|
Για τη μεταφορά του RF σήματος από τον πομποδέκτη στην κεραία και αντίστροφα
χρησιμοποιούμε ομοαξονικο καλώδιο. Το καλώδιο αυτό πρέπει να παρουσιάζει χαμηλές
απώλειες στη συχνότητα που εργαζόμαστε.
Απώλειες ομοαξονικού καλωδίου
Οι απώλειες δίνονται από τον κατασκευαστή σε db/100m ή db/m ή db/100ft
ή db/ft και για διάφορες συχνότητες. Οι απώλειες του καλωδίου χωρίζονται σε
δύο κατηγορίες:
Τις απώλειες διηλεκτρικού, που είναι οι απώλειες λόγω του διηλεκτρικού
μεταξύ πυρήνα και μανδύα.
Τις ωμικές απώλειες, που ειναι απώλειες λόγω της πεπερασμένης αγωγιμότητας
του πυρήνα και του μανδύα. Ειδικά στα RF το ρεύμα δεν κατανένεται ομοιόμορφα
σε όλο τον αγωγό αλλά διαρρέει τον αγωγό μόνο επιφανειακά. Μάλιστα όσο
μεγαλύτερη η συχνότητα τόσο μικρότερο το πάχος του αγωγού από που περνάει.
Γιατί τα ομοαξονικά χαμηλών απωλειών έχουν μεγαλύτερες διατομές;
Όσο μεγαλώνει η διάμετρος του πυρήνα τόσο μεγαλώνει η επιφάνεια που
το ρεύμα μπορεί να ακολουθήσει, άρα τόσο ελαττώνονται οι απώλειες. Το ίδιο ισχύει
και για τον μανδύα. Επίσης όσο μεγαλύτερη η απόσταση πυρήνα και μανδύα τόσο
ελαττώνονται ο απώλειες του διηλεκτρικού.
Γιατί οι απώλειες αυξάνωνται όσο μεγαλώνει η συχνότητα;
Όσο μεγαλώνει
η συχνότητα, τόσο το ρεύμα ακολουθεί πιο επιφανεική κατανομή, άρα αυξάνονται
οι ωμικές απώλειες. Επίσης αυξανομένης της συχνότητας, αυξάνονται και οι απώλειες
του διηλεκτρικού γιατί αυξάνεται η απορρόφηση ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας από
αυτό.
O τύπος που δίνει την απώλεια συναρτήσει της συχνότητας είναι ο εξής:
Loss(fMHz) = K1 x SqRt(f) + K2 x f
Γιατί για ίδια διατομή καλωδίου υπάρχουν καλώδια με μικρότερες απώλειες;
Ένα καλώδιο χαμηλών απωλειών θα έχει καλύτερο διηλεκτρικό, μικρότερης πυκνότητας,
με λιγότερη απορρόφηση Η/Μ ενέργειας. Επίσης θα έχει πυρήνα από καθαρό χαλκό
(όσο καθαρότερος ο χαλκός τόσο μεγαλύτερη αγωγιμότητα παρουσιάζει) ή θα έχει
επαργυρωμένο σύρμα για μεγαλύτερη αγωγιμότητα. Ο μανδύας θα έχει πιο πυκνό πλέγμα
ή θα έχει διπλό πλέγμα ή θα είναι από μασίφ ευακαμπτο σωλήνα χαλκού.
Βέβαια αυτά αυξάνουν αρκετά το κόστος του καλωδίου και υπάρχει ένα τεχνολογικό
όριο για την απώλεια που μπορεί να παρουσιάζει ένα καλώδιο συγκεκριμένης
διατομής. Έτσι από ένα σημείο και πέρα είναι συμφερότερο να διαλέξει κανείς
ένα καλώδιο μεγαλύτερης διατομής, παρά ένα καλώδιο ίδιας διατομής και
καλύτερης ποιότητας.
Τι είναι η μέγιστη ισχύς ομοαξονικού καλωδίου;
Κάθε καλώδιο έχει ένα όριο ισχύος το οποίο μπορεί να χειριστεί και το οποίο
εξαρτάται από τη συχνότητα, χωρίς να καταστραφεί. Το όριο αυτό έχει να κάνει
με την αντοχή του διηλεκτρικού σε υψηλές τάσεις και το ποσό της ενέργειας που
μπορεί να καταναλώσει το καλώδιο χωρίς να υπερθερμανθεί.
