Matalahäviöinen koaksiaalikaapeli: LMR-, AL400- ja Belden-kaapelien vertailu

Matalahäviöinen koaksiaalikaapeli: LMR-, AL400- ja Belden-kaapelien vertailu

RF-järjestelmäinsinöörinä, joka on suunnitellut antennisyöttöjärjestelmiä tukiasemissa, laboratorioissa ja ulkoisissa langattomissa käyttöpaikoissa, olen nähnyt useita projekteja pysähtyneen silloin, kun näennäisen yksinkertainen kaapelivalinta muuttui monieräiseksi keskusteluksi hankintatiimin, asennustiimin ja RF-tiimin välillä. Pienihäviöinen koaksiaalikaapeli on yksi niistä tuoteryhmistä, joiden tekniset tiedot näyttävät harhaanjohtavasti yksinkertaisilta, mutta käytännön kompromissit LMR-, AL400- ja Belden-vaihtoehtojen välillä ovat mitä tahansa muuta kuin yksinkertaisia.

Tässä artikkelissa esitetään vertailukehys kolmelle yleisimmälle pienihäviöiselle koaksiaalikaapeliperheelle ammattimaisessa RF-käytössä. Tavoitteena on auttaa sinua rakentamaan päätöksentekokehys eikä edistää yhtä yksittäistä tuotetta – koska oikea valinta riippuu yhtaikaisesti taajuussuunnittelustasi, asennusympäristöstäsi ja budjettirajoituksistasi.

Mikä tekee koaksiaalikaapelista "alhaisen tappion" kaapelin?

Ennen merkkien vertailua on hyödyllistä ymmärtää, mitä erottaa alhaisen tappion koaksiaalikaapelin standardimalleista kuten RG-58 tai RG-8. Koaksiaalikaapelissa esiintyvät pääasialliset tappiomekanismit ovat johtimen resistanssi (ihonvaikutus korkeammilla taajuuksilla) ja eristeen tappio eristävässä materiaalissa sisä- ja ulkojohtimen välissä. Alhaisen tappion suunnittelut ratkaisevat molemmat ongelmat käyttämällä suurempihalkaisuista kiinteää kuparikeskusjohtinta, vaahtomaisen polyeteenin tai ilmavälistä eristettä, jolla on parempi häviökulmakerroin kuin kiinteällä PE:llä, sekä aaltomaisesti muovattua tai suurempihalkaisuista ulkojohtinta, joka vähentää pintaresistanssia.

Alussa koaksiaalikaapelien valinnassa keskityin ainoastaan datasheetissä ilmoitettuun pienimpään vaimennukseen metriä kohden. Näkökenttäni oli kuitenkin rajoitettu: kaapelien pienin taivutussäde asetti itsenäisen fyysisen rajoituksen, jota pienimmän vaimennuksen kaapelit eivät aina pystyneet täyttämään tiukkoihin ulkona sijoitettaviin koteloihin tai laiterumoihin.

LMR-sarja: joustava matalavaimentava kaapeli infrastruktuurisovelluksiin

Times Microwave -yrityksen LMR-kaapeliperhe on tullut insinöörien standardiviiteksi, kun he määrittelevät matalavaimentavia 50-ohmin koaksiaalikaapeleita. Perheen yleisimmin määritelty jäsen, LMR-400, käyttää kiinteää alumiinista ulkokuorta, joka on liimattu polyeteeniverhoon, vaahtomaisesta polyeteenistä tehtyä eristettä ja kiinteää kuparista keskikuorta. 50 ohmin impedanssilla LMR-400:n julkaistu vaimennus on noin 3,2 dB 100 jalkaa kohden taajuudella 900 MHz ja noin 10,8 dB 100 jalkaa kohden taajuudella 5,8 GHz.

LMR:n erottaa vanhemmat alhaisen tappion vaihtoehdot sen ulkona käytettävän, UV-suojaavan verhokkeen ja sen joustavuusaste, joka mahdollistaa kaartumien seuraamisen – jäykät aaltomaiset rakenteet eivät pysty tähän. LMR-400:n pienin taivutussäde on noin 1 tuuma, mikä tekee siitä yhteensopivan useimpiin ulkoisiin syöttökaapelointeihin ja laiteruumien pätkäyssovelluksiin ilman erityisiä taivutustyökaluja.

