Руководство по выбору коаксиального кабеля: как подобрать импеданс, затухание и разъемы

Однажды выездной техник заказал партию кабеля РГ-58 для установки новой базовой станции, но во время ввода в эксплуатацию обнаружил, что кабель сопротивлением 50 Ом подходит, но затухание на частоте 2,4 ГГц составило почти 0,8 дБ на метр. Бюджет ссылки рухнул. Ошибка такого рода является распространенной, когда при выборе коаксиального кабеля основное внимание уделяется только импедансу и типу разъема. Реальный процесс выбора включает в себя цепочку компромиссов: затухание против гибкости, покрытие экрана против радиуса изгиба, тип диэлектрика против стоимости. В этом руководстве рассматриваются параметры производительности, которые действительно имеют значение, объясняются различия между распространенными семействами кабелей и показано, как разъем СМА или интерфейс N-типа должен соответствовать выбранному вами кабелю, а не только порту оборудования.

Поставщик коаксиальных радиочастотных соединителей SMA на заказ, Компания Ningbo Hanson Communication Technology Co., Ltd. является профессиональным поставщиком коаксиальных радиочастотных разъемов SMA в Китае и компанией по производству разъемов SMA, мы ... Посмотреть продукт →

Начните с базовой конструкции: что вы на самом деле выбираете

Коаксиальный кабель имеет четыре концентрических слоя: внутренний проводник, диэлектрический изолятор, экран и внешнюю оболочку. Каждый слой по-разному влияет на электрические характеристики. Внутренний проводник может быть выполнен из цельной меди, стали, плакированной медью, или многожильного медного провода. Твердые проводники обеспечивают более низкое сопротивление постоянному току и лучшую фазовую стабильность; Многожильные проводники обеспечивают гибкость, но увеличивают вносимые потери. Диэлектриком должен быть твердый полиэтилен (ПЭ), вспененный полиэтилен или политетрафторэтилен (ПТФЭ). Пенные диэлектрики задерживают воздух, снижая диэлектрическую проницаемость и затухание, что делает их стандартными для кабелей с низкими потерями. ПТФЭ выдерживает более высокие температуры, но стоит дороже и имеет немного более высокие потери, чем пенополиэтилен. Экран может иметь одинарную, двойную оплетку или комбинацию фольги и оплетки. Эффективность экранирования измеряется в дБ изоляции от внешних помех, а кабель с двойным экранированием обычно обеспечивает на 10–20 дБ лучшее экранирование, чем эквивалент с одинарной оплеткой.

Импеданс: решение 50 Ом против 75 Ом

Импеданс — это первый фильтр при выборе кабеля. Промышленный радиочастотный стандарт составляет 50 Ом для передатчиков, приемников, антенн и испытательных приборов. Он представляет собой компромисс между минимальным затуханием и максимальной мощностью. В системах видео и вещания используется сопротивление 75 Ом, поскольку этот импеданс обеспечивает меньшее затухание на высоких частотах, когда внешний диаметр диэлектрика фиксирован. Большинство руководств по выбору упрощают это до «50 для РФ, 75 для видео», но есть важный нюанс. Если вы используете кабель сопротивлением 75 Ом в системе с сопротивлением 50 Ом, коэффициент стоячей волны по напряжению возрастает примерно до 1,5:1, что приводит к отражению около 4 процентов мощности. Для чувствительных входов приемника такое отражение может быть приемлемым; что касается выходов передатчика, это может привести к перегреву финального каскада усилителя. В случае сомнений согласуйте сопротивление кабеля с сопротивлением системы и избегайте использования адаптеров согласования импеданса, если только несоответствие не является преднамеренным и рассчитанным.

