कोएक्सियल केबल के साथ सिग्नल हानि को कैसे कम करें?

कोएक्सियल केबल में सिग्नल हानि के क्या कारण हैं?

डाइइलेक्ट्रिक और चालक हानि: केबल के कोर और विद्युतरोधी आवरण में ऊर्जा का क्षय

जब सिग्नल कोएक्सियल केबलों के माध्यम से प्रवाहित होते हैं, तो वे मूल ऊर्जा ह्रास के तंत्रों के कारण अपनी शक्ति खोने लगते हैं। केबल के भीतर का मुख्य तार वास्तव में धातु की संरचना में इलेक्ट्रॉनों के एक-दूसरे से टकराने के कारण कुछ शक्ति खो देता है। यह उच्च आवृत्तियों पर और अधिक गंभीर हो जाता है, जब अधिकांश धारा चालक के बाहरी भाग के निकट ही प्रवाहित होती है, न कि उसकी पूरी मोटाई में। इसी समय, चालकों के बीच का प्लास्टिक का विद्युतरोधी आवरण भी एक भूमिका निभाता है। यह गुजरने वाली विद्युतचुम्बकीय तरंगों में से कुछ को अवशोषित कर लेता है और उन्हें गंतव्य तक पहुँचने के बजाय ऊष्मा में परिवर्तित कर देता है। ये दोनों समस्याएँ मिलकर सामान्य केबल व्यवस्थाओं में सिग्नल के कुल दुर्बल होने का लगभग तीन चौथाई हिस्सा कारण बनती हैं। इसीलिए कोएक्सियल केबल की लंबी लंबाई के कारण कभी-कभी रिसेप्शन कमजोर हो जाता है या कनेक्शन की गुणवत्ता कम हो जाती है।

आवृत्ति-निर्भर क्षीणन: उच्च आरएफ आवृत्तियों के कारण कोएक्सियल केबल में हानि क्यों बढ़ जाती है

सिग्नल के नुकसान की मात्रा विद्युत चुम्बकीय तरंगों के व्यवहार के कारण आवृत्तियाँ बढ़ने के साथ-साथ काफी अधिक हो जाती है। जब हम 100 MHz से ऊपर की आवृत्तियों पर विचार करते हैं, तो प्रत्येक बार जब आवृत्ति दोगुनी होती है, तो RG-6 केबल के माध्यम से सिग्नल के नुकसान में लगभग 30% की वृद्धि होती है। यह मुख्य रूप से इसलिए होता है क्योंकि इलेक्ट्रॉन तल के निकट (स्किन प्रभाव) यात्रा करने की प्रवृत्ति रखते हैं और विद्युत क्षेत्र में परिवर्तन के प्रति विद्युतरोधी सामग्री अधिक प्रबलता से प्रतिक्रिया करती है। उदाहरण के लिए, RG-6 केबल की एक मानक 100 फुट लंबाई लें। 1 GHz पर यह लगभग 6.5 dB सिग्नल शक्ति का नुकसान करती है, जबकि 50 MHz पर यह केवल लगभग 1.2 dB की कमी करती है। इन अंतरों को देखते हुए, आधुनिक उच्च गति वाले नेटवर्क्स—जैसे 5G स्थापनाओं या DOCSIS 3.1 इंटरनेट सेवाओं—के साथ काम करते समय सही केबल का चयन करना वास्तव में महत्वपूर्ण हो जाता है, क्योंकि यहाँ तक कि छोटे से छोटे नुकसान भी प्रदर्शन को काफी प्रभावित कर सकते हैं।

प्रतिबाधा असंगति और परावर्तन: कोएक्सियल केबल में VSWR कैसे सिग्नल अखंडता को कमजोर करता है

