع خود عبور می دهد) آن را برای نصب باند پهن یا انعطاف پذیر نامناسب می کند. هر جا که به انعطاف پذیری و اتصال نیاز باشد، کواکس زیر 18 گیگاهرتز غالب است.

کنترل کیفیت در تولید کابل کواکسیال

نیازهای دقیق تولید کابل کواکسیال، کنترل کیفیت را به‌جای بازرسی دسته‌ای در پایان، فرآیندی پیوسته و درون خطی می‌سازد. یک خط اکسترودر سیم و کابل برای تولید کواکسی معمولاً چندین سیستم اندازه گیری را به طور همزمان یکپارچه می کند:

• قطر سنج لیزری - اندازه گیری بدون تماس OD دی الکتریک، معمولاً تا 0.001 ± میلی متر دقیق است. بلافاصله پس از مخزن خنک کننده قرار می گیرد
• مانیتورهای ظرفیت - اندازه گیری ظرفیت خازنی در واحد طول، که با ضخامت دیواره دی الکتریک و ثابت دی الکتریک مرتبط است. انحرافات باعث سرعت خط خودکار یا اصلاحات RPM اکسترودر می شود
• اسکنرهای خروج از مرکز - اسکنرهای اشعه ایکس یا اولتراسونیک متمرکز بودن هادی داخلی در دی الکتریک را در زمان واقعی بررسی می کنند.
• تست کننده های جرقه - 2-10 کیلو ولت DC یا AC را در سراسر دی الکتریک اعمال کنید تا هر سوراخ یا نقطه نازکی را که باعث خرابی عایق در سرویس می شود شناسایی کنید.
• آزمایش TDR کابل به پایان رسید - بازتاب سنجی حوزه زمان ناپیوستگی های امپدانس را در طول کابل تمام شده با ارسال یک پالس به پایین خط و تجزیه و تحلیل بازتاب ها شناسایی می کند.

مشخصات یکنواختی امپدانس برای کابل CATV درجه پخش معمولاً ± 2 Ω در طول کابل کامل است. ، با افت بازگشت ساختاری (SRL) مورد نیاز 23-30 دسی بل در باند 5-1000 مگاهرتز. دستیابی به این اعداد به طور مداوم در سرعت های تولید بالای 200 متر در دقیقه نیازمند طراحی بسیار دقیق قالب، سازگاری مواد و کنترل فرآیند حلقه بسته است - همه بر عملکرد اکسترودر سیم و کابل و سیستم های اندازه گیری مرتبط با آن متمرکز هستند.

برنامه های کاربردی دنیای واقعی که نشان می دهد کواکس چگونه در عمل کار می کند

توزیع تلویزیون کابلی (CATV).

یک CATV head-end سیگنال ها را دریافت می کند و آنها را روی یک شبکه فیبر کواکسیال هیبریدی (HFC) توزیع می کند. فیبر سیگنال را از سر به گره های همسایگی حمل می کند. RG-11 یا کواکس سخت آن را از گره به شیر (معمولاً در فاصله 500 متری) حمل می کند. قطره های RG-6 از شیر آب به خانه های فردی متصل می شوند. هر بخش از تقویت‌کننده‌ها برای غلبه بر تضعیف کابل استفاده می‌کند که بر اساس تلفات کابل در بالاترین فرکانس حامل - معمولاً 1 گیگاهرتز یا بالاتر در سیستم‌های DOCSIS 3.1 فاصله دارند.

ایستگاه های پایه سلولی

کابل تغذیه بین یک واحد رادیویی BTS و آنتن در بالای یک برج تقریباً همیشه کواکسیال است - یا کواکسی موجدار انعطاف‌پذیر یا خط سخت. یک LMR-400 30 متری با سرعت 900 مگاهرتز تقریباً 0.8 دسی بل از دست می دهد. در 2.1 گیگاهرتز (3G UMTS)، همان اجرا حدود 1.3 دسی بل را از دست می دهد. هر دسی بل از دست دادن فیدر مستقیماً توان تابشی مؤثر را کاهش می دهد، به همین دلیل است که نصب های هد رادیویی از راه دور (RRH) که واحد رادیویی را در بالای برج نصب می کنند - که توسط فیبر به واحد بیس باند متصل می شود - غالب شده اند: آنها تلفات فیدر را به طور کامل حذف می کنند.

ابزار دقیق پزشکی و صنعتی

مبدل‌های اولتراسوند، زنجیره‌های سیگنال MRI و سطح سنج‌های رادار صنعتی همگی به همان دلیلی که سیستم‌های پخش پخش می‌کنند به اتصالات کواکسیال متکی هستند: یکپارچگی محافظ و امپدانس کنترل‌شده. در اولتراسوند، کواکس پالس‌های محدوده مگاهرتز را به مبدل‌های پیزوالکتریک و از مبدل‌های پیزوالکتریک با حداقل اعوجاج حمل می‌کند. مواد دی الکتریک و رسانا باید در برخی موارد زیست سازگار باشند، و کابل باید در چرخه های استریلیزاسیون دوام بیاورد - الزاماتی که طرح ها را به سمت دی الکتریک های فلوروپلیمری خاص تولید شده در خطوط اکسترودر سیم و کابل اختصاصی سوق می دهد.

