Talian Koaksial Ketuhar Gelombang Mikro: Jenis, Kerugian & Panduan Pemilihan

Talian sepaksi gelombang mikro membawa tenaga RF antara antena, instrumen ujian, pemancar, penerima dan komponen gelombang mikro yang lain.Pembinaan sepusatnya menyediakan laluan penghantaran terkawal dan perisai yang kuat, tetapi prestasi bergantung kepada lebih daripada sekadar diameter kabel atau jenis penyambung. Frekuensi, impedans ciri, pelemahan, pengendalian kuasa, kestabilan fasa, jejari selekoh dan kualiti setiap peralihan semuanya mempengaruhi keputusan akhir.

Panduan ini menerangkan cara kabel sepaksi gelombang mikro berfungsi, pembinaan kabel utama, persamaan impedans, punca kehilangan RF dan pemeriksaan praktikal yang perlu dilakukan oleh jurutera sebelum memilih penyelesaian sepaksi.

Apakah Talian Koaksial Gelombang Mikro?

Talian penghantaran sepaksi terdiri daripada konduktor dalaman yang dikelilingi oleh konduktor dielektrik dan konduktor luar silinder. Oleh kerana kedua-dua konduktor berkongsi paksi yang sama, medan elektrik tertumpu terutamanya di dalam dielektrik manakala konduktor luar menyediakan laluan pulangan dan perisai elektromagnet.

Mod perambatan dominan ialah elektromagnet melintang, atau TEM. Dalam talian sepaksi yang ideal, perambatan TEM tidak mempunyai frekuensi pemotongan yang lebih rendah. Perhimpunan sebenar masih mempunyai frekuensi boleh guna yang lebih tinggi kerana dimensi kabel, kelakuan dielektrik, geometri penyambung dan mod tertib tinggi mengehadkan prestasi. Oleh itu, kabel yang ditentukan untuk perkhidmatan RF frekuensi rendah tidak boleh dianggap berfungsi dengan baik pada frekuensi gelombang mikro atau gelombang milimeter.

Elemen pembinaan utama

Konduktor dalaman:membawa arus ke hadapan dan mungkin pepejal, terkandas, bersalut atau berongga bergantung pada fleksibiliti, kehilangan dan keperluan kuasa.
Dielektrik:mengekalkan jarak dan menentukan sebahagian besar impedans, faktor halaju, kelakuan suhu dan kehilangan dielektrik.
Konduktor luar:menyediakan laluan kembali dan pelindung. Ia mungkin jalinan, dibalut dengan kerajang, beralun atau tiub logam pepejal.
Jaket pelindung:melindungi kabel fleksibel daripada lelasan, kelembapan, bahan kimia dan kerosakan pengendalian.

Jenis Kabel Koaksial Gelombang Mikro yang Biasa

Tiada binaan tunggal yang terbaik untuk setiap sistem gelombang mikro. Pilihan yang betul bergantung pada prestasi elektrik, kaedah pemasangan, pergerakan, persekitaran dan kos.

Kabel sepaksi fleksibel

Kabel fleksibel biasanya menggunakan konduktor tengah terkandas atau fleksibel dengan pelindung jalinan atau kerajang. Ia mudah untuk persediaan makmal, sambungan peralatan dan pemasangan yang memerlukan penghalaan berulang. Pertukarannya boleh termasuk pelemahan yang lebih tinggi, keberkesanan pelindung yang lebih rendah dan perubahan fasa yang lebih besar dengan lenturan berbanding pembinaan tegar.

Kabel sepaksi separa tegar

Kabel separa tegar menggunakan konduktor luar yang kukuh, biasanya dibentuk menjadi laluan kekal. Ia menawarkan perisai yang sangat baik, impedans yang boleh diramal dan kestabilan fasa yang baik. Ia digunakan secara meluas di dalam pemasangan gelombang mikro, tetapi pemasangan memerlukan alat pembentukan yang betul dan mematuhi jejari selekoh minimum yang ditentukan.

Kabel yang boleh dibentuk dengan tangan atau boleh diubah suai

Kabel yang boleh dibentuk dengan tangan menyediakan jalan tengah yang praktikal. Ia boleh dihalakan dengan lebih mudah berbanding kabel separa tegar sambil mengekalkan perisai dan kestabilan bentuk yang lebih baik berbanding kebanyakan kabel fleksibel. Prestasi masih perlu diperiksa selepas pembentukan kerana selekoh tajam dan tekanan penyambung boleh mengubah kehilangan pulangan.

