کابل ریز RG-174: برای استفاده در پیگ‌تیل و برد مدار چاپی

طراحی دستگاه‌های بی‌سیم کوچک، نیازمند انتخاب‌های دقیق در مسیریابی سیگنال‌های با فرکانس بالا از میان فضاهای محدود است. با کوچک‌تر شدن پوشش‌های الکترونیکی، خطوط کواکسیال ضخیم سنتی دیگر قابل خم‌شدن دور بسته‌های داخلی باتری، کابل‌های ریبون نمایشگر و برد‌های مدار چاپی نیستند. کابل کواکسیال RG174 ترکیبی ایده‌آل از ضخامت کم، انعطاف‌پذیری بسیار بالا و امپدانس پایدار ۵۰ اهم ارائه می‌دهد و به‌همین دلیل راه‌حلی مورد اعتماد برای سیم‌کشی RF داخلی در فواصل کوتاه است.

درک محدودیت‌های مکانیکی، منحنی‌های تضعیف الکتریکی و بهترین روش‌های انتهایی‌سازی برای کابل کواکسیال RG174، به تیم‌های طراحی سخت‌افزار اجازه می‌دهد تا یکپارچگی سیگنال را حفظ کنند، در حالی که عوامل شکل‌دهنده دستگاه را نازک نگه می‌دارند. از ردیاب‌های اینترنت اشیا پوشیدنی تا نقطه‌های دسترسی تجاری وای‌فای، استفاده از یک مجموعه کابل کواکسیال باکیفیت روی برد مدار چاپی، افت غیرمنتظره بودجه پیوند را جلوگیری می‌کند.

ساختار مکانیکی و عملکرد الکتریکی

ارزیابی هر کاربردی از RG174 با بررسی لایه‌های فیزیکی آن آغاز می‌شود. کابل هم‌محور RG174 دارای قطر جلبه‌ی بیرونی تقریبی ۰٫۱۱۰ اینچ (۲٫۸ میلی‌متر) است که امکان خم‌شدن آن در شعاع‌های بسیار کوچک را فراهم می‌کند، در حالی که کابل‌های بزرگ‌تر در این شرایط می‌شکنند یا ترک می‌خورند.

• طراحی هادی : هادی مرکزی از سیم فولادی روی‌آغشته‌شده با مس با ۷ رشته تشکیل شده و قطری تقریبی ۰٫۰۱۹ اینچ دارد. طراحی رشته‌ای، مقاومت در برابر خستگی را بهبود می‌بخشد و امکان خم‌شدن مکرر در حین نگهداری دستگاه را بدون شکستن رشته‌های مسی داخلی فراهم می‌کند.
• لایه دی‌الکتریک : دی‌الکتریک پلی‌اتیلنی جامدی دور هادی مرکزی قرار گرفته تا فاصله‌ی هندسی یکنواختی حفظ شود و امپدانس مشخصه‌ی ثابت ۵۰ اُهم را تأمین کند.
• پوشش محافظتی : پوشش بافت‌شده‌ی مس آبکارشده با پوششی ۹۵ درصدی سیگنال‌های داخلی را در برابر تداخل الکترومغناطیسی (EMI) از محیط خارج محافظت می‌کند و از نشت سیگنال‌های فرکانس بالا به خطوط مدار مجاور جلوگیری می‌نماید.
• محافظت جلبه‌ی بیرونی پوشش پی‌وی‌سی مقاوم، لایه‌های داخلی را در حین مسیریابی و نصب در برابر رطوبت، سایش و تنش مکانیکی محافظت می‌کند.

از آنجا که کابل هم‌محور آر‌جی۱۷۴ دارای عایق نازکی است، سطح تضعیف با افزایش فرکانس به‌سرعت بیشتر می‌شود؛ در مقایسه با خطوط هم‌محور ضخیم‌تر. در فرکانس ۱۰۰ مگاهرتز، تلفات حدود ۵٫۵ دسی‌بل در هر ۱۰۰ فوت است. در فرکانس ۴۰۰ مگاهرتز، تلفات به ۱۳٫۵ دسی‌بل در هر ۱۰۰ فوت افزایش می‌یابد و در فرکانس ۱ گیگاهرتز به نزدیک ۲۲ دسی‌بل در هر ۱۰۰ فوت می‌رسد. اگرچه این اعداد تلفات در طول‌های بلند کابل بالا به نظر می‌رسند، اما کاربردهای رایج پیگ‌تیل‌های ریزهم‌محور معمولاً از طول‌های کوتاهی بین ۲ تا ۱۲ اینچ استفاده می‌کنند. در یک پرشِ ۶ اینچی، تلفات کلی درجی در فرکانس ۹۰۰ مگاهرتز کمتر از ۰٫۲ دسی‌بل باقی می‌ماند؛ بنابراین این کابل انتخابی کارآمد برای اتصالات داخلی بین برد و شاسی است.

ارزیابی گزینه‌های کابل: آر‌جی۱۷۴ در مقابل آر‌جی ۵۹ یو

انتخاب خط انتقال مناسب نیازمند تطبیق ابعاد کابل و خواص الکتریکی آن با نیازهای سیستم است. مقایسهٔ کابل هم‌محور RG174 با امپدانس ۵۰ اهم با کابل هم‌محور RG59 U با امپدانس ۷۵ اهم نشان‌دهندهٔ اهمیت حیاتی تطبیق امپدانس در زمان انتخاب کابل هم‌محور برای برد مدار چاپی (PCB) است.

