Digi-Key Electronics
Avtor: Rolf Horn
VF-kable se uporablja na več področjih, na že uveljavljenih področij, kot sta letalstvo in komunikacije, do drugih področij, kot so avtomobilska industrija, industrija in internet stvari (IoT).
Vedno daljši seznam področij uporabe je povzročil razvoj novih vrst sklopov VF-kablov, kar inženirjem omogoča optimizacijo zasnov njihovih VF-sistemov.
Vendar pa vsa ta rast ovira proces zasnove. Ker je na trgu toliko različnih sklopov, je težko najti tistega, ki bi bil najbolj primeren za določeno uporabo. Tudi zaradi uporabe VF-kablov v nove namene se z neznano tehnologijo srečuje več projektantov, monterjev in vzdrževalcev. Poleg prostorskih in okoljskih vidikov se morajo zdaj seznaniti tudi s frekvenčno združljivostjo, ujemanjem impedance, razmerjem med napredujočo in odbito napetostjo (VSWR), elektromagnetno sklopitvijo in zaščito.
Da bi zagotovili učinkovito delovanje in zanesljivost VF-sistemov morajo imeti inženirji preudaren pristop in jasno sliko vseh možnosti in potencialnih preprek, ki jih lahko čakajo.
Članek služi kot vodnik za olajšanje zahtevnega opravila izbiranja, nameščanja in vzdrževanja VF-kabelskih sklopov, začenši s kratkim uvodom v uporabe VF-kablov, vključno z njihovimi električnimi lastnostmi, fizično strukturo in tipičnimi primeri rabe. Vključeni so nekateri primeri družbe Molex[1] za ponazoritev ključnih kriterijev izbire in uporabe.
Primeri vedno obsežnejše uporabe sklopov VF-kablov
VF-tehnologije obsegajo več sektorjev, vsak pa predstavlja svoje izzive. Frekvence se gibljejo med 10 Herci (Hz) in desetinami gigahercev (GHz). Nekatere uporabe zahtevajo robustnost. Drugi imajo zelo omejen fizični odtis. Za ponazoritev raznolikosti primerov uporab si predstavljajte te splošne uporabe:
- Letalstvo in obramba: radarski sistemi, komunikacijski kanali in GPS
- Avtomobilska industrija in transport: informativno-zabavni sistemi, navigacija in komunikacijska mreža v vozilu
- Telekomunikacije in oddajanje: videosignali v ločljivosti 8K prek omrežij Wi-Fi, LTE in 5G
- Industrija: senzorji IoT, avtomatizirani tekoči trakovi in telemetrija
- Medicina: nadzorni sistemi pacientov na daljavo, napredni diagnostični stroji in robotske kirurške enote
- Testiranje in meritve: meritve na delovni mizi, testi na terenu in zagotavljanje kakovosti v proizvodnih obratih
Zaradi vse večje uporabe VF se vse več inženirjev in razvijalcev – mnogi z ozadjem v tej tehnologiji – srečujejo z visokofrekvenčnimi vezji. Zaradi kratkih rokov in nizkih proračunov potrebujejo rešitve, ki bi poenostavile njihova opravila, istočasno pa bi zagotavljale zanesljivo delovanje njihovih sistemov.
Tu nastopijo sklopi VF-kablov. Ti sklopi sestajajo iz vnaprej sestavljenih konektorjev in kablov, ki ustrezajo določenim zahtevam zmogljivosti, istočasno pa zmanjšujejo trud inženirjev. Z uporabo vnaprej pripravljenih sklopov VF-kablov lahko prihranite čas in stroške pri zasnovi in izdelavi prototipov ter izboljšate kakovost in učinkovitost proizvodnje.
Frekvenčna kompatibilnost, ujemanje impedance in VSWR
Izbira pravega sklopa kablov zahteva pozorno upoštevanje več faktorjev. Prvič, sklop mora biti prilagojen frekvenčnemu območju radijskega signala. Ti se lahko gibljejo od nekaj sto kilohercev do UHF pasu od 3 do 30 GHz ali več (slika 1).