گیرنده های GPS و ماهواره ای

GPS در فرکانس 1575.42 مگاهرتز (L1) و 1227.60 مگاهرتز (L2) کار می کند. جریان کواکسیال از یک آنتن GPS فعال به یک گیرنده، هم سیگنال RF و هم برق DC را برای LNA داخلی آنتن از طریق همان کابل تغذیه می کند. از دست دادن کابل مستقیماً نسبت سیگنال به نویز را کاهش می دهد. یک RG-6 10 متری با فرکانس 1.5 گیگاهرتز تقریباً 1.0 دسی بل تلفات ایجاد می کند. - قابل مدیریت؛ یک دور 50 متری تقریباً 5 دسی بل مصرف می کند که معمولاً از بهره LNA یک آنتن فعال استاندارد فراتر می رود و به یک تقویت کننده سیگنال داخلی نیاز دارد.

سوالات متداول درباره نحوه عملکرد کواکس

چرا کابل کواکسیال چنین رد EMI خوبی دارد؟

زیرا میدان الکترومغناطیسی حامل سیگنال به طور کامل بین هادی های داخلی و خارجی محصور شده است. میدان های خارجی نمی توانند به یک سپر پیوسته نفوذ کنند - آنها جریان هایی را در سطح بیرونی سپر القا می کنند، اما این جریان ها بر میدان داخلی تأثیر نمی گذارند. عکس آن نیز صادق است: میدان سیگنال داخلی کابل به بیرون تابش نمی کند و از تداخل با سایر سیستم ها جلوگیری می کند. این "تقارن کواکسیال" دلیل اصلی عملکرد کواکس با سیم باز یا جفت پیچ خورده در محیط های RF است.

اگر از کابل امپدانس اشتباه استفاده کنید چه اتفاقی می افتد؟

استفاده از کابل 75 Ω در یک سیستم 50 Ω باعث ایجاد عدم تطابق امپدانس می شود. بخشی از قدرت سیگنال در هر انتقال - در ورودی و خروجی - به سمت منبع منعکس می شود. امواج منعکس شده و امواج فرودی برای ایجاد امواج ایستاده روی کابل ترکیب می شوند، به این معنی که دامنه سیگنال به جای ثابت بودن، در طول کابل تغییر می کند. یک VSWR 1.5:1 (یک عدم تطابق متوسط ​​از یک اتصال 50/75 Ω) حدود 4٪ قدرت بازتابی را نشان می دهد. در فرستنده های پرقدرت RF، توان بازتابی بیش از حد می تواند به تقویت کننده مرحله نهایی آسیب برساند. در اندازه گیری دقیق، خطاهایی را در سیگنال اندازه گیری شده معرفی می کند.

آیا می توانید برق و سیگنال را از طریق کواکس به طور همزمان اجرا کنید؟

بله. به این می‌گویند Power over Coax (PoC) یا در زمینه ماهواره، تغذیه LNB. یک ولتاژ DC (معمولا 13 ولت یا 18 ولت برای LNB های ماهواره ای، برای دوربین مدار بسته متفاوت است) روی هادی داخلی در کنار سیگنال RF قرار می گیرد. سه راه بایاس - یک شبکه سلف-خازن ساده - مسیرهای DC و RF را در هر انتها جدا می‌کند و به تجهیزات اجازه می‌دهد بدون تأثیر بر سیگنال RF، DC را استخراج یا تزریق کنند. رتبه‌بندی‌های جریان به‌وسیله اندازه رسانا و درجه‌بندی تماس کانکتور، معمولاً چند صد میلی‌آمپر برای کواکس استاندارد محدود می‌شوند.

حداکثر فرکانس کابل کواکسیال را چه چیزی محدود می کند؟

دو عامل حد فرکانس بالایی را تعیین می کند. اول، تضعیف با فرکانس افزایش می یابد و در نهایت کابل را غیرعملی می کند. دوم - و اساسی‌تر - وقتی طول موج سیگنال با ابعاد عرضی کابل قابل مقایسه باشد، حالت‌های انتشار مرتبه بالاتر (حالت‌های TE و TM) می‌توانند علاوه بر حالت TEM برانگیخته شوند. این حالت ها با سرعت های مختلف حرکت می کنند و باعث اعوجاج سیگنال و نشتی تابشی می شوند. فرکانس قطع برای اولین حالت مرتبه بالاتر تقریباً است f_c = 7.52 / (D d) گیگاهرتز (با ابعاد سانتی متر). استاندارد RG-58 حدود 11 گیگاهرتز را قطع می کند. کابل های با قطر کمتر مانند UT-047 می توانند از 65 گیگاهرتز عبور کنند.

خمش چگونه بر عملکرد کابل کواکسیال تأثیر می گذارد؟

خم شدن یک کابل کواکسیال به زیر حداقل شعاع خمش، دی الکتریک را منحرف می کند، هادی داخلی را از مرکز خارج می کند، و می تواند هادی بیرونی را برای همیشه تغییر شکل دهد - همه اینها امپدانس موضعی را تغییر داده و بازتاب سیگنال را افزایش می دهد. سازندگان حداقل شعاع خمشی را معمولاً معادل 10 تا 20 برابر قطر خارجی کابل برای نصب ثابت و 6 تا 10 بار برای کاربردهای مکرر انعطاف پذیر تعیین می کنند. پیچ خوردگی های تیز برای همیشه آسیب می زند. در کاربردهای فرکانس بالا بالای 10 گیگاهرتز، حتی خمیدگی های ملایم در کابل نیمه سخت باید در عملکرد الکتریکی مجموعه لحاظ شود.