Mikrovalne koaksijalne linije prenose RF energiju između antena, ispitnih instrumenata, odašiljača, prijemnika i drugih mikrovalnih komponenti.Njihova koncentrična konstrukcija osigurava kontrolirani put prijenosa i snažno oklopljavanje, ali performanse ovise o mnogo više od promjera kabela ili vrste konektora. Frekvencija, karakteristična impedancija, slabljenje, rukovanje snagom, fazna stabilnost, radijus savijanja i kvaliteta svakog prijelaza utječu na konačni rezultat.
Ovaj vodič objašnjava kako radi mikrovalni koaksijalni kabel, glavne konstrukcije kabela, jednadžbu impedancije, uzroke gubitka radiofrekvencija i praktične provjere koje inženjeri trebaju napraviti prije odabira koaksijalnog rješenja.
Što je koaksijalna mikrovalna linija?
Koaksijalni dalekovod sastoji se od unutarnjeg vodiča okruženog dielektrikom i cilindričnog vanjskog vodiča. Budući da oba vodiča dijele istu os, električno polje je koncentrirano uglavnom unutar dielektrika, dok vanjski vodič osigurava povratni put i elektromagnetsko oklop.
Dominantni način širenja je transverzalni elektromagnetski ili TEM. U idealnoj koaksijalnoj liniji, TEM širenje nema donju graničnu frekvenciju. Stvarni sklopovi i dalje imaju gornju upotrebljivu frekvenciju jer dimenzije kabela, dielektrično ponašanje, geometrija konektora i modovi višeg reda ograničavaju performanse. Stoga se ne bi trebalo pretpostavljati da kabel specificiran za RF uslugu nižih frekvencija dobro radi na mikrovalnim ili milimetarskim valnim frekvencijama.
Glavni konstrukcijski elementi
- Unutarnji vodič:provodi direktnu struju i može biti čvrsta, višežilna, galvanizirana ili šuplja, ovisno o fleksibilnosti, gubicima i zahtjevima za snagom.
- Dielektrik:održava razmak i određuje velik dio impedancije, faktora brzine, temperaturnog ponašanja i dielektričnih gubitaka.
- Vanjski vodič:osigurava povratni put i zaštitu. Može biti pletena, omotana folijom, valovita ili puna metalna cijev.
- Zaštitna jakna:Štiti fleksibilni kabel od abrazije, vlage, kemikalija i oštećenja uzrokovanih rukovanjem.
Uobičajene vrste koaksijalnih kabela za mikrovalne pećnice
Nijedna konstrukcija nije najbolja za svaki mikrovalni sustav. Ispravan izbor ovisi o električnim performansama, načinu instalacije, kretanju, okolini i troškovima.
Fleksibilni koaksijalni kabel
Fleksibilni kabel obično koristi višežilni ili fleksibilni središnji vodič s pletenim ili folijskim oklopom. Prikladan je za laboratorijske postavke, međusobne veze opreme i instalacije koje zahtijevaju ponovljeno usmjeravanje. Njegovi nedostaci mogu uključivati veće slabljenje, nižu učinkovitost oklopa i veću promjenu faze pri savijanju u odnosu na krute konstrukcije.
Polukruti koaksijalni kabel
Polukruti kabel koristi čvrsti vanjski vodič, obično oblikovan u trajnu rutu. Nudi izvrsnu zaštitu, predvidljivu impedanciju i dobru faznu stabilnost. Široko se koristi unutar mikrovalnih sklopova, ali instalacija zahtijeva ispravne alate za oblikovanje i poštivanje navedenog minimalnog radijusa savijanja.
Ručno oblikovan ili prilagodljiv kabel
Ručno oblikovani kabel pruža praktičnu sredinu. Može se lakše usmjeriti od polukrutih kabela, a istovremeno zadržava bolju zaštitu i stabilnost oblika od mnogih fleksibilnih kabela. Performanse treba provjeriti i nakon oblikovanja jer oštri zavoji i naprezanje konektora mogu promijeniti gubitak povratnog signala.