Talian sepaksi tegar dan dielektrik udara

Talian sepaksi tegar menggunakan konduktor pepejal dan mungkin menggunakan sokongan dielektrik udara atau kehilangan rendah. Ia sesuai untuk penghantaran kehilangan rendah atau kuasa tinggi di mana saiz dan kerumitan pemasangan boleh diterima. Sistem siaran, radar dan ujian mungkin menggunakan bahagian tegar apabila kehilangan kabel fleksibel akan berlebihan.

Kabel berlapis dua dan stabil fasa

Perisai tambahan boleh mengurangkan kebocoran dan kerentanan terhadap gangguan elektromagnet. Pembinaan stabil fasa direka bentuk untuk mengehadkan perubahan panjang elektrik yang disebabkan oleh suhu, lenturan atau penuaan. Ciri-ciri ini penting dalam tatasusunan berfasa, laluan penentukuran, penerima koheren dan pengukuran penganalisis rangkaian vektor.

Impedans Ciri Talian Koaksial

Impedans ciri ditentukan oleh nisbah diameter dalam konduktor luar kepada diameter luar konduktor dalam, bersama-sama dengan permittiviti relatif dielektrik. Untuk talian sepaksi bukan magnet:

Z₀= (60 / √ε_r) ln(D/d) Ω

atau setaraf dengannya:

Z₀= (138 / √ε_r) log₁₀(D/d) Ω

Di sini,Dialah diameter dalam konduktor luar,dialah diameter luar konduktor dalam, danε_rialah permittiviti relatif dielektrik. Kedua-dua ungkapan ini adalah setara kerana ia menggunakan asas logaritma yang berbeza.

Kebanyakan sistem RF dan gelombang mikro menggunakan 50 Ω kerana ia memberikan keseimbangan yang berguna antara pengendalian kuasa dan pelemahan. Sistem 75 Ω adalah perkara biasa dalam aplikasi video, siaran dan beberapa aplikasi komunikasi. Mencampurkan komponen 50 Ω dan 75 Ω menghasilkan ketakselanjaran impedans yang meningkatkan pantulan dan ketidakpastian pengukuran.

Mengapa Kabel Koaksial Ketuhar Gelombang Mikro Kehilangan Isyarat

Kerugian sisipan biasanya meningkat dengan frekuensi dan panjang kabel. Nilai helaian data harus diperiksa pada frekuensi operasi sebenar dan ditukar kepada panjang yang dipasang dan bukannya dianggap sebagai nombor tetap.

Kehilangan konduktor

Pada frekuensi gelombang mikro, kesan kulit menumpukan arus berhampiran permukaan konduktor. Rintangan berkesan meningkat apabila frekuensi meningkat, jadi bahan konduktor, kualiti penyaduran, kemasan permukaan dan diameter konduktor semuanya mempengaruhi pelemahan.

Kehilangan dielektrik

Dielektrik menyerap sebahagian daripada tenaga elektromagnet. Tangen kehilangan, suhu, pendedahan kelembapan dan frekuensi operasinya mempengaruhi keputusan. Bahan dielektrik kehilangan rendah sering dipilih untuk jangka masa panjang dan laluan pengukuran ketepatan.

Ketidakpadanan dan kehilangan penyambung

Peralihan kabel-ke-penyambung, penyesuai, antara muka yang rosak, pemasangan yang lemah dan tork yang salah boleh menyebabkan pantulan. Kerugian pulangan atau VSWR harus dinilai merentasi jalur operasi penuh, termasuk setiap penyambung dan peralihan dalam laluan isyarat.

Kesan lenturan dan pemasangan

Selekoh yang ketat boleh mengubah bentuk geometri sepaksi dan mengubah impedans. Fleksibiliti yang berulang juga boleh mengubah kehilangan sisipan dan fasa. Ikut had jejari lenturan statik dan dinamik pengeluar kabel dan berikan kelegaan terikan berhampiran penyambung.

Cara Memilih Talian Koaksial Ketuhar Gelombang Mikro

Mulakan dengan laluan isyarat yang dipasang sepenuhnya, bukan kabel sahaja. Pemeriksaan berikut membantu mencegah kehilangan, ketidakpadanan, terlalu panas dan kegagalan mekanikal yang boleh dielakkan.

