Koaksiyel Kablolarla Sinyal Kaybını Nasıl Azaltabilirsiniz?

Koaksiyel Kabloda Sinyal Kaybına Neler Neden Olur?

Dielektrik ve iletken kayıpları: Kablo çekirdeği ve yalıtımında enerji dağılımı

Sinyaller koaksiyel kablolar boyunca yayıldıkça, temel enerji kaybı mekanizmaları nedeniyle gücünü kaybetmeye başlar. Kablonun iç kısmındaki ana iletkende, elektronlar metal yapı içinde birbirleriyle çarpışırken bir miktar güç kaybı oluşur. Bu durum, akımın iletkenin tam kalınlığı boyunca değil, yalnızca dış yüzeyine yakın bir bölgede aktığı yüksek frekanslarda daha da kötüleşir. Aynı zamanda iletkenler arasındaki plastik yalıtım da rol oynar: Geçen elektromanyetik dalgaların bir kısmını yakalar ve bunları hedeflerine ulaşmalarına izin vermeden ısıya dönüştürür. Bu iki sorun bir araya gelince, tipik kablo düzenlemelerindeki sinyal zayıflamasının yaklaşık dörtte üçünü oluşturur. Bu yüzden uzun koaksiyel kablo hatları bazen daha zayıf alım veya daha düşük kaliteli bağlantılarla sonuçlanabilir.

Frekansa bağlı zayıflama: Neden daha yüksek RF frekansları koaksiyel kablo kaybını artırır

Sinyal kaybı miktarı, elektromanyetik dalgaların davranış biçiminden dolayı frekanslar yükseldikçe önemli ölçüde artar. 100 MHz üzerindeki frekanslara baktığımızda, frekans her iki katına çıktığında RG-6 kabloları üzerinden sinyal kaybı yaklaşık %30 oranında artar. Bu durum çoğunlukla elektronların kablonun yüzeyine daha yakın seviyelerde hareket etmeye eğilim göstermesi (deri etkisi) ve yalıtım malzemesinin değişen elektrik alanlarına daha güçlü tepki vermesi nedeniyle gerçekleşir. Örneğin standart 100 feet (yaklaşık 30,5 metre) uzunluğundaki bir RG-6 kablosunu ele alalım: Bu kablo, 1 GHz’de yaklaşık 6,5 dB’lik sinyal gücü kaybı yaşarken, 50 MHz’de yalnızca yaklaşık 1,2 dB’lik bir düşüş gösterir. Bu farklar göz önünde bulundurulduğunda, özellikle küçük kayıpların bile performansı önemli ölçüde etkileyebileceği modern yüksek hızlı ağlarda — örneğin 5G kurulumları veya DOCSIS 3.1 internet hizmetleri — doğru kabloyu seçmek son derece kritik hâle gelir.

Empedans uyumsuzluğu ve yansıma: VSWR’ın koaksiyel kabloda sinyal bütünlüğünü nasıl zayıflatması

Koaksıyon kablo empedansı (genellikle yaklaşık 50 ohm veya 75 ohm) ile kablonun her iki ucuna bağlanan cihazlar arasındaki uyumsuzluk, hepimizin nefret ettiği bu sinir bozucu sinyal yansımalarına neden olur. Peki bundan sonra ne olur? Bu yansıyan sinyaller, üzerinden geçen ana sinyalin yolunu keser ve mühendislerin 'Gerilim Duran Dalga Oranı' ya da kısaca VSWR olarak adlandırdığı bir parametreyle ölçtüğü duran dalga desenleri oluşturur. Bu oran yaklaşık 1,5:1 değerini aştığında, işler oldukça hızlı bir şekilde bozulmaya başlar. Sinyal kalitesi yaklaşık 3 desibel düşer ve cihazlar zaman zaman düzgün çalışmamaya başlayabilir. Peki bunun nedeni nedir? Bunun birkaç yaygın nedeni vardır: kurulum sırasında doğru sıkılmamış konektörler, zamanla paslanmaya veya korozyona uğramış bağlantılar ve kabloların uzunluğu boyunca aşırı keskin bir açıyla büküldüğü bölgeler. En kötü kısmı ise bu yansımaların sessizce orada durmamasıdır. Aslında bu yansımalar, kablonun normal kayıplarını daha da artırır; dolayısıyla sistemler, tüm bileşenlerin uyumlu olduğu durumlarda aktarması gereken gücü tam olarak değil, yalnızca yaklaşık %60’ını iletebilir.

