Hoe kunt u signaalverlies met coaxiale kabels verminderen?

Wat veroorzaakt signaalverlies in een coaxiale kabel?

Dielektrisch en geleiderverlies: energieverbruik in de kabelkern en isolatie

Wanneer signalen door coaxiale kabels reizen, verliezen ze geleidelijk aan sterkte vanwege basismechanismen voor energieverlies. De hoofddraad binnen de kabel verliest daadwerkelijk een deel van het vermogen doordat elektronen in de metalen structuur tegen elkaar botsen. Dit wordt erger bij hogere frequenties, wanneer het grootste deel van de stroom alleen langs het buitenste gedeelte van de geleider loopt, en niet door de gehele dikte ervan heen. Tegelijkertijd speelt ook de plastic isolatie tussen de geleiders een rol: deze absorbeert een deel van de elektromagnetische golven die erdoorheen reizen en zet ze om in warmte, in plaats van ze toe te staan hun bestemming te bereiken. Deze twee problemen samen veroorzaken meestal ongeveer driekwart van alle signaalverzwakking in standaard kabelopstellingen. Daarom kan het gebruik van lange coaxiale kabels soms leiden tot een zwakkere ontvangst of verbindingen van lagere kwaliteit.

Frequentie-afhankelijke demping: waarom hogere RF-frequenties de verliezen in coaxiale kabels vergroten

De hoeveelheid signaalverlies neemt sterk toe naarmate de frequenties hoger worden, vanwege het gedrag van elektromagnetische golven. Bij frequenties boven de 100 MHz neemt het signaalverlies in RG-6-kabels bij elke verdubbeling van de frequentie met ongeveer 30% toe. Dit komt voornamelijk doordat elektronen zich dichter bij het oppervlak bewegen (huid-effect) en het isolatiemateriaal sterker reageert op de veranderende elektrische velden. Neem bijvoorbeeld een standaard RG-6-kabel van 100 voet lengte: bij 1 GHz verliest deze ongeveer 6,5 dB aan signaalsterkte, terwijl het verlies bij 50 MHz slechts ongeveer 1,2 dB bedraagt. Gezien deze verschillen wordt de keuze van de juiste kabel uiterst belangrijk bij moderne high-speed-netwerken, zoals 5G-installaties of DOCSIS 3.1-internetdiensten, waar zelfs geringe verliezen aanzienlijk van invloed kunnen zijn op de prestaties.

Impedantiemismatch en reflecties: Hoe VSWR de signaalintegriteit in coaxiale kabels ondermijnt

Een mismatch tussen de impedantie van de coaxkabel (meestal ongeveer 50 ohm of 75 ohm) en wat aan beide uiteinden is aangesloten, leidt tot die vervelende signaalreflecties waar we allemaal mee worstelen. Wat gebeurt er vervolgens? Deze terugkaatsende signalen verstoren het hoofdsignaal dat doorkomt, waardoor staande golfpatronen ontstaan die ingenieurs meten met behulp van een zogeheten Voltage Standing Wave Ratio (VSWR). Wanneer deze verhouding boven de 1,5:1 komt, gaan de dingen vrij snel mis. De signaalkwaliteit daalt met ongeveer 3 decibel en apparatuur kan af en toe gewoon niet meer correct functioneren. Waarom gebeurt dit? Er zijn verschillende veelvoorkomende oorzaken: connectoren die tijdens de installatie onjuist zijn gekrimpt, verbindingen die in de loop der tijd zijn gaan roesten of corroderen, en kabels die erg scherp zijn gebogen op een bepaald punt in hun traject. Het ergste? Deze reflecties blijven niet rustig op hun plaats. Ze verergeren daadwerkelijk de normale verliezen in de kabel, zodat systemen in plaats van volledige vermogensoverdracht slechts ongeveer 60% van het verwachte vermogen overbrengen wanneer alles juist is afgestemd.