Da bi dosegli želeno zmogljivost, mora sklop kablov prenesti primeren frekvenčni obseg brez znatne izgube signala ali popačenosti. Društvo inženirjev za film in televizijo (SMPTE) na primer v svojih smernicah 2082-1 določa stroge zahteve glede kakovosti signala, ki omejujejo izgube na 40 decibelov (dB) pri polovici taktne frekvence.
En način za doseganje teh standardov je to, da uporabite Molex BNC Mini VF Cable Assemblies[2], ki zagotavlja visoko povratno slabljenje pri frekvencah do 12 GHz. Ta zmogljivost presega zahteve za serijski prenos videoposnetkov televizije visoke ločljivosti 8K (HDTV) in omogoča razširitev pasovne širine v prihodnosti brez sprememb strojne opreme.
Ujemanje impedance je še en ključni parameter. Radiofrekvenčni signali so dovzetni za motnje zaradi napredujočih in odbitih valov, ki jih povzroča neujemanje impedance vzdolž signalne linije. Za čim manjšo izgubo signala bi moral imeti sklop kabla isto impedanco kot priključeno breme, navadno je to med 50 in 75 Ohmi (Ω). Smiselno je skupaj oblikovati konektorje in kable, da bi dosegli najboljše možno ujemanje.
Odličen primer take prakse je sklop 0897629290[3], ki vsebuje Molex BNC konektor na Belden 4794R kablu za uporabo s 75 Ω.
Pri posebej zahtevnih uporabah, kot sta testiranje in merjenje, je morda treba skrbno upoštevati dodatne parametre, kot sta VSWR in prenosne izgube. VSWR je razmerje med napredujočim in odbitim signalom, ki je merilo učinkovitosti prenosa VF-signalov od vira do bremena. Prenosna izguba je količina energije, ki jo signal izgubi med potovanjem po konektorju in kablu. Slika 2 prikazuje nekatere primere obeh.
Zaščita, magnetna sklopitev in drugi oziri
O zaščiti je tudi treba razmišljati. Vsak kabel z VF-signali lahko služi kot antena in oddaja ali prejema signale, kar lahko povzroči motnje. Za zmanjšanje vpliva teh motenj je treba kable zaščititi z ozemljenim kovinskim oklopom (slika 3).
Na izbiro materiala zaščite vpliva več faktorjev, vključno z zahtevami za zmogljivost, okoljskimi pogoji in omejitvami proračuna. Baker je zelo učinkovit v več frekvencah, vendar je istočasno precej težek in drag, medtem ko je aluminij lažja in cenejša alternativa, vendar je manj učinkovit ter bolj dovzeten za korozijo.
V ozir je treba vzeti tudi obliko zaščite. Kovinske pletenine, kot so tiste na kablu0897616761[4] MCX s kabli RG-136, zagotavljajo odlično mehansko trdnost in fizično zaščito. Nasprotno pa so oklopi iz folije običajno izdelani iz aluminija, laminiranega na poliestrski ali polipropilenski nanos, ki je lahka, poceni in prilagodljiva alternativa. Obstajajo tudi druge vrste, kot so spirale, trakovi in kombinacije, ki se razlikujejo glede na odstotek pokritosti frekvence, prilagodljivost, življenjsko dobo, mehansko trdnost, ceno in enostavnost zaključevanja.
Še en faktor so lahko edinstvene zahteve uporabe. Pri medicini so na primer pogosto prisotni senzorji, na katere lahko vplivajo magnetna polja. Tu je rešitev, kot je kabelski sklop 0897616791[5] MMCX, ustrezna izbira, saj so ti sklopi na voljo v različicah brez magnetne sklopitve za boljšo združljivost zasnove.
Prostorske omejitve, okoljske nevarnosti in vzdrževanje
Ko govorimo o fizičnih parametrih, sta prostorska omejitev in napeljava pogosto glavni oviri. Oglejte si obrambne uporabe, ki so znane po tem, da so nagnetene. V taki situaciji je praktična rešitev npr. kabel 0897611760[6] SSMCX. Konektorji SSMCX so med najmanjšimi na trgu in so na voljo v navpični in pravokotni usmerjenosti, da se prilagodijo zahtevnim prostorskim in napeljevalnim omejitvam.
