Mikrobølgekoaksiallinjer fører RF-energi mellom antenner, testinstrumenter, sendere, mottakere og andre mikrobølgekomponenter.Den konsentriske konstruksjonen gir en kontrollert overføringsbane og sterk skjerming, men ytelsen avhenger av mye mer enn kabeldiameter eller kontakttype. Frekvens, karakteristisk impedans, demping, effekthåndtering, fasestabilitet, bøyeradius og kvaliteten på hver overgang påvirker alle det endelige resultatet.
Denne veiledningen forklarer hvordan mikrobølgekoaksialkabel fungerer, de viktigste kabelkonstruksjonene, impedansligningen, årsakene til RF-tap og de praktiske kontrollene ingeniører bør gjøre før de velger en koaksialløsning.
Hva er en mikrobølgekoaksiallinje?
En koaksial transmisjonslinje består av en indre leder omgitt av et dielektrikum og en sylindrisk ytre leder. Fordi begge lederne deler samme akse, er det elektriske feltet hovedsakelig konsentrert innenfor dielektrikumet, mens den ytre lederen gir returvei og elektromagnetisk skjerming.
Den dominerende forplantningsmodusen er transversal elektromagnetisk, eller TEM. I en ideell koaksiallinje har TEM-forplantning ingen nedre grensefrekvens. Ekte enheter har fortsatt en øvre brukbar frekvens fordi kabeldimensjoner, dielektrisk oppførsel, kontaktgeometri og høyere ordens moduser begrenser ytelsen. En kabel spesifisert for lavere frekvens RF-tjeneste bør derfor ikke antas å yte godt ved mikrobølge- eller millimeterbølgefrekvenser.
Hovedkonstruksjonselementer
- Indre leder:fører fremoverstrømmen og kan være solid, flertrådet, belagt eller hul avhengig av fleksibilitet, tap og effektkrav.
- Dielektrisk:opprettholder avstanden og bestemmer mye av impedansen, hastighetsfaktoren, temperaturoppførselen og det dielektriske tapet.
- Ytre leder:gir returvei og skjerming. Den kan være flettet, folieinnpakket, korrugert eller et solid metallrør.
- Beskyttende jakke:beskytter fleksibel kabel mot slitasje, fuktighet, kjemikalier og håndteringsskader.
Vanlige typer mikrobølgekoaksialkabel
Ingen enkelt konstruksjon er best for alle mikrobølgesystemer. Det riktige valget avhenger av elektrisk ytelse, installasjonsmetode, bevegelse, miljø og kostnad.
Fleksibel koaksialkabel
Fleksibel kabel bruker vanligvis en flertrådet eller fleksibel senterleder med flettet eller folieskjerming. Den er praktisk for laboratorieoppsett, utstyrstilkoblinger og installasjoner som krever gjentatt ruting. Avveiningene kan inkludere høyere demping, lavere skjermingseffektivitet og større faseendring ved bøying enn stive konstruksjoner.
Halvstiv koaksialkabel
Halvstiv kabel bruker en solid ytre leder, vanligvis formet til en permanent rute. Den gir utmerket skjerming, forutsigbar impedans og god fasestabilitet. Den er mye brukt i mikrobølgeenheter, men installasjon krever riktig formingsverktøy og respekt for den spesifiserte minimumsbøyeradiusen.
Håndformbar eller formbar kabel
Manuell formbar kabel gir en praktisk mellomting. Den kan rutes enklere enn halvstiv kabel, samtidig som den beholder bedre skjerming og formstabilitet enn mange fleksible kabler. Ytelsen bør fortsatt kontrolleres etter forming, fordi skarpe bøyer og kontaktbelastning kan endre returtapet.
Stiv og luftdielektrisk koaksiallinje
Stive koaksialledninger bruker solide ledere og kan bruke luft eller dielektriske støtter med lavt tap. De er egnet for overføring med lavt tap eller høyere effekt der størrelse og installasjonskompleksitet er akseptabelt. Kringkastings-, radar- og testsystemer kan bruke stive seksjoner når tapet i fleksible kabler ville være for stort.
