EN
Какви са причините за загуба на сигнал в коаксиален кабел?
Диелектрични и проводникови загуби: разсейване на енергията в сърцевината и изолацията на кабела
Когато сигнали се предават през коаксиални кабели, те започват да губят мощност поради основните механизми на загуба на енергия. Основният проводник вътре в кабела действително губи част от мощността, тъй като електроните се сблъскват помежду си в металната структура. Това се усилва при по-високи честоти, когато повечето от тока протича само близо до външната част на проводника, а не през цялата му дебелина. Едновременно с това и пластмасовата изолация между проводниците играе роля: тя поглъща част от електромагнитните вълни, преминаващи през нея, и ги преобразува в топлина вместо да им позволи да достигнат до целта си. Тези два проблема заедно обикновено причиняват около три четвърти от всички загуби на сигнал в обичайните кабелни конфигурации. Затова при по-дълги участъци коаксиален кабел понякога се наблюдава по-слабо приемане или връзка с по-ниско качество.
Честотно-зависимо затихване: Защо по-високите ВЧ честоти увеличават загубите в коаксиалните кабели
Степента на загуба на сигнала рязко нараства с повишаване на честотата поради поведението на електромагнитните вълни. При честоти над 100 MHz всяко удвояване на честотата води до приблизително 30 % увеличение на загубата на сигнал през кабели тип RG-6. Това се дължи предимно на това, че електроните имат тенденция да се движат по-близо до повърхността (ефект на повърхностното протичане) и изолационният материал реагира по-силно на променящите се електрични полета. Например стандартен отрязък RG-6 кабел с дължина 100 фута губи около 6,5 dB от силата на сигнала при 1 GHz, докато при 50 MHz загубата е само около 1,2 dB. Предвид тези разлики изборът на подходящия кабел става изключително важен при работа с модерни високоскоростни мрежи, като инсталациите за 5G или интернет услуги по DOCSIS 3.1, където дори незначителните загуби могат да окажат съществено влияние върху производителността.
Несъответствие по импеданс и отражения: Как VSWR подкопава цялостта на сигнала в коаксиални кабели
Несъответствие между импеданса на коаксиалния кабел (обикновено около 50 или 75 ома) и импеданса на устройствата, свързани към двата му края, води до онези досадни отражения на сигнала, които всички ненавиждаме. Какво се случва по-нататък? Тези отразени сигнали пречат на основния сигнал, който минава през кабела, и създават стоящи вълнови образци, които инженерите измерват с помощта на така наречения „Коефициент на стояща вълна по напрежение“ (VSWR). Когато този коефициент надвиши приблизително 1,5:1, нещата започват бързо да се влошават. Качеството на сигнала намалява с около 3 децибела, а оборудването може периодично да престане да работи правилно. Защо се случва това? Има няколко обичайни причини: конектори, които не са били правилно опресовани по време на монтажа; връзки, които са започнали да ръждясват или корозират с течение на времето; и кабели, които са били прекалено рязко извити някъде по дължината си. Най-лошото е, че тези отражения не просто „стоят“ тихо — те всъщност усилват нормалните загуби в кабела, поради което вместо пълна предавателна мощност системите могат да предават само около 60 % от очакваната мощност, когато всичко е правилно съгласувано.
Физически и инсталационни фактори, които усилват загубата в коаксиален кабел
Дължина на кабела и затихване: Изчисляване на загубата в dB на фут за често използваните типове коаксиални кабели
Затихването на сигнала нараства директно пропорционално с дължината на кабела поради съпротивлението на проводниците и диелектричното поглъщане. По-дългите трасета усилват загубата на енергия, като преобразуват ВЧ сигнали в топлина. Например:
- RG-6 губи приблизително 0,25 dB/фут при 750 MHz
- LMR-400 поддържа 0,11 dB/фут при 1 GHz
Тази експоненциална зависимост изисква точни изчисления преди инсталацията – винаги се консултирайте с графиките на производителя за затихване за целевия честотен диапазон.
Извиване, притискане и повреди на екранирането: невидими заплахи за работата на коаксиалния кабел
Физическото напрежение по време на инсталацията намалява производителността по начини, които често се пренебрегват:
- Остри завои нарушаването на минималния радиус на завиване деформира диелектричната геометрия, което увеличава несъответствието по импеданс
- Компресирана екранираща обвивка намалява способността за отхвърляне на интерференции до 40 %
-
Извити проводници създават локални точки на отражение
Проникването на влага през повредена обвивка ускорява окислението и повишава съпротивлението на проводниците. Най-добрите практики включват поддържане на радиус на завиване, по-голям от 10× диаметъра на кабела, и избягване на усукване по време на монтаж.
Доказани стратегии за минимизиране на загубата на сигнал в коаксиални кабелни системи
Избор на коаксиален кабел с ниски загуби: мед срещу медно-алуминиев сплав (CCA), фоам-диелектрик срещу твърд диелектрик и ефективност на екранирането
Изборът на подходящ коаксиален кабел всъщност се свежда до намирането на оптималния баланс между електропроводимостта му, вида използван диелектричен материал и ефективността на екранирането. При разглеждане на проводниците медният жицест проводник значително надвишава медно-алуминиевия (CCA) по отношение на загубата на сигнал. Става дума за около 20–30 % по-ниско затихване, тъй като чистата мед има по-добра проводимост през цялата си структура. Пенопластовите диелектрици също правят голяма разлика — те могат да намалят капацитивните загуби с до 40 % спрямо обикновения твърд полиетилен, тъй като не позволяват на електроните толкова силно да се отразяват вътре в изолацията. Ако електромагнитните смущения представляват проблем, конструкцията с четворно екраниране (quad shield), която включва множество слоеве алуминиева фолио и плетено екраниране, е най-подходящият избор. Такива кабели ограничават изтичането на сигнал под 1 %, което ги прави почти стандартно оборудване в сериозни ВЧ приложения. Не забравяйте и за стабилността на импеданса: качествените кабели запазват импеданса си в рамките на ±2 ома при различни честоти, което означава, че сигналите остават чисти и последователни независимо от работната честотна лента.
Точна терминация и избор на конектори: Елиминиране на прекъсванията в импеданса и корозията в коаксиалните кабелни връзки
Правилният избор на конектори предотвратява повечето от тези досадни отражения на импеданса, които засягат показанията на КСВР. Конекторите с компресионен тип осигуряват плътно съединение с точност около половин милиметър при правилна инсталация, което помага за поддържане на важния импеданс от 50 или 75 ома по цялата дължина на връзката. Златното покритие на контактните повърхности също е от решаващо значение, тъй като предотвратява окисляването — особено сериозен проблем във влажни райони, където съпротивлението може да нараства с около 15–20 % годишно според някои проучвания. За инсталации в сурови условия или на открито е разумно да се използват конектори от неръждаема стомана с уплътнения, сертифицирани по IP68, тъй като те предотвратяват проникването на вода — една от основните причини за честите и досадни прекъсвания, които всички ненавиждаме. Преди завършване на всеки проект е целесъобразно да се провери качеството на завършването на кабелите с помощта на TDR-устройства за тестване. Те откриват микроскопични дефекти с точност до микрометър, които в противен случай могат да доведат до значителни проблеми по-късно, след окончателното внедряване на системата.