Sahkan julat frekuensi.Sahkan kabel, penyambung, penyesuai dan data ujian semuanya meliputi frekuensi operasi tertinggi.
Padankan impedans sistem.Gunakan impedans nominal yang sama di seluruh laluan melainkan rangkaian transformasi impedans yang disengajakan disediakan.
Kira jumlah kehilangan sisipan.Gabungkan kehilangan kabel pada frekuensi operasi dengan kehilangan penyambung, penyesuai dan peralihan. Sertakan margin untuk suhu dan penuaan jika sesuai.
Periksa pengendalian kuasa.Semak kuasa purata, kuasa puncak, VSWR, suhu ambien, altitud, penarafan penyambung dan kitaran tugas. Ketidakpadanan yang tinggi boleh menghasilkan tekanan voltan atau arus tempatan.
Tentukan keperluan fasa.Bagi sistem koheren atau padanan fasa, nyatakan kestabilan fasa berbanding suhu dan lenturan serta kehilangan amplitud.
Pilih penyambung yang serasi.Siri penyambung mempunyai frekuensi, kuasa, kitaran mengawan dan had mekanikal yang berbeza. Elakkan penyesuai yang tidak perlu dan sahkan keadaan antara muka sebelum digunakan.
Semak penghalaan dan persekitaran.Pertimbangkan jejari selekoh, pergerakan, getaran, kelembapan, bahan kimia, julat suhu, perisai dan keperluan nyalaan api atau asap rendah.
Pengesahan pelan.Untuk pemasangan kritikal, ukur kehilangan sisipan dan kehilangan pulangan selepas pemasangan. Sistem padanan fasa juga mungkin memerlukan pengesahan panjang elektrik.

Talian Koaksial atau Pandu Gelombang?

Kabel sepaksi adalah padat, terlindung dan mudah dirutekan, menjadikannya praktikal untuk banyak sambungan RF dan gelombang mikro yang lebih rendah. Apabila frekuensi, kuasa atau kehilangan yang dibenarkan menjadi lebih mendesak, pandu gelombang boleh menawarkan kehilangan penghantaran yang lebih rendah dan kapasiti kuasa yang lebih tinggi, walaupun ia lebih besar dan kurang fleksibel.

Banyak sistem menggunakan kedua-dua teknologi tersebut. Sistem yang dipilih dengan betulpenyesuai pandu gelombang-ke-koaksialmemindahkan tenaga antara mod TEM sepaksi dan mod pandu gelombang yang diperlukan sambil mengawal ketidakpadanan. Untuk pertimbangan reka bentuk peralihan, lihat kamipanduan pemilihan penyesuai pandu gelombang-ke-koaksial.

Aplikasi Lazim

Sambungan penganalisis rangkaian vektor dan penganalisis spektrum
Persediaan pengukuran dan penentukuran antena
Peralatan komunikasi radar, satelit dan tanpa wayar
Penjana isyarat, penguat, penerima dan penukar frekuensi
Sambungan dalaman dalam modul gelombang mikro dan lekapan ujian
Peralihan antara port peralatan sepaksi dan komponen pandu gelombang

Soalan Lazim

Adakah kabel sepaksi mempunyai frekuensi pemotongan?

Mod TEM dominan tidak mempunyai frekuensi pemotongan teori yang lebih rendah. Walau bagaimanapun, setiap pemasangan kabel sebenar mempunyai frekuensi maksimum yang disyorkan kerana mod tertib tinggi, geometri penyambung, kehilangan dan toleransi pembuatan akhirnya mengehadkan prestasi yang boleh digunakan.

Mengapakah 50 Ω lazim dalam sistem gelombang mikro?

Lima puluh ohm digunakan secara meluas kerana ia memberikan kompromi praktikal antara pelemahan rendah dan pengendalian kuasa. Ia juga merupakan impedans standard untuk kebanyakan peralatan ujian RF dan banyak komponen gelombang mikro.

Bolehkah kabel yang lebih panjang dikompensasikan dengan menggunakan sumber kuasa yang lebih tinggi?

Kuasa sumber tambahan mungkin memulihkan paras yang diterima dalam sesetengah sistem, tetapi ia tidak mengalih keluar pemanasan kabel, impak angka hingar, variasi fasa, ketidakpadanan atau had penarafan kuasa. Mengurangkan kehilangan laluan biasanya merupakan pendekatan kejuruteraan yang lebih andal.

Apa yang perlu diuji selepas pemasangan?

Sekurang-kurangnya, periksa kehilangan sisipan dan kehilangan pulangan merentasi jalur operasi. Sistem ketepatan juga mungkin memerlukan pengukuran fasa, kelewatan kumpulan, ketakselanjaran domain masa, perisai atau intermodulasi pasif.

Untuk bantuan memilih peralihan pandu gelombang-ke-koaksial atau mengintegrasikan bahagian koaksial dan pandu gelombang dalam sistem gelombang mikro,hubungi RF MISOdengan jalur frekuensi, antara muka, aras kuasa dan kekangan mekanikal yang diperlukan.

Masa siaran: 15 Dis-2023