Bagaimana Mengurangkan Kehilangan Isyarat dengan Kabel Koaksial?

Apakah Punca Kehilangan Isyarat dalam Kabel Koaksial?

Kehilangan dielektrik dan konduktor: Pembaziran tenaga dalam teras dan penebat kabel

Apabila isyarat bergerak melalui kabel koaksial, kekuatannya mula berkurang disebabkan oleh mekanisme kehilangan tenaga asas. Wayar utama di dalam kabel sebenarnya kehilangan sebahagian kuasa apabila elektron-elektron berlanggar antara satu sama lain dalam struktur logam tersebut. Masalah ini menjadi lebih buruk pada frekuensi yang lebih tinggi, apabila kebanyakan arus hanya mengalir di bahagian luar konduktor, bukan di seluruh ketebalan konduktor itu. Pada masa yang sama, penebat plastik di antara konduktor juga memainkan peranan: ia menyerap sebahagian gelombang elektromagnetik yang melaluinya dan menukarkannya kepada haba, bukan membenarkannya sampai ke destinasi. Kedua-dua masalah ini secara gabungan biasanya menyebabkan kira-kira tiga perempat daripada semua pelemahan isyarat dalam susunan kabel biasa. Oleh sebab itu, pemasangan kabel koaksial yang panjang kadang kala menghasilkan penerimaan yang lemah atau sambungan berkualiti rendah.

Atenuasi bergantung kepada frekuensi: Mengapa frekuensi RF yang lebih tinggi meningkatkan kehilangan kabel koaksial

Jumlah kehilangan isyarat meningkat secara ketara apabila frekuensi meningkat, disebabkan oleh sifat gelombang elektromagnetik. Apabila kita mempertimbangkan frekuensi di atas 100 MHz, setiap kali frekuensi diduakan, terdapat peningkatan kehilangan isyarat sebanyak kira-kira 30% melalui kabel RG-6. Fenomena ini berlaku terutamanya disebabkan oleh kecenderungan elektron bergerak lebih dekat ke permukaan konduktor (kesan kulit) dan bahan penebat yang memberi tindak balas lebih kuat terhadap medan elektrik yang berubah-ubah. Sebagai contoh, ambil satu panjang kabel RG-6 piawai sepanjang 100 kaki: pada 1 GHz, ia mengalami kehilangan kekuatan isyarat sebanyak kira-kira 6.5 dB, manakala pada 50 MHz kehilangannya hanya sekitar 1.2 dB. Memandangkan perbezaan ini, pemilihan kabel yang sesuai menjadi sangat penting dalam sistem rangkaian berkelajuan tinggi moden seperti pemasangan 5G atau perkhidmatan internet DOCSIS 3.1, di mana kehilangan kecil sekalipun boleh memberi kesan besar terhadap prestasi.

Ketidaksesuaian impedans dan pantulan: Bagaimana VSWR melemahkan integriti isyarat dalam kabel koaksial

Ketidaksesuaian antara impedans kabel koaksial (biasanya sekitar 50 ohm atau 75 ohm) dengan peranti yang disambungkan di hujungnya menyebabkan pantulan isyarat yang mengganggu—suatu fenomena yang tidak disukai semua orang. Apa yang berlaku seterusnya? Isyarat yang dipantulkan ini mengganggu isyarat utama yang sedang melalui kabel, sehingga terbentuk corak gelombang pegun yang diukur oleh jurutera menggunakan suatu parameter bernama Nisbah Gelombang Pegun Voltan atau VSWR secara ringkas. Apabila nisbah ini melebihi sekitar 1.5:1, masalah mula berlaku dengan cepat. Kualiti isyarat merosot kira-kira 3 desibel, dan peralatan mungkin kadangkala gagal berfungsi dengan betul. Mengapa ini berlaku? Terdapat beberapa punca biasa: penyambung yang tidak dikimpal dengan betul semasa pemasangan, sambungan yang mula berkarat atau terkakis seiring masa, dan kabel yang dibengkokkan terlalu tajam di sepanjang laluan pemasangannya. Bahagian paling buruk? Pantulan-pantulan ini tidak hanya kekal diam sahaja—malah ia memperburuk kehilangan normal dalam kabel, sehingga sistem tidak lagi mencapai pemindahan kuasa penuh; sebaliknya, hanya kira-kira 60% daripada kuasa yang sepatutnya dipindahkan apabila semua komponen sesuai secara impedans.