Τι είναι η χαρακτηριστική αντίσταση ομοαξονικού καλωδίου;
Είναι ένα μέγεθος που εξαρτάται από τη γεωμετρία του καλωδίου. Υπάρχουν
ομοαξονικοί αγωγοί χαρακτηριστικής αντίστασης 50Ohm και 75Ohm. Θα πρέπει
να χρησιμοποιούμε καλώδιο ίδιας χαρακτηριστικής αντίστασης με την αντίσταση
του φορτίου (κεραίας), αλλιώς δεν θα επιτύχουμε προσαρμογή. Αυτό σημαίνει
ότι τα ομοαξονικά των 75Ohm που χρησιμοποιούνται στους τηλεοπτικούς δέκτες είναι
ακατάλληλα για το WiFi.
Τύποι ομοαξονικών καλωδίων
Ο παρακάτω πίνακας δίνει την απώλεια σε dB/100m των πιο γνωστών τύπων
ομοαξονικών καλωδίων:
| Cable Type |
Diam |
K1 |
K2 |
144 MHz |
220 MHz |
450 MHz |
915 MHz |
1.2 GHz |
2.4 GHz |
5.8 GHz |
| LMR-100A |
2.67mm |
2.32669 |
0.00571 |
29.2 |
35.8 |
51.8 |
74.8 |
87.5 |
127.7 |
210.3 |
| RG-174 |
2.67mm |
|
|
|
|
|
|
|
246 |
|
| RG-58 |
4.95mm |
|
|
20.3 |
24.3 |
34.8 |
54.1 |
69.2 |
105.6 |
169.2 |
| LMR-200 |
4.95mm |
1.05287 |
0.00108 |
13.1 |
15.7 |
23.0 |
32.5 |
37.8 |
54.2 |
86.4 |
| LMR-195 |
4.95mm |
1.17086 |
0.00154 |
14.4 |
17.7 |
25.6 |
26.4 |
|
|
|
| LMR-240 |
6.1mm |
0.79426 |
0.00108 |
9.84 |
12.1 |
17.4 |
24.9 |
|
|
|
| 1/4 SuperFlex |
7.62mm |
|
|
7.32 |
8.92 |
12.9 |
18.6 |
|
|
|
| LMP-300 |
7.62mm |
0.62972 |
0.00108 |
7.9 |
9.5 |
13.8 |
20.0 |
|
|
|
| Helliax FSJ1 |
7.6mm |
|
|
7.31 |
|
12.89 |
18.66 |
|
|
|
| RG-8X |
|
|
|
15.4 |
19.7 |
28.2 |
42 |
52.8 |
75.8 |
134.2 |
| LMR-240 |
|
|
|
9.8 |
12.1 |
17.4 |
24.9 |
30.2 |
42.3 |
66.9 |
| RG-213/214 |
10.3mm |
|
|
9.2 |
11.5 |
17.1 |
26.2 |
33.1 |
49.9 |
93.8 |
| Belden 9913 |
10.3mm |
|
|
5.2 |
6.2 |
9.2 |
13.8 |
17.1 |
25.3 |
45.3 |
| LMR-400 |
10.3mm |
0.40123 |
0.00085 |
4.9 |
5.9 |
8.9 |
12.8 |
15.7 |
22.3 |
35.4 |
| 3/8" LDF |
|
|
|
4.3 |
5.2 |
7.5 |
11.2 |
13.8 |
19.4 |
26.6 |
| 3/8 SuperFlex |
10.5mm |
|
|
4.89 |
5.97 |
8.73 |
12.7 |
|
|
|
| LMR-500 |
12.7mm |
0.31691 |
0.00085 |
|
|
|
|
|
|
|
| 1/2 SuperFlex |
13.2mm |
|
|
4.23 |
5.18 |
7.61 |
11.2 |
|
|
|
| 1/2" LDF |
|
|
|
2.8 |
3.6 |
4.9 |
7.2 |
8.9 |
12.8 |
21.6 |
| LMR-600 |
15.0mm |
0.24788 |
0.00085 |
3.1 |
3.9 |
5.6 |
8.2 |
10.2 |
14.4 |
23.9 |
| Helliax FSJ4 |
16mm |
|
|
2.77 |
|
4.95 |
7.22 |
|
|
|
| LMR-900 |
22.1mm |
0.15929 |
