สายโคแอ็กเซียล LMR-400: คุณสมบัติการสูญเสียต่ำและกรณีการใช้งาน

ในโทรคมนาคมไร้สาย ระบบเครือข่ายเสาอากาศแบบกระจาย (DAS) สถานีภาคพื้นดินสำหรับดาวเทียม และระบบส่งสัญญาณไมโครเวฟความถี่สูง การเลือกสายส่งสัญญาณ (feeder line) มีผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพโดยรวมของลิงก์ การที่ความถี่ในการทำงานเพิ่มขึ้นเข้าสู่ช่วงยูเอชเอฟส่วนบนและช่วงเชฟ (SHF) ทำให้การลดทอนสัญญาณ (signal attenuation) บนระยะทางสายยาวกลายเป็นปัจจัยหลักที่ส่งผลต่องบประมาณลิงก์ของระบบทั้งหมด สาย coax Lmr 400 ได้รับการยอมรับในฐานะมาตรฐานอุตสาหกรรมระดับโลกสำหรับสายส่งสัญญาณ 50 โอห์มที่มีการสูญเสียต่ำ ซึ่งเข้ามาแทนที่สายส่งแบบเก่าที่ใช้ทองแดงแบบรีดเป็นรอยหยักและสายแบบฉนวนแข็งขนาดใหญ่ การติดตั้งสายส่งประสิทธิภาพสูงชนิดนี้จำเป็นต้องมีความเข้าใจอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับองค์ประกอบโลหะของตัวนำ คุณสมบัติของวัสดุฉนวน ขีดจำกัดการโค้งแบบไดนามิก และวิธีการต่อเชื่อมตัวเชื่อม (connector termination)

การมอง แอลเอ็มอาร์ 400 สายโคแอ็กเซียล 50 โอห์ม เป็นเพียงสินค้าฮาร์ดแวร์ที่แยกจากกันมักก่อให้เกิดการสูญเสียการแทรก (insertion loss) ที่ไม่คาดคิด อัตราส่วนคลื่นนิ่งแรงดันไฟฟ้า (VSWR) สูงผิดปกติ และการรั่วซึมของสภาพอากาศเข้าสู่อุปกรณ์ก่อนเวลาอันควร การติดตั้งอุปกรณ์ความถี่วิทยุ (RF) อย่างแม่นยำจำเป็นต้องคำนึงถึงสมดุลระหว่างประสิทธิภาพทางแม่เหล็กไฟฟ้ากับข้อจำกัดด้านการบรรจุภัณฑ์เชิงกล

สถาปัตยกรรมทางกายภาพและคุณสมบัติไดอิเล็กทริกของ LMR-400

ลักษณะการลดสัญญาณที่เหนือกว่าของ สาย coax Lmr 400 เกิดจากโครงสร้างแบบคอมโพสิตที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ สายโคแอกเซียลแบบยืดหยุ่นแบบดั้งเดิมใช้ฉนวนพอลิเอทิลีนแบบแข็งและชั้นถักลวดโลหะแบบเดี่ยว ซึ่งก่อให้เกิดการสูญเสียแบบความจุอย่างมากและการรั่วไหลของคลื่นวิทยุที่ความถี่สูงกว่า 1 กิกะเฮิร์ตซ์

มาตรฐาน lmr 400 cable ใช้ตัวนำกลางทำจากอะลูมิเนียมเคลือบทองแดงบริสุทธิ์ (BCCAI) ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 2.74 มิลลิเมตร (0.108 นิ้ว) ที่ความถี่วิทยุ กระแสไฟฟ้าจะไหลอยู่เกือบทั้งหมดในชั้นผิวบางเฉียบด้านนอกของทองแดงบริสุทธิ์ เนื่องจากปรากฏการณ์ skin effect ส่วนแกนกลางที่ทำจากอะลูมิเนียมซึ่งมีน้ำหนักเบาช่วยลดน้ำหนักรวมของสายเคเบิลลง ขณะเดียวกันก็รักษาความแข็งแรงดึงและความสามารถในการนำไฟฟ้าไว้ได้สูง

แกนกลางถูกล้อมรอบด้วยแกนฉนวนโฟมโพลีเอทิลีนแบบเซลล์ปิด (FPE) ที่ฉีดก๊าซเข้าไป ด้วยการแทรกฟองก๊าซไนโตรเจนเฉื่อยขนาดจุลภาคลงในวัสดุฉนวน ค่าคงที่ของฉนวนโดยรวมจึงลดลงอย่างมาก ส่งผลให้อัตราการแพร่กระจายสัญญาณสูงถึงร้อยละ 85 และลดปัจจัยการสูญเสียพลังงานจากฉนวนเมื่อเปรียบเทียบกับฉนวนชนิดแข็ง

• ชั้นโลหะป้องกันภายในหลัก: ใช้แถบอะลูมิเนียมความหนาแน่น 100% ยึดติดโดยตรงกับแกนฉนวนโฟม เพื่อกันการรั่วไหลของสัญญาณความถี่สูง (RF)

• ชั้นโลหะป้องกันภายนอกรอง: ใช้ลวดทองแดงชุบดีบุกเบอร์ 34 AWG ถักเป็นโครงข่าย ให้พื้นที่คลุมแสงได้ 85 ถึง 90% เพื่อให้มีการต่อกราวด์เชิงกลอย่างต่อเนื่อง