Oblikovalci morajo upoštevati tudi najmanjši radij zavoja, ko izbirajo sklop. VF-kabli so lahko zaradi svoje kompleksne strukture precej togi. V primerih, ko so potrebni tesni zavoji, poiščite rešitve, kot so fleksibilni mikrovalovni sklopi[7] podjetja Molex (slika 4). Ti kabli so oblikovani specifično za manjši statični polmer zavoja.
Težavo lahko predstavljajo tudi ekstremne temperature, zlasti pri zunanjih uporabah, kot so tiste v telekomunikacijskem sektorju. Za takšne uporabe termoplastični plašči, ki so običajni za sklope radiofrekvenčnih kablov, niso primerni. Potrebni so vzdržljivejši materiali. Pri prej omenjenih fleksibilnih mikrovalovnih sklopih se na primer za plašč uporablja Temp-Flex iz fluoriranega etilen propilena (FEP), ki je trpežen material, podoben teflonu.
Vibracije in šok tudi lahko ogrozita zasnovo, še posebno pri uporabah, kot je v letalstvu. Za zanesljivo delovanje morajo imeti sklopi VF-kablov izjemno varne povezave. Dober primer je sklop kablov 0732306110[8] družbe Molex, ki uporablja patentirani varnostni mehanizem za konektor MHF, ki ga je razvila družba sama (slika 5).
Na vzdrževanje je treba gledati kot na del procesa zasnove. Pomembno je preučiti srednji čas med okvarami (MTBF) za kabelske sklope in razmisliti, kako urediti zasnovo za enostavno vzdrževanje in popravilo z ustreznim dostopom do tistih podsklopov in povezav, ki bi lahko zahtevali največ vzdrževanja. Oblikovalci bi morali razmisliti tudi o oblikovanju urnikov pregledov za običajno vzdrževanje in kontrolnih seznamov uporabnikov za znake, da bi bilo treba kabelski sklop popraviti ali zamenjati, da bi preventivno obvladovali zaplete. Standardno vzdrževanje vključuje preverjanje sklopa glede obrabe, čiščenje kablov in konektorjev zaradi kontaminantov, ki bi lahko predrli povezave in negativno vplivali na učinkovitost delovanja.
Nenazadnje pa je potrebno oceniti tudi proizvajalca sklopa kablov. Merila vključujejo ustrezne certifikate, izkušnje s proizvodnjo ustreznih sklopov, zadostne možnosti izdelkov za podporo prilagodljivosti zasnove in postopke zagotavljanja kakovosti za preprečevanje težav z delovanjem. Družba Molex je na primer vodilni razvijalec tehnologij kablov in konektorjev, o čigar inovacijah priča več kot 8.100 patentov, poleg tega ima velik ugled glede kakovosti in tehnične podpore, vključno z orodjem za ustvarjanje kablov po meri[9].
Zaključek
Izbor pravilnega sklopa VF-kablov je zahtevna naloga, saj zahteva razumevanje in upoštevanje faktorjev, kot so frekvenčna kompatibilnost, zaščita, okoljski pogoji, prostorske omejitve in vzdrževanje. Sodelovanje z izkušenim proizvajalcem, ki prinaša strokovno znanje, zagotavlja kakovost in inovira, je lahko ključ do obvladovanja teh izzivov, zlasti za inženirje in oblikovalce, ki so novinci na področju radijskih frekvenc. Tak partner lahko vodi postopek izbire, namestitve in vzdrževanja teh kablov ter tako zagotovi, da naprave in sistemi zanesljivo delujejo na najvišji možni ravni.
Viri:
1: https://www.digikey.si/en/supplier-centers/molex
2: https://www.digikey.si/en/product-highlight/m/molex/bnc-mini-rf-connectors-cable-assemblies
3: https://www.digikey.si/en/products/detail/molex/0897629290/9092212
4: https://www.digikey.si/en/products/detail/molex/0897616761/2002505
5: https://www.digikey.si/en/products/detail/molex/0897616791/2002517
6: https://www.digikey.si/en/products/detail/molex/0897611760/3878250
7: https://www.digikey.si/en/product-highlight/m/molex/flexible-microwave-cable-assemblies
8: https://www.digikey.si/en/products/detail/molex/0732306110/18102085
9: https://tools.molex.com/molex/custom-cable-creator/digikey
