E linee coaxiali à microonde portanu energia RF trà antenne, strumenti di prova, trasmettitori, ricevitori è altri cumpunenti à microonde.A so custruzzione cuncentrica furnisce una via di trasmissione cuntrullata è una schermatura forte, ma e prestazioni dipendenu da assai più cà u diametru di u cavu o u tipu di connettore. A frequenza, l'impedenza caratteristica, l'attenuazione, a gestione di a putenza, a stabilità di fase, u raghju di curvatura è a qualità di ogni transizione influenzanu tutti u risultatu finale.
Questa guida spiega cumu funziona u cavu coassiale à microonde, e principali custruzzioni di i cavi, l'equazione di l'impedenza, e cause di a perdita RF è i cuntrolli pratichi chì l'ingegneri devenu fà prima di sceglie una suluzione coassiale.
Chì ghjè una linea coassiale à microonde?
Una linea di trasmissione cuassiale hè custituita da un cunduttore internu circundatu da un dielettricu è un cunduttore esternu cilindricu. Siccomu i dui cunduttori spartenu u listessu asse, u campu elettricu hè cuncintratu principalmente in u dielettricu mentre chì u cunduttore esternu furnisce u percorsu di ritornu è a schermatura elettromagnetica.
U modu di propagazione dominante hè elettromagneticu trasversale, o TEM. In una linea coassiale ideale, a propagazione TEM ùn hà micca una frequenza di taglio più bassa. I veri assemblaggi anu sempre una frequenza utilizabile superiore perchè e dimensioni di u cavu, u cumpurtamentu dielettricu, a geometria di u connettore è i modi d'ordine superiore limitanu e prestazioni. Un cavu specificatu per u serviziu RF di frequenza più bassa ùn deve dunque micca esse presuntu chì funziona bè à frequenze di microonde o d'onde millimetriche.
Elementi principali di custruzzione
- Cunduttore internu:porta a corrente diretta è pò esse solidu, incagliatu, placcatu o cavu secondu a flessibilità, a perdita è i requisiti di putenza.
- Dielettricu:mantene a spaziatura è determina gran parte di l'impedenza, u fattore di velocità, u cumpurtamentu di a temperatura è a perdita dielettrica.
- Cunduttore esternu:furnisce u percorsu di ritornu è a schermatura. Pò esse intrecciatu, avvoltu in foglia d'aluminiu, ondulatu, o un tubu metallicu solidu.
- Giacca di prutezzione:prutege u cavu flessibile da l'abrasione, l'umidità, i prudutti chimichi è i danni da a manipulazione.
Tipi cumuni di cavi coassiali à microonde
Nisuna custruzzione hè a megliu per ogni sistema à microonde. A scelta curretta dipende da e prestazioni elettriche, u metudu d'installazione, u muvimentu, l'ambiente è u costu.
Cavu coassiale flessibile
U cavu flessibile usa nurmalmente un cunduttore centrale intrecciatu o flessibile cù una schermatura intrecciata o in foglia. Hè cunveniente per e installazioni di laburatoriu, l'interconnessioni di l'apparecchiature è l'installazioni chì richiedenu un routing ripetutu. I so compromessi ponu include una maggiore attenuazione, una minore efficacia di schermatura è un cambiamentu di fase più grande cù a flessione rispetto à e custruzioni rigide.
Cavu coassiale semirigidu
U cavu semirigidu usa un cunduttore esternu solidu, cumunamente furmatu in una strada permanente. Offre una schermatura eccellente, una impedenza prevedibile è una bona stabilità di fase. Hè largamente adupratu in l'assemblaggi à microonde, ma l'installazione richiede l'arnesi di furmazione curretti è u rispettu di u raghju di curvatura minimu specificatu.
Cavu furmabile à manu o cunfurmabile
U cavu furmabile à manu furnisce una via d'intermedia pratica. Pò esse instradatu più facilmente chè u cavu semi-rigidu pur mantenendu una schermatura è una stabilità di forma megliu cà parechji cavi flessibili. E prestazioni devenu ancu esse verificate dopu a furmazione perchè e pieghe strette è a tensione di u connettore ponu cambià a perdita di ritornu.
Linea coassiale rigida è dielettrica à l'aria
A linea coassiale rigida usa cunduttori solidi è pò aduprà aria o supporti dielettrici à bassa perdita. Hè adatta per a trasmissione à bassa perdita o à putenza più alta induve a dimensione è a cumplessità di l'installazione sò accettabili. I sistemi di trasmissione, radar è di prova ponu aduprà sezioni rigide quandu a perdita di cavi flessibili seria eccessiva.