0.00052 |
|
|
|
|
|
|
|
| 7/8" LDF |
|
|
|
1.5 |
2.1 |
2.7 |
3.9 |
4.9 |
7.5 |
12.5 |
| Helliax LDF5 |
27.7mm |
|
|
1.50 |
|
2.74 |
4.03 |
|
|
|
| LMR-1200 |
30.5mm |
0.122261 |
0.00052 |
|
|
|
|
|
|
|
| 1 1/4" LDF |
31.8mm |
|
|
1.1 |
1.4 |
2.0 |
3.0 |
3.6 |
5.6 |
9.2 |
| LDF6-50 |
39mm |
|
|
1.11 |
|
2.02 |
2.97 |
|
|
9.18 |
| 1 5/8" LDF |
41.2mm |
|
|
0.92 |
1.1 |
1.7 |
2.5 |
3.1 |
4.6 |
8.2 |
| LMR-1700 |
42.4mm |
0.08682 |
0.00052 |
|
|
|
|
|
|
|
Ένα υπολογιστήρι για τις απώλειες των καλωδίων :
http://www.timesmicrowave.com/cgi-bin/calculate.pl
Έτσι στους 2.4GHz:
Στην κατηγορία των πολύ ψιλών καλωδίων το RG174 έχει απώλεια 246dB/100m
ενώ το καλής ποιότητας LMR100A 128dB/100m.
Άρα για παράδειγμα το pigtail σύνδεσης της πλακέτας του DLink900+ με τον εξωτερικό
συνδετήρα μήκους 30cm εισάγει απώλεια 0.74dB (χωρίς τον συνδετήρα). Αντίθετα
τα καλής ποιότητας pigtails σύνδεσης των pcmcia καρτών σε Ν συνδετήρα μήκους
40cm εισάγει απώλεια 0.5dB (χωρίς τον συνδετήρα)
Στην κατηγορία των ψιλών καλωδίων 0.5cm διαμέτρου το RG58 έχει
απώλεια 106dB/100m ενώ το καλής ποιότητας LMR200 54.2dB/100m.
Έτσι ένα pigtail χαμηλής ποιότητας μήκους 1μ θα εισάγει απώλεια 1.06dB, ενώ
το αντίστοιχο υψηλής ποιότητας 0.5dB (χωρίς τον συνδετήρα).
Στην κατηγορία των μεσαίων καλωδίων 1cm διαμέτρου το RG213/214
έχει απώλεια 49.9dB/100m ενώ το καλής ποιότητας LMR200/H2000 22.3dB/100m.
Έτσι για καλώδιο μήκους 15μ RG213 η απώλεια θα είναι 7.5dB, ενώ με το καλής
ποιότητας LMR400 ια είναι 3.3dB (χωρίς τον συνδετήρα).
Στο παρακάτω σχήμα εικονίζεται η απώλεια ανά 100 μέτρα καλωδίου,
συναρτήσει της συχνότητας.
Οι καμπύλες αυτές είναι τυπικές για καλώδια καλής ποιότητας διαμέτρου 2.5μμ,
5μμ και 10μμ, όπως τα LMR
ή τα Η2000.
Ένας πρακτικός κανόνας είναι ότι οι ίδιες καμπύλες ισχύουν (με σχετική ακρίβεια)
για καλώδια χαμηλής ποιότητας όπως τα RG58 και RG213 αλλά για μικρότερη διάμετρο.
Έτσι για παράδειγμα ένα καλώδιο χαμηλής ποιότητας με διάμετρο 5μμ όπως το RG58
είναι ισοδύναμο με ένα καλής ποιότητας 2.5μμ, όπως το LMR100.
Ποιο είναι το μέγιστο μήκος καλωδίου;
Γενικά μπορεί η απώλεια που εισάγουν τα καλώδια να είναι τόσο μεγάλη, όσο μπορεί
να αντισταθμιστεί από το κέρδος των κεραιών.