Диапазон частот и роль диэлектрических потерь

Каждый коаксиальный кабель имеет потолок полезной частоты. Выше этого потолка диэлектрик теряет потери, и кабель начинает вести себя скорее как волновод, чем как линия передачи. Полужесткие кабели с твердым ПТФЭ и сплошным внешним проводником могут достигать 40 ГГц и выше при небольших диаметрах. Гибкие кабели с экранирующей оплеткой и диэлектриками из вспененного полиэтилена обычно работают на частоте ниже 6 ГГц, если в них не используются специальные материалы с низкими потерями. Диэлектрическая проницаемость определяет коэффициент скорости: твердый полиэтилен дает коэффициент скорости около 0,66, вспененный полиэтилен - от 0,80 до 0,88, а конструкции с воздушным зазором - до 0,96. Более высокий коэффициент скорости означает более короткие электрические задержки и меньшие потери на метр при той же частоте. Для 3-метрового кабеля, проходящего на частоте 3,5 ГГц, разница между диэлектриком из вспененного полиэтилена и твердым полиэтиленом может составлять от 0,4 до 0,6 дБ потерь, что достаточно, чтобы повлиять на запас в бюджете фиксированной линии связи.

Затухание: как читать спецификацию

Затухание обычно указывается в дБ на 100 метров на заданной частоте, а кривая соответствует примерной зависимости квадратного корня от частоты. Кабель с потерями 10 дБ на частоте 1 ГГц будет иметь потери около 22 дБ на частоте 5 ГГц при условии такой же конструкции. Это означает, что показатель «средних потерь» не имеет смысла, если не определена частота. Быстрый способ сравнить кабели — посмотреть затухание на 100 метров на частоте 2,4 ГГц или 5 ГГц, в зависимости от вашего целевого диапазона. Например, RG-58 показывает около 25 дБ на 100 метров на частоте 2,4 ГГц, ЛМР-400 — около 4 дБ на 100 метров на частоте 2,4 ГГц, а гофрированный кабель 1/2 дюйма — около 2 дБ. Компромисс заключается в толщине и радиусе изгиба: кабель с меньшими потерями физически больше и его нельзя согнуть так сильно. При планировании прокладки кабеля рассчитайте общие потери, сложив затухание на метр, умноженное на длину, плюс потери в разъемах. Каждая пара разъемов в среднем добавляет потери от 0,1 до 0,3 дБ, поэтому при использовании четырех пар разъемов потери составляют от 0,8 до 1,2 дБ, прежде чем будет учтен сам кабель.

Распространенные типы коаксиальных кабелей: какой из них подойдет вам?

Система обозначений RG старше, чем думает большинство инженеров, и она не гарантирует согласованности между производителями. При этом общие типы RG остаются полезным обозначением для определения размеров и ожиданий производительности.

Полужесткие сборки и сборки со сверхмалыми потерями

В полужестких кабелях используется сплошной медный внешний проводник и твердый диэлектрик из ПТФЭ. После изгиба они не двигаются, что делает их идеальными для критически важных по фазе приложений, таких как сети питания военных радаров. Недостаток заключается в том, что для изгиба требуются специальные инструменты, и кабель нельзя сгибать несколько раз. Для приложений, требующих как низких потерь, так и гибкости поля, производители теперь предлагают гибкие кабельные сборки со сверхнизкими потерями в которых используется гофрированный или плетеный внешний проводник с диэлектриком из ПТФЭ низкой плотности. Эти кабели достигают показателей потерь, близких к полужестким, и при этом выдерживают многократные изгибы на интерфейсе разъема.

Поставщик гибких кабельных сборок со сверхмалыми потерями на заказ, Компания Ningbo Hanson Communication Technology Co., Ltd - китайский поставщик и компания гибких кабельных сборок со сверхмалыми потерями, предлагающая индивидуальные решения ... Посмотреть продукт →

Экранирование: эффект второго порядка, который становится первым в плотных средах

В большинстве технических описаний эффективность экранирования не указывается как одночастотное число. Стандартной практикой является проверка импеданса передачи в определенном диапазоне частот. Хороший плетеный экран имеет передаточное сопротивление от 1 до 5 миллиом на метр ниже 100 МГц, увеличиваясь до 50-200 миллиом на метр на частоте 1 ГГц. Комбинация фольги и оплетки может поддерживать передаточное сопротивление ниже 5 миллиом на метр до нескольких гигагерц. Внутри переполненной радиорубки, где работают несколько передатчиков с выходной мощностью в десятки ватт, плохо экранированный кабель действует как непреднамеренная антенна. Результатом является снижение чувствительности приемников, продукты интермодуляции и шум в низкочастотных цепях. Эмпирическое правило экранирования: если кабель проложен на открытом воздухе, параллельно другим кабелям или в пределах 1 метра от мощных радиостанций, выберите тип с двойным экраном и проверьте процент покрытия экрана (экраны в оплетке на кабелях хорошего качества составляют от 90 до 97 процентов).

