EN
Co způsobuje ztrátu signálu u koaxiálních kabelů?
Ztráty v dielektriku a vodiči: rozptýlení energie ve středu kabelu a izolaci
Když signály procházejí koaxiálními kabely, začínají ztrácet sílu kvůli základním mechanismům ztráty energie. Hlavní vodič uvnitř kabelu skutečně ztrácí část výkonu tím, že se elektrony v kovové struktuře srážejí navzájem. Tento jev se zhoršuje při vyšších frekvencích, kdy většina proudu protéká pouze v blízkosti vnější části vodiče, nikoli po celé jeho tloušťce. Současně také plastová izolace mezi vodiči hraje roli: část elektromagnetických vln, které jí procházejí, pohltí a přemění na teplo místo toho, aby je nechala dorazit do cíle. Tyto dva problémy společně obvykle způsobují přibližně tři čtvrtiny veškerého zeslabení signálu v běžných kabelových uspořádáních. Proto může u delších úseků koaxiálního kabelu někdy docházet ke slabšímu příjmu nebo k horší kvalitě spojení.
Frekvenčně závislé útlumy: Proč vyšší RF frekvence zvyšují útlum v koaxiálních kabelech
Množství ztráty signálu výrazně roste se zvyšující se frekvencí kvůli chování elektromagnetických vln. Při frekvencích nad 100 MHz dochází u koaxiálního kabelu typu RG-6 přibližně při každém zdvojnásobení frekvence ke zvýšení ztráty signálu o 30 %. Toto je způsobeno zejména tím, že elektrony mají tendenci se pohybovat blíže povrchu vodiče (jev známý jako „skin effect“ – povrchový jev) a izolační materiál silněji reaguje na měnící se elektrická pole. Například u standardního 30metrového (100 stopového) úseku kabelu RG-6 činí ztráta signálu přibližně 6,5 dB při frekvenci 1 GHz, zatímco při frekvenci 50 MHz činí pouze přibližně 1,2 dB. Vzhledem k těmto rozdílům je výběr vhodného kabelu zásadně důležitý při práci s moderními vysokorychlostními sítěmi, jako jsou instalace 5G nebo internetové služby podle standardu DOCSIS 3.1, kde i malé ztráty mohou významně ovlivnit celkový výkon.
Nesoulad impedancí a odrazy: Jak poměr stojaté vlny (VSWR) narušuje integritu signálu v koaxiálním kabelu
Nesoulad mezi impedancí koaxiálního kabelu (obvykle přibližně 50 nebo 75 ohmů) a zařízením připojeným na jeho koncích způsobuje ty otravné odrazy signálu, které všichni nesnášíme. Co se děje dále? Tyto odrazivé signály ruší hlavní signál procházející kabelem, čímž vznikají stojaté vlnové vzory, jež technici měří pomocí veličiny nazývané poměr stojatých vln napětí (zkráceně VSWR). Jakmile tento poměr překročí přibližně 1,5:1, začínají se problémy rychle zhoršovat. Kvalita signálu klesne přibližně o 3 decibely a zařízení se občas může začít chovat nepatřičně. Proč k tomu dochází? Mezi nejčastější příčiny patří konektory, které nebyly při instalaci správně opláštěny (stlačeny), připojení, která se v průběhu času začala rezivět nebo korodovat, a kabely, které byly někde po své trase příliš ostrým zakřivením poškozeny. Nejhorší je však to, že tyto odrazy nezůstávají pasivní. Ve skutečnosti zhoršují běžné ztráty v kabelu, takže místo plného přenosu výkonu může systém přenášet pouze přibližně 60 % výkonu, který by měl přenést při dokonalém impedančním přizpůsobení.
Fyzické a instalační faktory, které zvyšují útlum koaxiálního kabelu
Délka kabelu a útlum: Výpočet útlumu v dB na stopu pro běžné typy koaxiálních kabelů
Útlum signálu roste přímo úměrně s délkou kabelu kvůli odporu vodičů a dielektrickému pohlcování. Delší trasy zesilují ztrátu energie, přičemž RF signály se mění na teplo. Například:
- RG-6 ztrácí přibližně 0,25 dB/stopa při 750 MHz
- LMR-400 udržuje 0,11 dB/stopa při 1 GHz
Tento exponenciální vztah vyžaduje přesné výpočty ještě před instalací – vždy se řiďte výrobcem poskytnutými grafy útlumu pro vámi zamýšlené frekvenční pásmo.