कोएक्सियल केबल की प्रतिबाधा (आमतौर पर लगभग 50 ओम या 75 ओम) और उसके दोनों सिरों पर जुड़े घटकों के बीच का असंगति कारण वे छोटे-छोटे सिग्नल प्रतिबिंब उत्पन्न होते हैं, जिनसे सभी को परेशानी होती है। इसके बाद क्या होता है? ये प्रतिबिंबित सिग्नल मुख्य सिग्नल के मार्ग में आ जाते हैं, जिससे खड़ी तरंगों के पैटर्न बनते हैं, जिन्हें इंजीनियर वोल्टेज स्टैंडिंग वेव रेशियो (VSWR) कहे जाने वाले मापदंड का उपयोग करके मापते हैं। जब यह अनुपात लगभग 1.5:1 से अधिक हो जाता है, तो स्थिति तेजी से खराब होने लगती है। सिग्नल की गुणवत्ता लगभग 3 डेसीबल तक कम हो जाती है, और उपकरण कभी-कभार सही ढंग से काम करना बंद कर देते हैं। ऐसा क्यों होता है? इसके कई सामान्य कारण हो सकते हैं: स्थापना के दौरान गलत तरीके से क्रिम्प किए गए कनेक्टर, समय के साथ जंग लगने या क्षरण के कारण खराब हुए कनेक्शन, और केबल का किसी स्थान पर अत्यधिक तीव्र कोण पर मोड़ा जाना। सबसे खराब बात यह है कि ये प्रतिबिंब शांति से वहीं नहीं रहते हैं; वे केबल में सामान्य हानि को वास्तव में और बढ़ा देते हैं, इसलिए पूर्ण शक्ति संचरण के बजाय, जब सभी चीजें सही ढंग से मेल खाती हैं, तो प्रणालियाँ केवल लगभग 60% शक्ति ही स्थानांतरित कर पाती हैं।

भौतिक और स्थापना कारक जो कोएक्सियल केबल के नुकसान को बढ़ाते हैं

केबल की लंबाई और क्षीणन: सामान्य कोएक्सियल केबल प्रकारों के लिए प्रति फुट डीबी क्षीणन की गणना

चालक प्रतिरोध और पारद्युतिक अवशोषण के कारण सिग्नल क्षीणन सीधे केबल की लंबाई के साथ बढ़ता है। लंबी दूरियाँ ऊर्जा के नुकसान को बढ़ाती हैं, जिससे आरएफ सिग्नल ऊष्मा में परिवर्तित हो जाते हैं। उदाहरण के लिए:

• आरजी-6 की हानि लगभग 750 मेगाहर्ट्ज़ पर 0.25 डीबी/फुट
• एलएमआर-400 बनाए रखता है 1 गीगाहर्ट्ज़ पर 0.11 डीबी/फुट
  यह घातीय संबंध पूर्व-स्थापना गणनाओं की सटीकता की आवश्यकता रखता है—हमेशा अपनी लक्ष्य आवृत्ति सीमा के लिए निर्माता के क्षीणन चार्ट को संदर्भित करें।

मोड़ना, कुचलना और शील्डिंग क्षति: कोएक्सियल केबल के प्रदर्शन के लिए अदृश्य खतरे

स्थापना के दौरान भौतिक तनाव केबल के प्रदर्शन को ऐसे तरीकों से कम कर देता है जिन्हें अक्सर नज़रअंदाज़ कर दिया जाता है:

• तीव्र वक्र न्यूनतम वक्र त्रिज्या से अधिक मोड़ने पर डाइइलेक्ट्रिक की ज्यामिति विकृत हो जाती है, जिससे प्रतिबाधा अमेल बढ़ जाता है
• संपीड़ित शील्डिंग हस्तक्षेप अस्वीकरण को 40% तक कम कर देती है
• किंक वाले कंडक्टर स्थानीय प्रतिबिंब बिंदुओं का निर्माण करते हैं
  क्षतिग्रस्त जैकेटिंग के माध्यम से नमी प्रवेश करने से ऑक्सीकरण त्वरित हो जाता है, जिससे कंडक्टर प्रतिरोध बढ़ जाता है। सर्वोत्तम प्रथाओं में केबल व्यास के 10 गुना से अधिक वक्र त्रिज्या बनाए रखना और मार्गनिर्देश के दौरान टॉर्शन से बचना शामिल है।

कोएक्सियल केबल प्रणालियों में सिग्नल हानि को न्यूनतम करने के लिए सिद्ध रणनीतियाँ

कम हानि वाले कोएक्सियल केबल का चयन: तांबा बनाम सीसीए, फोम बनाम ठोस डाइइलेक्ट्रिक, और शील्डिंग प्रभावशीलता