Kruta i zračno-dielektrična koaksijalna linija
Kruta koaksijalna linija koristi pune vodiče i može koristiti zračne ili dielektrične nosače s malim gubicima. Pogodna je za prijenos s malim gubicima ili većom snagom gdje su veličina i složenost instalacije prihvatljivi. Sustavi za emitiranje, radarski i testni sustavi mogu koristiti krute dijelove kada bi gubici u fleksibilnom kabelu bili prekomjerni.
Dvostruko oklopljeni i fazno stabilni kabel
Dodatna zaštita može smanjiti curenje i osjetljivost na elektromagnetske smetnje. Fazno stabilne konstrukcije dizajnirane su kako bi ograničile promjene električne duljine uzrokovane temperaturom, savijanjem ili starenjem. Ove karakteristike su važne kod faznih nizova, kalibracijskih putova, koherentnih prijemnika i mjerenja vektorskih analizatora mreže.
Karakteristična impedancija koaksijalne linije
Karakteristična impedancija određena je omjerom unutarnjeg promjera vanjskog vodiča i vanjskog promjera unutarnjeg vodiča, zajedno s relativnom permitivnošću dielektrika. Za nemagnetsku koaksijalnu liniju:
Z0= (60 / √εr) ln(D/d) Ω
ili ekvivalentno:
Z0= (138 / √εr) zapisnik10(D/d) Ω
Ovdje,Dje unutarnji promjer vanjskog vodiča,dje vanjski promjer unutarnjeg vodiča, aεrje relativna permitivnost dielektrika. Dva izraza su ekvivalentna jer koriste različite logaritamske baze.
Većina RF i mikrovalnih sustava koristi 50 Ω jer pruža korisnu ravnotežu između rukovanja snagom i slabljenja. Sustav od 75 Ω uobičajen je u videu, emitiranju i nekim komunikacijskim primjenama. Miješanje komponenti od 50 Ω i 75 Ω stvara diskontinuitet impedancije koji povećava refleksije i nesigurnost mjerenja.
Zašto mikrovalni koaksijalni kabel gubi signal
Umetnuti gubitak obično se povećava s frekvencijom i duljinom kabela. Vrijednost iz podatkovnog lista treba provjeriti na stvarnoj radnoj frekvenciji i pretvoriti u instaliranu duljinu, a ne tretirati je kao fiksni broj.
Gubitak u dirigentu
Na mikrovalnim frekvencijama, skin efekt koncentrira struju blizu površina vodiča. Efektivni otpor raste s porastom frekvencije, tako da materijal vodiča, kvaliteta prevlake, završna obrada površine i promjer vodiča utječu na slabljenje.
Dielektrični gubitak
Dielektrik apsorbira dio elektromagnetske energije. Njegov tangens gubitaka, temperatura, izloženost vlazi i radna frekvencija utječu na rezultat. Dielektrični materijali s malim gubicima često se odabiru za duge relacije i precizne mjerne putanje.
Neusklađenost i gubitak konektora
Prijelazi s kabela na konektor, adapteri, oštećena sučelja, loša montaža i nepravilan moment pritezanja mogu uzrokovati refleksije. Gubitak povratnog signala ili VSWR treba procijeniti u cijelom radnom opsegu, uključujući svaki konektor i prijelaz u signalnom putu.
Učinci savijanja i ugradnje
Oštri zavoji mogu deformirati koaksijalnu geometriju i promijeniti impedanciju. Ponavljano savijanje također može promijeniti gubitak umetanja i fazu. Slijedite statička i dinamička ograničenja radijusa savijanja proizvođača kabela i osigurajte rasterećenje od naprezanja u blizini konektora.
Kako odabrati koaksijalni kabel za mikrovalnu pećnicu
Započnite s cijelim instaliranim signalnim putem, ne samo s kabelom. Sljedeće provjere pomažu u sprječavanju izbježivih gubitaka, neusklađenosti, pregrijavanja i mehaničkih kvarova.
- Potvrdite frekvencijski raspon.Provjerite pokrivaju li kabel, konektori, adapteri i podaci ispitivanja najvišu radnu frekvenciju.
- Uskladite impedanciju sustava.Koristite istu nominalnu impedanciju kroz cijeli put, osim ako nije predviđena namjerna mreža za transformaciju impedancije.
- Izračunajte ukupni uneseni gubitak.Kombinirajte gubitke kabela na radnoj frekvenciji s gubicima na konektoru, adapteru i prijelazu. Uključite marginu za temperaturu i starenje gdje je to prikladno.