Faktor Fizikal dan Pemasangan yang Meningkatkan Kehilangan Kabel Koaksial

Panjang kabel dan pelembutan isyarat: Mengira kehilangan dB per kaki untuk jenis kabel koaksial biasa

Pelembutan isyarat meningkat secara langsung dengan panjang kabel disebabkan oleh rintangan konduktor dan penyerapan dielektrik. Jalur yang lebih panjang meningkatkan kehilangan tenaga, mengubah isyarat RF menjadi haba. Sebagai contoh:

• RG-6 kehilangan sekitar 0.25 dB/kaki pada 750 MHz
• LMR-400 mengekalkan 0.11 dB/kaki pada 1 GHz
  Hubungan eksponensial ini memerlukan pengiraan tepat sebelum pemasangan—sentiasa rujuk carta pelembutan pengilang untuk julat frekuensi sasaran anda.

Lengkungan, remasan, dan kerosakan perisai: Ancaman tersembunyi terhadap prestasi kabel koaksial

Tekanan fizikal semasa pemasangan merosakkan prestasi dengan cara yang sering diabaikan:

• Lengkung tajam melebihi jejari lengkung minimum mengubah bentuk geometri dielektrik, meningkatkan ketidaksesuaian impedans
• Perisai mampat mengurangkan penolakan gangguan sehingga 40%
• Konduktor berliku mencipta titik pantulan tempatan
  Penetrasi lembap melalui pembalut kabel yang rosak mempercepat pengoksidaan, meningkatkan rintangan konduktor. Amalan terbaik termasuk mengekalkan jejari lengkung lebih besar daripada 10× diameter kabel dan mengelakkan torsi semasa pemasangan.

Strategi Terbukti untuk Meminimumkan Kehilangan Isyarat dalam Sistem Kabel Koaksial

Memilih kabel koaksial berkehilangan rendah: Tembaga vs. CCA, dielektrik berbusa vs. pepejal, serta keberkesanan perisai

Memilih kabel koaksial yang betul bergantung kepada penentuan titik optimum antara keupayaan pengalirannya, jenis bahan dielektrik yang digunakan, dan kualiti perisaiannya. Apabila menilai pengalir, tembaga pepejal jauh lebih unggul berbanding aluminium bersalut tembaga (CCA) dari segi kehilangan isyarat. Kita bercakap mengenai pengurangan pelepasan isyarat sebanyak kira-kira 20 hingga 30 peratus kerana tembaga biasa memang lebih baik dalam mengalirkan arus elektrik melalui seluruh strukturnya. Bahan dielektrik berisi buih juga memberikan perbezaan besar. Bahan ini dapat mengurangkan kehilangan kapasitans yang mengganggu sehingga 40% berbanding polietilena pepejal biasa, kerana ia tidak membenarkan elektron melantun secara berlebihan di dalam lapisan penebat. Jika gangguan elektromagnetik menjadi suatu kebimbangan, reka bentuk perisai empat lapis (quad shield) dengan pelbagai lapisan foil aluminium dan perisai jejaring (braided shielding) merupakan pilihan terbaik. Reka bentuk ini mengekalkan kebocoran isyarat di bawah 1%, menjadikannya hampir merupakan peralatan piawai dalam aplikasi RF yang serius. Dan jangan lupa juga tentang kestabilan impedans. Kabel berkualiti mengekalkan nilai impedans dalam julat ±2 ohm pada pelbagai frekuensi, yang bermaksud isyarat tetap jernih dan konsisten tanpa mengira jalur frekuensi yang digunakan.

Pemilihan penghentian tepat dan penyambung: Menghilangkan ketidakseimbangan impedans dan kakisan dalam sambungan kabel koaksial

Mendapatkan penyambung yang betul menghentikan kebanyakan pantulan impedans yang mengganggu tersebut yang mengacaukan bacaan VSWR. Penyambung bergaya mampatan mengekalkan ketegangan dengan baik dalam jarak sekitar setengah milimeter apabila dipasang dengan betul, yang membantu mengekalkan impedans penting 50 atau 75 ohm merentasi sambungan. Pelapisan emas pada permukaan sentuh juga sangat penting kerana ia menghalang masalah pengoksidaan—terutamanya di kawasan lembap di mana rintangan cenderung meningkat sebanyak 15 hingga 20 peratus setiap tahun menurut beberapa kajian. Bagi pemasangan yang menghadapi keadaan keras atau terdedah kepada unsur-unsur luar, penggunaan penyambung keluli tahan karat dengan segel berperingkat IP68 adalah pilihan yang rasional kerana ia menghalang air daripada masuk ke dalam—suatu faktor yang menyebabkan banyak kegagalan berselang-seli yang menjengkelkan yang kita semua benci. Sebelum menamatkan mana-mana projek, adalah bijak untuk memeriksa kualiti penamatan menggunakan peralatan ujian TDR. Ini dapat mengesan kecacatan halus sehingga tahap mikron yang jika tidak dikesan boleh menyebabkan masalah besar di kemudian hari setelah keseluruhan sistem dijalankan secara tetap.