Ostotiimeille, jotka hankkivat LMR400-matalahäviöistä 50 ohmin koaksiaalikaapelia tukiasemien syöttöön tai langattomien infrastruktuuriprojektien käyttöön, on suositeltavaa varmistaa, että liittimen kokoonpanossa käytetään valmistajan suosimia päättelyvarusteita – LMR-sarjan liittimet vaativat erityisiä puristus- tai tiivistystyökaluja, jotta saavutetaan liittimen rajapinnassa ilmoitettu sisäinen häviö ja kosteuskestävyys.

AL400: kustannustehokas vaihtoehto, jonka tappoprofiili on samankaltainen

AL400 on suora toiminnallinen vastine LMR-400:lle ulkohalkaisijan (noin 0,405 tuumaa), impedanssin (50 ohmia) ja vaimennusprofiilin osalta. Pääero on rakenteessa: AL400 käyttää yleensä alumiinifoliota ulkoisena johtimena sen sijaan, että se käyttäisi LMR:n kiinnitettyä alumiinia, ja eristeiden yhdiste voi vaihdella valmistajien kesken.

Hyvin valmistetun AL400- ja standardin LMR-400-kaapelin vaimennusero on merkityksetön useimmille käytännön infrastruktuurisovelluksille taajuusalueella 400 MHz–2,5 GHz. Erot tulevat esiin pitkän aikavälin UV- ja ympäristösuorituskyvyssä, liittimien päätteiden yhdenmukaisuudessa sekä eri tuotantoerien sähköisessä vakausominaisuudessa. Jos sovelluksessasi käytetään hallittua sisäistä ympäristöä tai kaapeli on hyvin suojattu putkessa, AL400 tarjoaa yhtä hyvän sähköisen suorituskyvyn alhaisemman yksikköhinnan kustannuksella. Suoraan maahan haudattaviin tai ulkokäyttöön altistettaviin kaapelointeihin ulkokuoren ja ulkoisen johtimen materiaalimäärittely muodostaa merkityksellisen luotettavuuseron usean vuoden käyttöiän aikana.

Belden 9913 ja 9913F7: Vakiintuneet suorituskyvyn standardit

Belden 9913 on 50 ohmin alhainen tappio koaksiaalikaapeli, joka on vanhempi kuin LMR-perhe ja jota käytetään edelleen laajalti harrastajaratkaisuissa, ammattimaisessa ääniradiotekniikassa ja vanhoissa infrastruktuurisovelluksissa. Mallissa 9913 keskijohdin on kiinteä kupari ja ulkojohdin koostuu foliosta ja punoksesta, kun taas mallissa 9913F7 keskijohdin on punottu, mikä parantaa joustavuutta.

Belden 9913:n liitoshäviö on verrattavissa LMR-400:n liitoshäviöön VHF- ja alempien UHF-taajuusalueiden osalta. Korkeammilla taajuuksilla 9913F7:n punottu keskijohdin aiheuttaa hieman suuremman resistiivisen häviön kuin tavallisen 9913:n tai LMR-400:n kiinteä keskijohdin. Sovelluksissa, joissa käytetään 2,4 GHz:n ja korkeampia taajuuksia, tämä ero – noin 5–10 % suurempi vaimennus F7-mallissa – voi vaikuttaa linkkibudjetin pienessä marginaalissa.

Beldenin etulyöntiasema on liittimien ekosysteemin syvyys ja usean valmistajan laitteiden keskinäinen yhteensopivuus. Järjestelmissä, joissa tietty liitinlaitteisto ja toimittajan kelpoisuus on jo määritelty, Belden 9913 -yhteensopivia päättelylaitteita on saatavilla laajalta valikoimalta toimittajia, mikä voi vähentää lisälaitteiden hankintaaikaista viivettä.

Vaimennuksen vertailu keskeisillä taajuuksilla

Nämä luvut ovat likimääräisiä, ja niiden tarkistaminen nykyisten valmistajien teknisten tietolehtien perusteella on suositeltavaa tehdä erityisesti käytettävälle taajuussuunnitelmalle. Tietolehden ilmoittama liitosvaimennus on hyvä lähtökohta – itse asiassa se on pikemminkin alaraja – koska kenttäasennetun järjestelmän suorituskyky riippuu siitä, kuinka monta liitintä ketjussa on ja miten ne on päätetty sekä kiristetty.

50 Ω vs. 75 Ω: Sovitetaan impedanssi sovellukseen

Yllä oleva vertailu kattaa ainoastaan 50 ohmin kaapelit, mikä on oikea valinta ammattimaisiin RF-siirtojärjestelmiin, mukaan lukien tukiasemien syöttökaapelit, amatööriradiolaitokset, Wi-Fi-infrastruktuuri sekä mikroaaltokaapelit takaisinkuljetukseen ja pistepisteyhteyksiin. 50 ohmin standardi optimoi tehonkäsittelyn ja signaalihäviön tasapainon lähetys-vastaanottosysteemeissä.