Cavu à doppia schermatura è stabile in fase
Una schermatura supplementaria pò riduce e perdite è a suscettibilità à l'interferenze elettromagnetiche. E custruzzioni stabili in fase sò cuncepite per limità i cambiamenti di lunghezza elettrica causati da a temperatura, a flessione o l'invecchiamento. Queste caratteristiche sò impurtanti in i phased arrays, i percorsi di calibrazione, i ricevitori coerenti è e misurazioni di l'analizzatori di rete vettoriali.
Impedenza caratteristica di una linea coassiale
L'impedenza caratteristica hè determinata da u rapportu trà u diametru internu di u cunduttore esternu è u diametru esternu di u cunduttore internu, inseme cù a permittività relativa di u dielettricu. Per una linea coassiale non magnetica:
Z0= (60 / √εr) ln(D/d) Ω
o equivalentemente:
Z0= (138 / √εr) log10(D/d) Ω
Quì,Dhè u diametru internu di u cunduttore esternu,dhè u diametru esternu di u cunduttore internu, èεrhè a permittività relativa di u dielettricu. E duie espressioni sò equivalenti perchè utilizanu basi logaritmiche diverse.
A maiò parte di i sistemi RF è à microonde utilizanu 50 Ω perchè furnisce un equilibriu utile trà a gestione di a putenza è l'attenuazione. Un sistema di 75 Ω hè cumunu in l'applicazioni video, di trasmissione è di cumunicazione. A mistura di cumpunenti di 50 Ω è 75 Ω crea una discontinuità d'impedenza chì aumenta e riflessioni è l'incertezza di misurazione.
Perchè u cavu coassiale à microonde perde u segnale
A perdita d'inserzione aumenta nurmalmente cù a frequenza è a lunghezza di u cavu. U valore di a scheda tecnica deve esse verificatu à a frequenza operativa attuale è cunvertitu à a lunghezza installata invece di esse trattatu cum'è un numeru fissu.
Perdita di cunduttore
À e frequenze di e microonde, l'effettu pelle cuncentra a corrente vicinu à e superfici di i cunduttori. A resistenza efficace aumenta cù l'aumentu di a frequenza, dunque u materiale di u cunduttore, a qualità di a placcatura, a finitura superficiale è u diametru di u cunduttore influenzanu tutti l'attenuazione.
Perdita dielettrica
U dielettricu assorbe una parte di l'energia elettromagnetica. A so tangente di perdita, a temperatura, l'esposizione à l'umidità è a frequenza di funziunamentu influenzanu u risultatu. I materiali dielettrici à bassa perdita sò spessu scelti per lunghe distanze è percorsi di misurazione di precisione.
Disallineamentu è perdita di cunnettore
E transizioni da u cavu à u cunnettore, l'adattatori, l'interfacce danneggiate, u cattivu assemblaggio è a coppia incorretta ponu introduce riflessioni. A perdita di ritornu o VSWR deve esse valutata in tutta a banda operativa, cumpresu ogni cunnettore è transizione in u percorsu di u signale.
Effetti di piegatura è installazione
E pieghe strette ponu deformà a geometria coassiale è cambià l'impedenza. A flessione ripetuta pò ancu alterà a perdita d'inserzione è a fase. Segui i limiti di raghju di curvatura staticu è dinamicu di u fabricatore di cavi è furnisce un sollievu di tensione vicinu à i connettori.
Cumu sceglie una linea coassiale à microonde
Cuminciate cù u percorsu di signale installatu cumpletu, micca solu cù u cavu. I cuntrolli seguenti aiutanu à prevene perdite evitabili, discrepanze, surriscaldamentu è guasti meccanichi.
- Cunfirmà a gamma di frequenza.Verificate chì u cavu, i connettori, l'adattatori è i dati di prova coprenu tutti a frequenza operativa più alta.
- Currisponde à l'impedenza di u sistema.Aduprate a listessa impedenza nominale in tuttu u percorsu, à menu chì ùn sia prevista una rete di trasfurmazione d'impedenza deliberata.
- Calcula a perdita d'inserzione tutale.Cumbinate a perdita di u cavu à a frequenza operativa cù e perdite di u connettore, di l'adattatore è di a transizione. Includite u margine per a temperatura è l'invecchiamentu induve hè apprupriatu.