Koaksiyel Kablo Kaybını Artıran Fiziksel ve Kurulum Faktörleri

Kablo uzunluğu ve zayıflama: Yaygın koaksiyel kablo tipleri için feet başına dB kayıp hesaplaması

Sinyal zayıflaması, iletken direnci ve dielektrik emilim nedeniyle kablo uzunluğuyla doğrudan orantılı olarak artar. Daha uzun hatlar enerji kaybını artırır ve RF sinyallerini ısıya dönüştürür. Örneğin:

• RG-6, 750 MHz’te yaklaşık 0,25 dB/ft kaybeder
• LMR-400, 1 GHz’te 0,11 dB/ft kaybını korur
  Bu üstel ilişki, kurulum öncesi kesin hesaplamaları gerektirir — her zaman hedef frekans aralığınız için üreticinin zayıflama tablolarına başvurun.

Eğme, ezilme ve kalkan hasarı: Koaksiyel kablo performansını tehdit eden görünmez riskler

Kurulum sırasında oluşan fiziksel stres, genellikle göz ardı edilen şekillerde performansı bozar:

• Keskin kıvrımlar minimum kıvrım yarıçapının aşılması, dielektrik geometrisini bozar ve empedans uyumsuzluğunu artırır
• Sıkıştırılmış ekranlama parazit reddetme yeteneğini %40’a kadar azaltır
• Bükülmüş iletkenler yerel yansıma noktaları oluşturur
  Hasarlı kılıftan neme yol açan giriş, oksidasyonu hızlandırır ve iletken direncini artırır. En iyi uygulamalar arasında kablo çapının 10 katından büyük kıvrım yarıçapları korunması ve yönlendirme sırasında burulmanın önlenmesi yer alır.

Koaksiyel Kablo Sistemlerinde Sinyal Kaybını En Aza Döndürmek İçin Kanıtlanmış Stratejiler

Düşük kayıplı koaksiyel kablo seçimi: Bakır vs. CCA, köpük vs. katı dielektrik ve ekranlama etkinliği

Doğru koaksiyel kabloyu seçmek, aslında elektriği ne kadar iyi ilettiği, hangi dielektrik malzemenin kullanıldığı ve kalkanlamanın ne kadar iyi olduğu arasında uygun dengeyi bulmaya bağlıdır. İletkenlere baktığımızda, sinyal kaybı açısından saf bakır, bakır kaplamalı alüminyum (CCA)’ya göre açık ara öndedir. Çünkü saf bakır, yapısı boyunca daha iyi iletim sağladığı için yaklaşık %20 ila %30 daha az zayıflamaya neden olur. Köpük dolgulu dielektrikler de büyük fark yaratır. Bu dielektrikler, elektronların yalıtkan içinde fazla dağılmamasını sağladığı için, düzenli katı polietilenle karşılaştırıldığında bu rahatsız edici kapasitans kayıplarını %40 oranına kadar azaltabilir. Elektromanyetik girişim bir endişe kaynağıysa, çok katmanlı alüminyum folyo ve örgülü kalkanlama içeren dört katmanlı kalkanlama (quad shield) tasarımları tercih edilmelidir. Bu yapılar, sinyal sızıntısını %1’in altına tutar ve bu nedenle ciddi RF uygulamalarında neredeyse standart donanım haline gelmiştir. Ayrıca empedans kararlılığını da unutmayın. Kaliteli kablolar, farklı frekans aralıklarında ±2 ohm sınırları içinde empedans değerini korurlar; bu da sinyallerin işledikleri banttan bağımsız olarak temiz ve tutarlı kalmasını sağlar.

Hassas sonlandırma ve konektör seçimi: Koaksiyel kablo bağlantılarındaki empedans süreksizliklerini ve korozyonu ortadan kaldırma

Bağlayıcıları doğru seçmek, VSWR ölçümlerini bozan bu sinir bozucu empedans yansımalarının büyük bölümünü önler. Sıkıştırma tipi bağlayıcılar, doğru şekilde monte edildiklerinde bağlantıların yaklaşık yarım milimetrelik bir tolerans içinde sıkı kalmasını sağlar; bu da bağlantılar boyunca önemli olan 50 veya 75 ohm empedans değerinin korunmasına yardımcı olur. Temas yüzeylerine uygulanan altın kaplama da oldukça önemlidir çünkü özellikle nemli ortamlarda oksidasyon sorunlarını engeller; bazı çalışmalara göre bu tür ortamlarda direnç yıllık %15 ila %20 oranında artma eğilimi gösterir. Zorlu koşullara maruz kalan ya da açık havada kullanılan sistemler için IP68 derecelendirmeli sızdırmazlık özellikli paslanmaz çelik bağlayıcılar tercih edilmelidir; çünkü bunlar içeri su girmesini engeller ve bu da hepimizin nefret ettiği, sinir bozucu arayıcı arızalara neden olur. Herhangi bir projenin tamamlanmasından önce, sonlandırma işlemlerinin kalitesini kontrol etmek amacıyla TDR test ekipmanları kullanılması faydalıdır. Bu ekipmanlar, mikron seviyesindeki küçük hataları tespit edebilir; aksi takdirde tüm sistem kalıcı olarak devreye alındıktan sonra daha büyük sorunlara yol açabilir.