Разъемы: момент, когда кабель выигрывается или теряется

Кабель хорош настолько, насколько хороши его разъемы. Ан Разъем N-типа работает в диапазоне до 11 ГГц (некоторые прецизионные версии — до 18 ГГц) и обеспечивает устойчивость к атмосферным воздействиям при зажатии или обжатии кабеля. Разъемы SMA физически меньше и работают до 18 ГГц (или 27 ГГц в некоторых вариантах), но они требуют точного выравнивания центрального контакта и динамометрического ключа с моментом 0,56 Н·м; чрезмерная затяжка вручную может привести к повреждению диэлектрика и возникновению периодических коротких замыканий. Выбирая разъем, учитывайте, что происходит в месте соединения кабеля с разъемом:

Поставщик коаксиальных радиочастотных разъемов на заказ типа N, компания Компания Ningbo Hanson Communication Technology Co., Ltd. является профессиональным китайским поставщиком и компанией по изготовлению радиочастотных коаксиальных разъемов типа N, мы предлагаем... Посмотреть продукт →

• Обжимные разъемы: быстрый, повторяемый и требует калиброванного обжимного инструмента для конкретного диаметра кабеля.
• Зажимные соединители: удерживайте оболочку кабеля с помощью компрессионного кольца, допускайте небольшие изменения диаметра.
• Разъемы под пайку: обеспечивают лучший электрический контакт, но медленно собираются и рискуют перегреть диэлектрик.

Если вы заказываете готовые кабельные сборки, метод крепления является ответственностью производителя, но в спецификации должен быть указан тип кабеля, крутящий момент разъема и протестированный КСВ в рабочем диапазоне частот. КСВ выше 1,5:1 для небольшого разъема, такого как SMA, является тревожным сигналом в современной радиочастотной конструкции; большинство прецизионных сборок поддерживают КСВ ниже 1,3:1.

Гибкость, радиус изгиба и установка

В технических характеристиках обычно указан минимальный радиус изгиба для однократной установки и больший радиус для многократного изгиба. Превышение минимального радиуса изгиба может привести к сжатию экрана и локальному скачку импеданса, который на определенных частотах проявляется в виде всплеска КСВ. Для стационарных установок правило состоит в том, чтобы в качестве запаса прочности оставлять радиус изгиба, по крайней мере, в 2–3 раза превышающий указанный. Если кабель должен изгибаться во время работы, выберите кабель с многожильным центральным проводником и проверьте срок службы гибкого кабеля в циклах. Многие гибкие кабели с низкими потерями выдерживают от 1000 до 5000 циклов изгибания, если радиус изгиба остается в пределах спецификации. Полужесткий кабель может треснуть уже через несколько циклов.

Дождь, температура и ультрафиолетовое воздействие

Для наружных кабелей требуется нечто большее, чем просто пластиковая оболочка. Внешняя оболочка должна быть изготовлена ​​из полиэтилена, устойчивого к УФ-излучению, или аналогичного материала, устойчивого к атмосферным воздействиям. Оболочки из ПВХ дешевле, но трескаются под длительным солнечным светом и становятся жесткими при температурах ниже нуля. Если кабель проходит через наружную стену, используйте капельную петлю и загерметизируйте место ввода кабеля атмосферостойкой замазкой; в противном случае вода мигрирует по оплетке и разъедает экран. Учитывайте также температурный режим диэлектрика. Стандартный полиэтилен сохраняет работоспособность при температуре до -40°C, но оболочка становится хрупкой. Кабели из ПТФЭ выдерживают температуру до 200°C, поэтому их используют в цепях передачи высокой мощности рядом с горячими компонентами усилителя. Для установки, в которой одновременно используются внутренние и наружные участки, безопасным средним вариантом является кабель с полиолефиновой оболочкой или полиэтиленовой оболочкой поверх экрана из фольги и оплетки.

Визуализация данных: краткое сравнение чисел

Физика становится яснее, когда вы ее визуализируете. В следующих таблицах сравниваются типичные характеристики обсуждаемых семейств кабелей. Значения являются репрезентативными цифрами из опубликованных технических характеристик и не заменяют собой спецификацию конкретного поставщика.