- Verificate a gestione di a putenza.Verificate a putenza media, a putenza di piccu, u VSWR, a temperatura ambiente, l'altitudine, a classificazione di u connettore è u ciclu di travagliu. Una discrepanza elevata pò creà stress lucale di tensione o di corrente.
- Definisce i requisiti di fase.Per i sistemi coerenti o di fase adattata, specificate a stabilità di fase in funzione di a temperatura è di a flessione, è ancu di a perdita d'ampiezza.
- Sceglite cunnettori cumpatibili.E serie di cunnettori anu limiti di frequenza, putenza, ciclu d'accoppiamentu è meccanichi diversi. Evitate adattatori inutili è verificate a cundizione di l'interfaccia prima di l'usu.
- Revisione di u routing è di l'ambiente.Cunsiderate u raghju di curvatura, u muvimentu, e vibrazioni, l'umidità, i prudutti chimichi, a gamma di temperatura, a schermatura è i requisiti di fiamma o di fumu bassu.
- Verificazione di u pianu.Per l'assemblaggi critichi, misurate a perdita d'inserzione è a perdita di ritornu dopu l'installazione. I sistemi cù currispundenza di fase ponu ancu richiede una verificazione di a lunghezza elettrica.
Linea coassiale o guida d'onda?
U cavu coassiale hè compactu, schermatu è faciule da fà percorre, ciò chì u rende praticu per parechje interconnessioni RF è à microonde inferiori. À misura chì a frequenza, a putenza o a perdita ammissibile diventanu più esigenti, a guida d'onda pò offre una perdita di trasmissione più bassa è una capacità di putenza più alta, ancu s'ella hè più grande è menu flessibile.
Parechji sistemi utilizanu e duie tecnulugie. Una scelta currettaadattatore da guida d'onda à coassialetrasferisce l'energia trà u modu TEM coassiale è u modu di guida d'onda necessariu mentre cuntrolla a discrepanza. Per e cunsiderazioni di cuncepimentu di transizione, vede u nostruGuida di selezzione di l'adattatore da guida d'onda à coassiale.
Applicazioni tipiche
- Cunnessione di l'analizzatore di rete vettoriale è di l'analizzatore di spettru
- Cunfigurazioni di misurazione è calibrazione di l'antenna
- Apparecchiature di cumunicazione radar, satellitari è senza filu
- Generatori di signali, amplificatori, ricevitori è convertitori di frequenza
- Interconnessioni interne in moduli à microonde è dispositivi di prova
- Transizioni trà i porti di l'equipaggiu coaxiale è i cumpunenti di guida d'onda
Dumande Frequenti
U cavu coassiale hà una frequenza di taglio?
U modu TEM dominante ùn hà micca una frequenza di taglio teorica più bassa. Tuttavia, ogni assemblaggio di cavi reale hà una frequenza massima raccomandata perchè i modi di ordine superiore, a geometria di u connettore, a perdita è e tolleranze di fabricazione limitanu eventualmente e prestazioni utilizabili.
Perchè 50 Ω hè cumunu in i sistemi à microonde?
Cinquanta ohm hè largamente adupratu perchè furnisce un compromisu praticu trà una bassa attenuazione è a gestione di a putenza. Hè ancu l'impedenza standard per a maiò parte di l'apparecchiature di prova RF è parechji cumpunenti à microonde.
Un cavu più longu pò esse cumpensatu aduprendu una fonte di putenza più alta?
Una fonte supplementaria di putenza pò restaurà u livellu ricevutu in certi sistemi, ma ùn elimina micca u riscaldamentu di u cavu, l'impattu di a figura di rumore, a variazione di fase, a discrepanza o i limiti di putenza nominale. A riduzione di a perdita di percorsu hè di solitu l'approcciu ingegneristicu più affidabile.
Chì deve esse pruvatu dopu l'installazione?
À u minimu, verificate a perdita d'inserzione è a perdita di ritornu in tutta a banda operativa. I sistemi di precisione ponu ancu richiede misure di fase, ritardu di gruppu, discontinuità di u duminiu di u tempu, schermatura o intermodulazione passiva.
Per aiutu à a selezzione di una transizione da guida d'onda à coassiale o à l'integrazione di sezioni coassiali è di guida d'onda in un sistema à microonde,cuntattate RF MISOcù a banda di frequenza, l'interfaccia, u livellu di putenza è i vincoli meccanichi richiesti.
Data di publicazione: 15 dicembre 2023