Ohýbání, stlačení a poškození stínění: Neviditelné hrozby pro výkon koaxiálního kabelu
Mechanické namáhání během instalace snižuje výkon způsoby, které jsou často opomíjeny:
- Ostré zatáčky překročení minimálního poloměru ohybu deformuje geometrii dielektrika a zvyšuje nesoulad impedancí
- Stlačená stínící vrstva sníží odolnost proti rušení až o 40 %
-
Zkroucené vodiče vytvářejí místní body odrazu
Vniknutí vlhkosti poškozenou pláštěnou vrstvou urychluje oxidaci a zvyšuje odpor vodičů. Mezi osvědčené postupy patří dodržování poloměru ohybu většího než 10× průměr kabelu a vyhýbání se torznímu namáhání při pokládání.
Ověřené strategie minimalizace ztrát signálu v koaxiálních kabelových systémech
Výběr koaxiálního kabelu s nízkými ztrátami: měď vs. CCA, pěnové vs. tuhé dielektrikum a účinnost stínění
Výběr správné koaxiální kabelové sady se v podstatě svádí na nalezení ideální rovnováhy mezi vodivostí, druhem použitého dielektrika a účinností stínění. Pokud jde o vodiče, plný měď je oproti hliníku potaženému mědí (CCA) zdaleka lepší z hlediska ztráty signálu. Hovoříme o přibližně 20 až 30 procentním snížení útlumu, protože čistý měd má lepší vodivost napříč celou svou strukturou. Velký rozdíl dělá také dielektrikum vyplněné pěnou. To může snížit ty nepříjemné kapacitní ztráty až o 40 % ve srovnání s běžným plným polyetylénem, neboť elektrony se uvnitř izolace méně rozptylují. Pokud je znepokojivé elektromagnetické rušení, jsou nejvhodnější konstrukce s čtverným stíněním (quad shield), které kombinují několik vrstev hliníkové fólie a pleteného stínění. Tyto kabely udržují únik signálu pod 1 %, čímž se stávají téměř standardním vybavením pro náročné aplikace v oblasti rádiových frekvencí (RF). A nezapomeňte ani na stabilitu impedance. Kvalitní kabely udržují impedanci v toleranci ±2 ohmy napříč různými frekvencemi, což znamená, že signály zůstávají čisté a konzistentní bez ohledu na to, na jaké pásmo jsou nastaveny.
Přesné ukončení a výběr konektorů: Odstraňování nesouladů impedance a koroze v koaxiálních kabelových spojích
Správný výběr konektorů eliminuje většinu těch otravných odrazů impedancí, které narušují měření VSWR. Konektory typu komprese udržují přesné uložení s tolerancí asi půl milimetru, pokud jsou správně nainstalovány, čímž pomáhají udržet důležitou impedanci 50 nebo 75 ohmů napříč celým spojem. Zlaté povrchové úpravy kontaktů jsou také zásadní, protože brání oxidaci – problému, který je zvláště výrazný ve vlhkých prostředích, kde podle některých studií odpor ročně stoupá o 15 až 20 procent. U instalací v náročných podmínkách nebo venku je vhodné zvolit konektory ze nerezové oceli se těsněním s ochranou IP68, protože tyto konektory zabrání proniknutí vody dovnitř – což je jednou z hlavních příčin frustrujících přerušovaných poruch, které všichni nesnášíme. Než dokončíte jakýkoli projekt, vyplatí se zkontrolovat kvalitu ukončení pomocí zařízení pro testování časového průběhu odrazu (TDR). Tato metoda detekuje mikroskopické vady na úrovni mikrometrů, které by jinak mohly později, po trvalém nasazení celého systému, vést k výraznějším problémům.