- Provjerite upravljanje snagom.Pregledajte prosječnu snagu, vršnu snagu, VSWR, temperaturu okoline, nadmorsku visinu, nazivnu vrijednost konektora i radni ciklus. Velika neusklađenost može stvoriti lokalno naponsko ili strujno naprezanje.
- Definirajte fazne zahtjeve.Za koherentne ili fazno usklađene sustave, navedite faznu stabilnost u odnosu na temperaturu i savijanje, kao i gubitak amplitude.
- Odaberite kompatibilne konektore.Serije konektora imaju različita ograničenja frekvencije, snage, ciklusa spajanja i mehaničkih svojstava. Izbjegavajte nepotrebne adaptere i prije upotrebe provjerite stanje sučelja.
- Pregledajte usmjeravanje i okruženje.Uzmite u obzir radijus savijanja, kretanje, vibracije, vlagu, kemikalije, temperaturni raspon, zaštitu i zahtjeve za plamen ili nisku razinu dima.
- Provjera plana.Za kritične sklopove, izmjerite uneseni gubitak i gubitak povratnog signala nakon instalacije. Sustavi s faznim usklađivanjem također mogu zahtijevati provjeru električne duljine.
Koaksijalni vod ili valovod?
Koaksijalni kabel je kompaktan, oklopljen i jednostavan za usmjeravanje, što ga čini praktičnim za mnoge RF i niže mikrovalne međusobne veze. Kako frekvencija, snaga ili dopušteni gubici postaju sve zahtjevniji, valovod može ponuditi niže gubitke pri prijenosu i veći kapacitet snage, iako je veći i manje fleksibilan.
Mnogi sustavi koriste obje tehnologije. Pravilno odabranaadapter valovoda na koaksijalniprenosi energiju između koaksijalnog TEM moda i potrebnog moda valovoda, a istovremeno kontrolira neusklađenost. Za razmatranja dizajna prijelaza, pogledajte našuVodič za odabir adaptera za valovod-koaksijalni.
Tipične primjene
- Veze vektorskog mrežnog analizatora i spektralnog analizatora
- Postavke mjerenja i kalibracije antene
- Radarska, satelitska i bežična komunikacijska oprema
- Generatori signala, pojačala, prijemnici i pretvarači frekvencije
- Unutarnje međusobne veze u mikrovalnim modulima i ispitnim uređajima
- Prijelazi između priključaka koaksijalne opreme i komponenti valovoda
Često postavljana pitanja
Ima li koaksijalni kabel graničnu frekvenciju?
Dominantni TEM način rada nema teoretsku donju graničnu frekvenciju. Međutim, svaki stvarni kabelski sklop ima maksimalnu preporučenu frekvenciju jer višeg reda načina rada, geometrija konektora, gubici i proizvodne tolerancije na kraju ograničavaju upotrebljive performanse.
Zašto je 50 Ω uobičajeno u mikrovalnim sustavima?
Pedeset oma se široko koristi jer pruža praktičan kompromis između niskog slabljenja i snage. To je također standardna impedancija za većinu RF ispitne opreme i mnoge mikrovalne komponente.
Može li se duži kabel kompenzirati korištenjem izvora veće snage?
Dodatno napajanje izvora može vratiti prijemnu razinu u nekim sustavima, ali ne uklanja zagrijavanje kabela, utjecaj šumne figure, varijacije faza, neusklađenost ili ograničenja nazivne snage. Smanjenje gubitaka na putu obično je pouzdaniji inženjerski pristup.
Što treba testirati nakon instalacije?
Kao minimum, provjerite uneseni gubitak i gubitak povratnog signala u cijelom radnom pojasu. Precizni sustavi mogu također zahtijevati mjerenja faze, grupnog kašnjenja, diskontinuiteta u vremenskoj domeni, zaštite ili pasivne intermodulacije.
Za pomoć pri odabiru prijelaza s valovoda na koaksijalni kabel ili integraciji koaksijalnih i valovodnih dijelova u mikrovalnom sustavu,kontaktirajte RF MISOs potrebnim frekvencijskim pojasom, sučeljem, razinom snage i mehaničkim ograničenjima.
Vrijeme objave: 15. prosinca 2023.