Videojakeluun, CCTV-järjestelmiin ja kaapellevision infrastruktuuriin liittyvä standardi on 75 ohmia, jossa RG6-kaapelit ja niiden liittimet (F-tyyppiset, BNC 75 ohmin) ovat yleisesti käytössä. RG59-siamese-kaapeli – joka yhdistää RG59-koaksiaalikaapelin ja virtaparin yhdeksi eristetyksi kaapeliksi kameran virran ja signaalin siirtoon – on yleinen valinta analogisissa CCTV-asennuksissa, joissa kaapelointipituudet ovat lyhyitä ja alhainen häviö on toissijainen verrattuna yhdistetyn virran ja signaalin siirron käytettävyyteen.

Jos sovelluksessasi käytetään sekä 50 ohmin radioaaltojen (RF) lähetystä että 75 ohmin videonjakelua, kyseessä ovat kaksi erillistä kaapeliperhettä, joiden impedanssiominaisuudet eivät ole yhteensopivia. Niiden sekoittaminen signaaliketjuun ilman impedanssien sovittamista aiheuttaa heijastuksia, jotka VSWR-mittaukset paljastavat välittömästi.

Asennusnäkökohdat: taipumissäde ja liittimen päättäminen

Ennen kuin määrittelet mitään vähän tappavaa koaksiaalikaapelia, varmista, että pienin sallittu taipumissäde vastaa todellista reititysgeometriaasi. LMR-400:n pienin yksittäinen taipumissäde on noin 1 tuuma ja pienin toistettava taipumissäde noin 4 tuumaa. Mikroaaltokaapelien reitityksessä laiterakennetta sisällä tai kapeissa putkissa tämä tarkoittaa, että LMR-400 on käsiteltävissä, mutta se ei ole yhtä suvaitseva kuin pienempiä halkaisijoita olevat kaapelit. AL400:n taipumissäde vastaa yleensä LMR-400:n taipumissädettä, koska ulkohalkaisijat ovat samankokoisia.

Liittimen valinta on sovitettava kaapelin ulkohalkaisijaan ja eristysmateriaaliin. Valmistajan suosittelemattomien liitin työkalujen käyttö LMR-tyyppisissä kaapeleissa on yksi yleisimmistä syistä korkealle VSWR-arvolle kenttäasennuksissa – puristus- tai taittokonfiguraatio on kaapelikohtainen, ja virheellisesti päätetty pää aiheuttaa heijastuksen, jota itse kaapeli ei aiheuttaisi.

Minkä alhaisen tappion koaksiaalikaapelin tulisi valita?

Jos ensisijainen rajoitustekijäsi on ulkoisen ympäristön vaikutus ja taajuusalueen kattavuus 5,8 GHz:iin saakka, LMR-400 tarjoaa todistetumman yhdistelmän UV-kestävästä eristekerroksesta, kiinteän johtimen häviösuorituksesta ja liittimien työkalujen saatavuudesta. Jos rajoitustekijänä on yksikköhinta suurilla infrarakentamistilauksilla suojatussa tai sisäisessä ympäristössä, AL400 tarjoaa vertailukelpoisen sähköisen suorituskyvyn alhaisemmassa hinnassa, mutta varmista toimittajan eristekerroksen ja ulkoisen johtimen määrittelyt ennen suuren tilauksen vahvistamista. Jos sovelluksesi kuuluu VHF–UHF-taajuusalueelle ja sinulla on jo Belden-yhteensopiva liitininfrastruktuuri, Belden 9913 on edelleen teknisesti kilpailukykyinen vaihtoehto – määrittele vain 9913 eikä 9913F7, jos liitännän häviö 2,4 GHz:n taajuudella tai sen yläpuolella vaikuttaa linkin budjetointiin.

Yhtä kaikkia koskevaa, ylivoimaista vähän häviöistä olevaa koaksiaalikaapelia ei ole olemassa – oikea valinta riippuu taajuussuunnittelustasi, asennusympäristöstäsi ja jo kvalifioimistasi liittimen työkaluista. Tärkeintä on tehdä päätös häviöarvojen, taivutussäteen rajojen ja ympäristöluokituksen perusteella ennen kuin kaapeli saapuu paikalle, ei sen jälkeen.