Fysieke en installatiefactoren die verlies in coaxiale kabels versterken

Kabellengte en demping: berekenen van het dB-verlies per voet voor gangbare soorten coaxiale kabels

Signaaldemping neemt rechtstreeks toe met de kabellengte als gevolg van geleidingsweerstand en dielektrische absorptie. Langere lengtes versterken het energieverlies, waarbij RF-signalen worden omgezet in warmte. Bijvoorbeeld:

• RG-6 verliest ongeveer 0,25 dB/voet bij 750 MHz
• LMR-400 behoudt 0,11 dB/voet bij 1 GHz
  Deze exponentiële relatie vereist nauwkeurige berekeningen vóór de installatie – raadpleeg altijd de dempingstabellen van de fabrikant voor uw doelfrequentiebereik.

Buigen, indrukken en beschadiging van de afscherming: onzichtbare bedreigingen voor de prestaties van coaxiale kabels

Fysieke belasting tijdens de installatie vermindert de prestaties op manieren die vaak worden over het hoofd gezien:

• Scherpe bochten het overschrijden van de minimale buigradius vervormt de diëlektrische geometrie, wat leidt tot een grotere impedantieonafhankelijkheid
• Gecomprimeerde afscherming vermindert de onderdrukking van storingen met tot wel 40%
• Gevouwen geleiders creëren lokale reflectiepunten
  Vochtinfiltratie via beschadigde omhulling versnelt oxidatie en verhoogt de geleiderweerstand. De beste praktijken omvatten het handhaven van buigradii groter dan 10× de kabeldiameter en het vermijden van torsie tijdens het aanleggen.

Bewezen strategieën om signaalverlies in coaxiale kabelsystemen te minimaliseren

Keuze van coaxiale kabel met lage verliezen: koper versus CCA, schuim versus massief diëlektricum, en afschermingsprestaties

Het kiezen van de juiste coaxkabel komt er eigenlijk op neer om het optimale evenwicht te vinden tussen de elektrische geleidbaarheid, het soort diëlektrisch materiaal dat wordt gebruikt en de kwaliteit van de afscherming. Bij de geleiders is massief koper duidelijk superieur aan kopergekleurd aluminium (CCA) wat betreft signaalverlies. We spreken hier over ongeveer 20 tot 30 procent minder attentie, omdat gewoon koper eenvoudigweg beter geleidt door zijn gehele structuur heen. Ook schuimvormige diëlektrica maken een groot verschil. Deze kunnen de vervelende capacitieve verliezen met wel 40% verminderen ten opzichte van gewoon massief polyethyleen, omdat ze elektronen minder laten ‘botsen’ binnen de isolatie. Als elektromagnetische interferentie een probleem is, zijn vierlagige afschermingsontwerpen (quad shield) met meerdere lagen aluminiumfolie en gevlochten afscherming de beste keuze. Zij beperken signaalverlies tot minder dan 1%, waardoor ze bijna standaard zijn in serieuze RF-toepassingen. En vergeet ook niet de impedantiestabiliteit: kwalitatief hoogwaardige kabels blijven binnen een bereik van plus of min 2 ohm bij verschillende frequenties, wat betekent dat signalen schoon en consistent blijven, ongeacht de frequentieband waarop ze opereren.

Precisie-afsluiting en connectorselectie: het elimineren van impedantiediscontinuïteiten en corrosie in coaxiale kabelverbindingen

Het juist kiezen van connectoren voorkomt de meeste vervelende impedantie-reflecties die de VSWR-metingen verstoren. Compressieconnectoren zorgen, wanneer correct geïnstalleerd, voor een strakke verbinding binnen ongeveer een halve millimeter, wat helpt om de belangrijke impedantie van 50 of 75 ohm over de aansluitingen te behouden. Goudplating op de contactvlakken is ook erg belangrijk, omdat deze oxidatieproblemen tegengaat — vooral in vochtige omgevingen, waar de weerstand volgens sommige studies elk jaar met 15 tot 20 procent kan stijgen. Voor installaties onder zware omstandigheden of buitenshuis is het verstandig om roestvrijstalen connectoren met IP68-gecertificeerde afdichtingen te gebruiken; deze voorkomen dat water naar binnen dringt, wat vaak leidt tot frustrerende, sporadische storingen waar iedereen last van heeft. Voordat u een project afrondt, is het verstandig om de kwaliteit van de afsluitingen te controleren met behulp van TDR-testapparatuur. Hiermee worden minuscule gebreken op micronniveau gedetecteerd die anders later, nadat alles definitief in gebruik is genomen, grotere problemen kunnen veroorzaken.