Подбор кабеля к разъему: практический контрольный список

Руководство по выбору кабеля было бы неполным без увязки выбора кабеля с серией разъемов. Контакты разъема имеют определенный диапазон диаметров центрального проводника, и использование кабеля с более тонким центральным контактом, чем ожидается для разъема, приводит к плохой пайке или ослаблению обжима. Кабель с более толстым центральным проводником, чем позволяет разъем, может деформировать корпус разъема и вызвать несоответствие. Общие пары:

Как прочитать этикетку коаксиального кабеля

Маркировки кабелей у разных производителей различаются. На некоторых печатается номер модели UL, на некоторых — обозначение RG, а на некоторых — фирменное название модели. Критическая информация, которая должна появиться, — это полное сопротивление, емкость в пФ/м, внешний диаметр и диапазон частот. Если на этикетке кабеля указано только «RG-6» и название бренда, считайте это неполной спецификацией. Емкость кабеля сопротивлением 50 Ом обычно составляет от 80 до 100 пФ/м, а кабеля сопротивлением 75 Ом — от 65 до 70 пФ/м. Если емкость отсутствует, измерьте ее: измеритель емкости на образце длиной 1 метр дает приблизительное значение импеданса по формуле Z0 = 1/(c*C), где c — коэффициент скорости, а C — емкость на метр. Это полезный метод проверки в полевых условиях при работе с немаркированными лишними кабелями.

Покупка нового или продолжение использования существующего кабеля: что проверить

Если вы заменяете неисправный кабель в существующей системе, вытащите старый кабель и осмотрите его конец, прежде чем заказывать замену. Кабель, который был раздавлен зажимом, вытянут за пределы радиуса изгиба или подвергся воздействию влаги, не восстановится только потому, что вы повторно обжимаете разъем. Посмотрите на состояние экрана: если оплетка потемнела или позеленела, коррозия уже повысила его стойкость и кабель следует вывести из эксплуатации. Если диэлектрик изменил цвет, термическое повреждение привело к увеличению его потерь. В таких случаях разумно повторное использование кабеля того же типа и той же длины, но переход на версию с двойным экраном и немного большего диаметра часто решает повторяющиеся проблемы с помехами без изменения схемы разъема.

Цена неправильного выбора

Учитывайте общую стоимость установки, а не только цену за метр кабеля. 20-метровая трасса с использованием RG-58 стоит около 30 долларов за кабель плюс 10 долларов за разъемы. Эквивалентная длина LMR-400 стоит 90 долларов за кабель и 15 долларов за разъемы. Но если RG-58 имеет дополнительные потери в 4 дБ, снижающие принимаемый сигнал на 4 дБ, для компенсации может потребоваться усилитель стоимостью 200 долларов на дальнем конце. Более дешевый кабель будет дешевле только до тех пор, пока вы не добавите усилитель. Та же логика применима и к экранированию. Кабель с двойным экраном стоит на 30–50 процентов дороже, чем кабель с одинарным экраном, но в среде с близлежащим передатчиком кабель с двойным экраном позволяет избежать периодических проблем, которые отнимают дни на поиск и устранение неисправностей.

Руководство по выбору коаксиального кабеля: 5-шаговый процесс

1. Перечислите системные требования: импеданс, диапазон частот, максимальные вносимые потери и условия эксплуатации.
2. Рассчитайте бюджет канала: общую длину кабеля, количество разъемов и ожидаемые уровни сигнала на обоих концах.
3. Составьте короткий список типов кабелей, соответствующих бюджету потерь и ограничениям по физическому зазору.
4. Оцените потребности в экранировании с учетом близости к источникам помех и воздействия на открытом воздухе.
5. Убедитесь в совместимости разъемов и выберите варианты с заводской или полевой заделкой.

Для стандартизированного подхода многие инженеры по закупкам держат небольшой набор утвержденных типов кабелей: один гибкий тип RG для коротких перемычек, один гибкий с малыми потерями для антенных фидеров и один полужесткий тип или тип со сверхмалыми потерями для высокочастотных или высоконадежных трактов. Это ограничивает запасы и гарантирует, что полевая группа будет уверена в том, что данный метод завершения будет удобен.

Часто задаваемые вопросы