Dobbeltskjermet og fasestabil kabel
Ekstra skjerming kan redusere lekkasje og mottakelighet for elektromagnetisk interferens. Fasestabile konstruksjoner er utformet for å begrense endringer i elektrisk lengde forårsaket av temperatur, bøyning eller aldring. Disse egenskapene er viktige i fasede matriser, kalibreringsbaner, koherente mottakere og målinger med vektornettverksanalysatorer.
Karakteristisk impedans for en koaksiallinje
Karakteristisk impedans bestemmes av forholdet mellom den ytre lederens indre diameter og den indre lederens ytre diameter, sammen med dielektrikumets relative permittivitet. For en ikke-magnetisk koaksiallinje:
Z0= (60 / √εr) ln(D/d) Ω
eller tilsvarende:
Z0= (138 / √εr) logg10(D/d) Ω
Her,Der den indre diameteren til den ytre lederen,der den ytre diameteren til den indre lederen, ogεrer dielektrikumets relative permittivitet. De to uttrykkene er ekvivalente fordi de bruker forskjellige logaritmebaser.
De fleste RF- og mikrobølgesystemer bruker 50 Ω fordi det gir en nyttig balanse mellom effekthåndtering og demping. Et 75 Ω-system er vanlig i video-, kringkastings- og noen kommunikasjonsapplikasjoner. Å blande 50 Ω- og 75 Ω-komponenter skaper en impedansdiskontinuitet som øker refleksjoner og måleusikkerhet.
Hvorfor mikrobølgekoaksialkabel mister signal
Innsettingstapet øker normalt med både frekvens og kabellengde. Databladverdien bør kontrolleres ved den faktiske driftsfrekvensen og konverteres til den installerte lengden i stedet for å behandles som et fast tall.
Ledertap
Ved mikrobølgefrekvenser konsentrerer skinneffekten strømmen nær lederoverflatene. Effektiv motstand øker når frekvensen øker, så ledermateriale, platingkvalitet, overflatefinish og lederdiameter påvirker alle dempningen.
Dielektrisk tap
Dielektriske materialer absorberer deler av den elektromagnetiske energien. Tapsfaktoren, temperaturen, fuktighetseksponeringen og driftsfrekvensen påvirker resultatet. Dielektriske materialer med lavt tap velges ofte for lange løp og presisjonsmålebaner.
Feilkobling og tap av kontakt
Overganger mellom kabel og kontakt, adaptere, skadede grensesnitt, dårlig montering og feil moment kan føre til refleksjoner. Returtap eller VSWR bør evalueres over hele driftsbåndet, inkludert hver kontakt og overgang i signalveien.
Bøying og installasjonseffekter
Skarpe bøyer kan deformere koaksialgeometrien og endre impedansen. Gjentatt bøyning kan også endre innsettingstap og fase. Følg kabelprodusentens statiske og dynamiske bøyeradiusgrenser og sørg for strekkavlastning i nærheten av kontakter.
Slik velger du en koaksiallinje for mikrobølgeovn
Start med hele den installerte signalveien, ikke bare kabelen. Følgende kontroller bidrar til å forhindre unngåelig tap, feilmatching, overoppheting og mekanisk feil.
- Bekreft frekvensområdet.Kontroller at kabelen, kontaktene, adapterne og testdataene dekker den høyeste driftsfrekvensen.
- Tilpass systemimpedansen.Bruk samme nominelle impedans gjennom hele banen med mindre det er brukt et bevisst impedansomformende nettverk.
- Beregn totalt innsettingstap.Kombiner kabeltapet ved driftsfrekvensen med tap fra kontakt, adapter og overgang. Inkluder margin for temperatur og aldring der det er aktuelt.