सही कोएक्सियल केबल का चयन करना वास्तव में विद्युत के संचरण की गुणवत्ता, उपयोग किए गए पारद्युतिक (डाइइलेक्ट्रिक) सामग्री के प्रकार और शील्डिंग की गुणवत्ता के बीच सही संतुलन खोजने पर निर्भर करता है। चालकों की बात करें तो, सिग्नल के नुकसान के मामले में ठोस ताँबा (सॉलिड कॉपर), ताँबे से लेपित एल्युमीनियम (सीसीए) को स्पष्ट रूप से पछाड़ देता है। हम यहाँ लगभग २० से ३० प्रतिशत कम क्षीणन (एटेन्यूएशन) की बात कर रहे हैं, क्योंकि साधारण ताँबा अपनी पूरी संरचना के माध्यम से विद्युत का बेहतर संचरण करता है। फोम भरे पारद्युतिक सामग्री भी काफी महत्वपूर्ण अंतर लाते हैं। ये नियमित ठोस पॉलिएथिलीन की तुलना में वे अप्रिय धारिता (कैपेसिटेंस) हानियों को लगभग ४०% तक कम कर सकते हैं, क्योंकि ये इन्सुलेशन के अंदर इलेक्ट्रॉनों को इतना नहीं उछलने देते कि वे अनावश्यक रूप से घूम सकें। यदि विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप (ईएमआई) एक चिंता का विषय है, तो एल्युमीनियम फॉयल की कई परतों और ब्रेडेड शील्डिंग से युक्त क्वाड शील्ड डिज़ाइन ही सही विकल्प हैं। ये सिग्नल रिसाव को १% से भी कम रखते हैं, जिससे ये गंभीर आरएफ (रेडियो फ्रीक्वेंसी) अनुप्रयोगों में लगभग मानक उपकरण बन जाते हैं। और इम्पीडेंस स्थिरता को भूलना भी नहीं चाहिए। उच्च गुणवत्ता वाले केबल विभिन्न आवृत्तियों पर प्लस या माइनस २ ओम के भीतर अपना इम्पीडेंस बनाए रखते हैं, जिसका अर्थ है कि सिग्नल साफ़ और सुसंगत रहते हैं, चाहे वे किसी भी बैंड पर काम कर रहे हों।

परिशुद्ध समापन और कनेक्टर चयन: सह-अक्षीय केबल लिंक में प्रतिबाधा असंततियों और संक्षारण को दूर करना

कनेक्टर्स को सही तरीके से स्थापित करना उन अप्रिय प्रतिबाधा प्रतिबिंबों को रोकता है, जो VSWR मापनों को प्रभावित करते हैं। संपीड़न शैली के कनेक्टर्स उचित रूप से स्थापित किए जाने पर लगभग आधे मिलीमीटर के भीतर संपर्क को कसकर बनाए रखते हैं, जिससे संपर्कों के आर-पार 50 या 75 ओम की प्रतिबाधा बनाए रखने में सहायता मिलती है। संपर्क सतहों पर सोने की प्लेटिंग भी बहुत महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह ऑक्सीकरण की समस्याओं का मुकाबला करती है—विशेष रूप से आर्द्र क्षेत्रों में, जहाँ कुछ अध्ययनों के अनुसार प्रतिरोध प्रति वर्ष लगभग 15 से 20 प्रतिशत तक बढ़ जाता है। कठोर परिस्थितियों का सामना करने वाली स्थापनाओं या खुले में किए गए इंस्टॉलेशन के लिए, IP68 रेटेड सील वाले स्टेनलेस स्टील कनेक्टर्स का चयन उचित होता है, क्योंकि ये पानी के अंदर प्रवेश को रोकते हैं—जो अक्सर उन घटनाओं का कारण बनता है जिन्हें हम सभी अस्थायी विफलताओं के रूप में घृणा करते हैं। किसी भी परियोजना को पूरा करने से पहले, TDR परीक्षण उपकरणों का उपयोग करके समापन (टर्मिनेशन) की गुणवत्ता की जाँच करना लाभदायक होता है। यह उपकरण माइक्रॉन स्तर की सूक्ष्म त्रुटियों का पता लगाता है, जो अन्यथा भविष्य में गंभीर समस्याओं का कारण बन सकती हैं, जब सभी कुछ एक बार के लिए तैनात कर दिया जाता है।