Έτσι για παράδειγμα αν έχουμε ισχύ εκπομπής 0dBm, κέρδος κεραιών 20dB, απώλεια
κενού χώρου -93dB (1Km) και απαιτούμενη ισχύ στο δέκτη -65dBm (ώστε να είναι
20dB πάνω από το κατώφλι ενός ποιοτικού δέκτη) θα έχουμε:
0dBm + 20dB - 90dB + 20dB = -65dBm + X, Χ=15dB, άρα έχουμε περιθώριο για συνολικές
απώλειες καλωδίου και από τις δύο πλευρές 15dB. Να σημειωθεί ότι ακόμα και με
τετοιες απώλειες καλωδίου η ποιότητα ζεύξης θα είναι πάρα πολύ καλή. Έτσι θα
μπορούσαμε να έχουμε για παράδειγμα από 15μ RG213 σε κάθε πλευρά.
Το παραπάνω είναι ένα παράδειγμα πάντως κακής τακτικής. Ο λόγος είναι
ότι επιτρέπουμε τόσο μεγάλες απώλειες στο καλώδιο, ενώ αν οι απώλειες ήταν μικρές
θα μπορούσαμε να έχουμε χρησιμοποιήσει μικρότερες κεραίες ή/και μικρότερη
ισχύ εκπομπής, κάνοντας πολύ καλύτερη χρήση του φάσματος.
Άν για παράδειγμα χρησιμοποιήσουμε το LMR400, 100ft, έχουμε μια μείωση της ευαισθησίας
του δέκτη μας κατά 7dB
Δηλαδή ο καλός μας δέκτης Cisco ή κάτι παρόμοιο, αμέσως γίνεται ισοδύναμης
ευαισθησίας με έναν 3 φορές φτηνότερο δέκτη όπως του Dlink 900+ (που
όμως είναι μισό μέτρο από την κεραία)
Το συμπέρασμα ότι μεγάλου μήκους RF καλωδιώσεις πρέπει να αποφεύγονται, εκτός
αν μπορούμε να συμβιβαστούμε με τη μειωμένη ευαισθησία τοτυ δέκτη
Έχοντας μειωμένες ευαισθησίες δέκτη, οδηγούμαστε μοιραία σε μεγαλύτερες
ισχείς εκπομπής, άρα μεγαλύτερες παρεμβολές και σε
ρύπανση του φάσματος.
Ο πρακτικός κανόνας που χρησιμοποιείται στις μικροκυματικές ραδιοζεύξεις,
στην περίπτωση εμπορικής εφαρμογής είναι ότι η μέγιστη ανεκτή απώλεια είναι
3dB. Τέτοια απώλεια αντιστοιχεί σε 13μ καλής ποιότητας καλώδιο όπως
το LMR400 και κατά συνέπεια αυτό είναι το μέγιστο μήκος που θα πρέπει
να θεωρηθεί για μια εγκατάσταση επαγγελματικών προδιαγραφών. Εννοείται
βέβαι ότι και το pigtail και οι συνδετήρες πρέπει να είναι καλής ποιότητας -
χαμηλών απωλειών, όπως βέβαια και η ποιότητα της κάρτας (ευαισθησία).
Έτσι σαν πρακτικός κανόνας αν θελήσουμε να ορίσουμε κάποιες αυστηρές
προδιαγραφές για τις ζεύξεις μας είναι να θεωρήσουμε ότι τα καλώδια
θα εισάγουν όχι περισσότερο από 2.5dB. Επίσης με χρήσης καλών
συνδετήρων οι αντίστοιχες απώλειες είναι της τάξεως των 0.5dB και έτσι οι μέγιστη
απώλεια μεταξύ δέκτη και κεραίας να είναι 3dB. Με βάση αυτό το σκεπτικό το μέγιστο
επιτρεπόμενο μήκος καλωδίου είναι:
Μέχρι 10μ LMR400 ή μέχρι 5μ RG213 ή μέχρι 2μ RG58.
Εννοείται βέβαια ότι τα παραπάνω ισχύουν σε περίπτωση όπου χρησιμοποιούμε δέκτες
καλής ευαισθησίας. Στην περίπτωση που ο δέκτης δεν είναι καλής ποιότητας και
η παραμικρή απώλεια δεν θα πρέπει να γίνεται ανεκτή.
Πίνακας μετατροπής feet σε μέτρα:
|
1 ft
|
30.48 cm
|
|
1 m
|
3.28 ft
|
|
10 ft
|
3.048 m
|
|
10 m
|
32.8 ft
|
|
100 ft
|
30.48 m
|
|
100 m
|
328 ft
|
|