- Sjekk effekthåndteringen.Gjennomgå gjennomsnittseffekt, toppeffekt, VSWR, omgivelsestemperatur, høyde over havet, kontaktens nominelle kapasitet og driftssyklus. Høyt misforhold kan skape lokal spennings- eller strømbelastning.
- Definer fasekrav.For koherente eller fasetilpassede systemer, spesifiser fasestabilitet kontra temperatur og bøyning samt amplitudetap.
- Velg kompatible kontakter.Kontaktserier har forskjellige grenser for frekvens, effekt, paringssyklus og mekaniske forhold. Unngå unødvendige adaptere og kontroller grensesnittets tilstand før bruk.
- Gjennomgå ruting og miljø.Vurder bøyeradius, bevegelse, vibrasjon, fuktighet, kjemikalier, temperaturområde, skjerming og krav til flamme eller lav røykutvikling.
- Planverifisering.For kritiske sammenstillinger, mål innsettingstap og returtap etter installasjon. Fasetilpassede systemer kan også kreve verifisering av elektrisk lengde.
Koaksiallinje eller bølgeleder?
Koaksialkabel er kompakt, skjermet og enkel å rute, noe som gjør den praktisk for mange RF- og lavere mikrobølgeforbindelser. Etter hvert som frekvens, effekt eller tillatt tap blir mer krevende, kan bølgeleder tilby lavere transmisjonstap og høyere effektkapasitet, selv om den er større og mindre fleksibel.
Mange systemer bruker begge teknologiene. En riktig valgtbølgeleder-til-koaksialadapteroverfører energi mellom den koaksiale TEM-modusen og den nødvendige bølgeledermodusen samtidig som den kontrollerer feilmatch. For hensyn til overgangsdesign, se vårVeiledning for valg av bølgeleder-til-koaksialadapter.
Typiske bruksområder
- Vektornettverksanalysator og spektrumanalysatortilkoblinger
- Oppsett for antennemåling og kalibrering
- Radar-, satellitt- og trådløst kommunikasjonsutstyr
- Signalgeneratorer, forsterkere, mottakere og frekvensomformere
- Interne sammenkoblinger i mikrobølgemoduler og testarmaturer
- Overganger mellom koaksialutstyrsporter og bølgelederkomponenter
Ofte stilte spørsmål
Har koaksialkabel en grensefrekvens?
Den dominerende TEM-modusen har ingen teoretisk lavere grensefrekvens. Imidlertid har alle reelle kabelenheter en maksimal anbefalt frekvens fordi høyereordens moduser, kontaktgeometri, tap og produksjonstoleranser til slutt begrenser brukbar ytelse.
Hvorfor er 50 Ω vanlig i mikrobølgesystemer?
Femti ohm er mye brukt fordi det gir et praktisk kompromiss mellom lav demping og effekthåndtering. Det er også standardimpedansen for mesteparten av RF-testutstyr og mange mikrobølgekomponenter.
Kan man kompensere for en lengre kabel ved å bruke en kilde med høyere effekt?
Ekstra strøm fra kilden kan gjenopprette mottatt nivå i noen systemer, men det fjerner ikke kabeloppvarming, støytallspåvirkning, fasevariasjon, avvik eller effektgrenser. Å redusere tap av støydistanse er vanligvis den mest pålitelige tekniske tilnærmingen.
Hva bør testes etter installasjon?
Som et minimum, sjekk innsettingstap og returtap over driftsbåndet. Presisjonssystemer kan også kreve fase-, gruppeforsinkelses-, tidsdomene-diskontinuitets-, skjermings- eller passive intermodulasjonsmålinger.
For hjelp med å velge en overgang fra bølgeleder til koaksial eller integrere koaksial- og bølgelederseksjoner i et mikrobølgesystem,kontakt RF MISOmed det nødvendige frekvensbåndet, grensesnittet, effektnivået og de mekaniske begrensningene.
Publisert: 15. desember 2023
