В любой радиочастотной (РЧ) или микроволновой системе коаксиальный кабель является главной магистралью, по которой передаются сигналы между антеннами, приемниками и передатчиками. Однако эта магистраль не лишена трения. По мере прохождения РЧ-сигнала по кабелю он теряет энергию. Это снижение уровня сигнала называется потерями в коаксиальном кабеле или затуханием.
Понимание того, что вызывает эти потери и как их смягчить, является фундаментальным навыком для любого РЧ-инженера при расчете бюджета линии связи.
Мы предлагаем решения до 40 ГГц.
Основные причины потерь в коаксиальном кабеле
Затухание сигнала в коаксиальном кабеле не происходит по какой-то одной причине. Это совокупный результат трех различных физических явлений:
1. Потери в проводнике (Скин-эффект)
На высоких частотах электрический ток не течет равномерно по всему поперечному сечению центрального медного проводника. Вместо этого он вытесняется на самую внешнюю поверхность («кожу») провода. Это известно как скин-эффект. Поскольку эффективная площадь, по которой течет ток, резко сокращается, сопротивление возрастает, превращая часть вашей ценной РЧ-энергии в тепло.
2. Диэлектрические потери
Между центральным проводником и внешним экраном находится изолирующий материал, называемый диэлектриком (часто тефлон или вспененный полиэтилен). Поскольку высокочастотный переменный ток быстро меняет электромагнитное поле, молекулы в диэлектрическом материале вибрируют. Это непрерывное молекулярное трение поглощает РЧ-энергию, преобразуя ее в тепло.
3. Потери на излучение и утечка
Если внешняя экранирующая оплетка или сплошная оболочка кабеля плохо изготовлена или повреждена, часть электромагнитной энергии может просто просачиваться в окружающую среду, действуя как крошечная неэффективная антенна.
Как преодолеть высокое затухание в кабеле
Потери в кабеле возрастают линейно с увеличением длины кабеля и экспоненциально с увеличением частоты сигнала. Итак, как нам это исправить?
Самое простое решение — использовать более толстые и качественные кабели (с меньшим сопротивлением и лучшими диэлектриками) и делать кабельные трассы как можно короче. Однако в реальных условиях — например, когда спутниковая тарелка на высокой крыше соединяется с серверной в подвале — длинных кабельных трасс избежать невозможно.
Чтобы преодолеть серьезную деградацию сигнала, вызванную длинными кабелями, инженеры обычно устанавливают малошумящие усилители непосредственно в точке питания антенны. Усиливая чрезвычайно слабый принятый сигнал до того, как он попадет в длинный кабель с высокими потерями, система сохраняет отношение сигнал/шум (SNR) и гарантирует, что приемник получит чистый, пригодный для использования сигнал.
Часто задаваемые вопросы (FAQ)
Q: Увеличиваются ли потери в коаксиальном кабеле с частотой?
A: Да. По мере увеличения частоты сигнала как скин-эффект (потери в проводнике), так и молекулярная вибрация в изоляторе (диэлектрические потери) становятся намного более сильными, что приводит к более высокому общему затуханию.
Q: В чем разница между вносимыми потерями и потерями на отражение в кабеле?
A: Вносимые потери относятся к энергии, теряемой при прохождении сигнала через кабель (из-за нагрева и утечки). Потери на отражение относятся к энергии, которая отражается обратно к источнику из-за рассогласования импеданса (например, из-за плохо обжатого разъема).