جایگزینی کابل هم‌محور RG 59 U در یک مدار رادیویی استاندارد با امپدانس ۵۰ اهم، ناپیوستگی‌های امپدانسی قابل توجهی ایجاد می‌کند. این عدم تطبیق، نسبت موج ایستا ولتاژ (VSWR) را افزایش داده و منجر به بازتاب سیگنال می‌شود؛ که این امر برد بی‌سیم را کاهش داده و توان فرستنده را هدر می‌دهد. علاوه بر این، قطر بزرگ‌تر ۰٫۲۴۲ اینچی کابل هم‌محور RG 59 U آن را برای مسیرهای پیگ‌تیل میکروکواکسیال در فضاهای بسیار محدود داخل پوشش دستگاه‌های کوچک نامناسب می‌سازد.

طراحی پیگ‌تیل‌های میکروکواکسیال برای پوشش‌های کوچک

پیگ‌تیل میکروکواکسیال نقش پلی میانی را ایفا می‌کند که اتصال‌دهنده‌های RF نصب‌شده روی برد مدار چاپی را به فیتینگ‌های محکم خارجی نوع بلک‌هد که روی دیواره پوشش نصب شده‌اند، متصل می‌سازد. گزینه‌های رایج پیکربندی، ترکیب اتصال‌دهنده‌های فوق‌العاده ریز U.FL یا IPEX در یک سر را با اتصال‌دهنده‌های SMA، MCX یا MMCX قابل نصب روی پنل در سر دیگر انجام می‌دهند.

در طراحی دستگاه‌های اینترنت اشیا قابل حمل، فاصله بین برد اصلی مدار و پوسته خارجی اغلب تنها چند میلی‌متر است. استفاده از کابل هم‌محور انعطاف‌پذیر RG174 برای سرآغاز کوتاه میکرو هم‌محور (micro coax pigtail)، به تکنسین‌ها اجازه می‌دهد مسیرهای سیگنال را از میان شیارهای باریک اطراف جعبه‌های محافظ (shielding cans) و حوزه‌های باتری هدایت کنند. هسته رشته‌ای انعطاف‌پذیر این کابل می‌تواند شعاع خمش بسیار کوچکی را تحمل کند، بدون اینکه تنش مکانیکی بیش از حدی بر دریافت‌کننده‌های ظریف نصب‌شده روی سطح (U.FL receptacles) وارد کند.

طراحی انتقال برد مدار چاپی و زمین‌کردن محافظ

اتصال مستقیم کابل هم‌محور RG174 به برد مدار نیازمند هندسه دقیق راه‌اندازی (launch geometry) است تا از القای ناخواسته و افزایش تلفات بازگشتی (return loss spikes) جلوگیری شود.

• طول رساناهای بدون محافظ را کوتاه نگه دارید : با برداشتن پوشش خارجی و محافظ بافتی (braid shield)، هادی مرکزی آشکار می‌شود. نگه‌داشتن طول هادی مرکزی آشکارشده کمتر از ۱٫۵ میلی‌متر، القای سری ناخواسته را در فرکانس‌های بالاتر به حداقل می‌رساند.
• زمین‌کردن محکم را تضمین کنید : محافظ بافتی مسی آبکارشده (tinned copper braid shield) را مستقیماً به صفحه زمین برد مدار (PCB ground plane) در هر دو طرف ردیف سیگنال، با استفاده از پدهای لحیم‌کاری گسترده، زمین کنید.
• از اتصال‌دهنده‌های اختصاصی استفاده کنید : در مواردی که لحیم‌کاری مستقیم عملی نیست، اتصال‌دهنده‌های لبه‌ای SMA، اتصال‌دهنده‌های سطحی MCX یا اتصال‌دهنده‌های قابل فشردن U.FL که برای رابط‌های کابل‌های هم‌محوری برد مدار چاپی طراحی شده‌اند، انتقال‌های پایدار امپدانس را فراهم می‌کنند.

کیفیت تولید و تضمین مونتاژ

قابلیت اطمینان بلندمدت در هر کاربردی از RG174 به روش‌های دقیق انتهایی‌سازی بستگی دارد. از آنجا که موصل‌های موجود در پیگ‌تیل هم‌محوری ریز هستند، فشردن دستی اغلب منجر به عمق متغیر پین، لغزش بافت رویه‌ای یا تماس نامنظم در اثر ارتعاشات فیزیکی می‌شود. تجهیزات فشردن خودکار با ارتفاع قالب‌های کالیبره‌شده، حفظ مکانیکی یکنواخت و تلفات ورودی پایین را در تمام دفعات تولید تضمین می‌کنند.

سازندگان دقیق کابل‌های هم‌محور مانند WORLDPEAK، تولیدکنندگان تجهیزات سخت‌افزاری جهانی را با مجموعه‌های کابلی هم‌محور RG174 و طراحی‌های پیگ‌تیل میکرو هم‌محور سفارشی پشتیبانی می‌کنند. WORLDPEAK با حفظ زیرساخت‌های کاملاً خودکار برای لایه‌برداری کابل، قلع‌کشی دقیق و آزمون‌های VNA، مجموعه‌های کابلی هم‌محور مخصوص برد (PCB) را با طول، اتصال‌دهنده و مشخصات سپرینگ دقیقاً مطابق درخواست تأمین می‌کند. هر مجموعه قبل از ارسال، تحت بازرسی کامل از نظر پیوستگی و VSWR قرار می‌گیرد تا عملکرد بی‌سیم قابل اعتمادی برای دستگاه‌های اینترنت اشیا (IoT)، مخابرات و الکترونیک صنعتی در سراسر جهان فراهم شود.