• ปลอกป้องกันภายนอกกันสภาพอากาศ: ทำจากโพลีเอทิลีน (PE) สีดำ ไม่ก่อให้เกิดมลพิษ และทนต่อรังสี UV ออกแบบมาเพื่อทนต่อแสงแดดโดยตรง โอโซน และการฝังใต้ดินได้นานหลายทศวรรษ

โครงสร้างการป้องกันแบบสองชั้นนี้ให้ประสิทธิภาพการป้องกันอย่างต่อเนื่องสูงกว่า 90 เดซิเบล ซึ่งป้องกันไม่ให้เกิดสัญญาณรบกวนข้าม (cross-talk) ในถาดอุปกรณ์ที่จัดเรียงแน่นหนา และแยกเส้นทางรับสัญญาณที่ไวต่อการรบกวนออกจากสัญญาณรบกวนแวดล้อมที่มีกำลังสูง

เปรียบเทียบสาย LMR-400 มาตรฐาน กับสาย LMR-400 UltraFlex

ผู้รวมระบบมักพบกับข้อจำกัดด้านพื้นที่ภายในตัวเรือนอุปกรณ์ที่คับแคบ ตัวหมุนเสาอากาศแบบไดนามิก และโครงสร้างเสาแบบปรับมุมได้ ซึ่งความแข็งแรงเชิงกลของสายแบบมาตรฐาน lmr 400 cable ทำให้การติดตั้งเป็นไปได้ยาก lmr 400 ultraflex ดังนั้น การพิจารณาใช้สายรุ่น

ความแตกต่างเชิงกลหลักอยู่ที่องค์ประกอบของตัวนำภายในและวัสดุโพลิเมอร์ของปลอกภายนอก:

มาตรฐาน สาย coax Lmr 400 ใช้ตัวนำกลางแบบ BCCAI ชนิดแข็ง คู่กับปลอกภายนอกจากพอลิเอทิลีนกึ่งแข็ง โครงสร้างนี้ออกแบบมาเพื่อการติดตั้งถาวรแบบคงที่ โดยสายจะไม่ถูกเคลื่อนย้ายหรือดัดโค้งระหว่างการเดินสายบนราววางสายหรือตามแนวเสา

และกลับกัน lmr 400 ultraflex มีตัวนำกลางแบบลวดทองแดงเปลือยแบบถัก (ประกอบด้วยลวดทองแดงขนาด 0.95 มม. จำนวน 7 เส้น) และปลอกภายนอกทำจากเทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์ (TPE) ที่ยืดหยุ่นสูง แกนกลางแบบถักและปลอกแบบยางช่วยให้สายเคเบิลสามารถโค้งงอรอบสิ่งกีดขวางที่แคบได้โดยไม่เกิดการแข็งตัวของโลหะจากการใช้งานซ้ำ

แม้ว่า lmr 400 ultraflex ให้ความยืดหยุ่นเชิงกลเหนือกว่าสำหรับสถานีติดตามแบบเคลื่อนที่และสายเชื่อมต่อชั่วคราว แต่แกนกลางแบบเป็นเกลียวทำให้เกิดความต้านทานสัญญาณวิทยุสูงขึ้น สำหรับการเดินสายส่งสัญญาณแบบยาวต่อเนื่อง ให้ใช้แบบมาตรฐาน แอลเอ็มอาร์ 400 สายโคแอ็กเซียล 50 โอห์ม ยังคงเป็นตัวเลือกที่นิยมมากที่สุดเพื่อรักษาขอบเขตสัญญาณให้สูงสุด

การเปรียบเทียบประสิทธิภาพอย่างครอบคลุมระหว่างสายโคแอกเชียลแต่ละประเภท

ประเมิน lmr 400 cable เมื่อเปรียบเทียบกับสายโคแอกเชียลแบบดั้งเดิมซีรีส์ RG และมาตรฐานสายโคแอกเชียลแบบยืดหยุ่น จะช่วยชี้ชัดถึงข้อแลกเปลี่ยนระหว่างความหนาของตัวสาย ความแข็งแรงในการจัดการ และการรักษาคุณภาพสัญญาณในแถบความถี่ต่าง ๆ

กำลังติดตั้งตามมาตรฐาน สาย coax Lmr 400 การใช้สายเคเบิลแบบมาตรฐานบนระยะทาง 100 ฟุตที่ความถี่ 2.4 GHz จะช่วยประหยัดพลังงานสัญญาณวิทยุ (RF) ได้มากกว่า 8 เดซิเบล เมื่อเทียบกับสาย RG-213 รุ่นเก่า ทำให้ส่งกำลังสัญญาณไปยังขั้วต่อของเสาอากาศได้มากกว่าหกเท่า

การคำนวณงบประมาณการเชื่อมต่อและการเปลี่ยนแปลงการลดทอนตามความถี่

การวางแผนระยะสำรองการเชื่อมต่อ (link margin) อย่างแม่นยำ จำเป็นต้องสร้างแบบจำลองการสูญเสียรวม (total insertion loss) ตลอดทั้งเส้นทางการส่งสัญญาณ ก่อนดำเนินการติดตั้งจริง การคำนวณการสูญเสียรวมของสายส่ง (feeder loss) ประกอบด้วยตัวแปรหลักสามประการ ได้แก่

• การลดทอนของสายเคเบิลพื้นฐานในช่วงสเปกตรัมการทำงานเฉพาะ คูณด้วยความยาวรวมของเส้นทาง

• การลดทอนจากการต่อเชื่อม (junction insertion loss) ที่เกิดจากขั้วต่อปลายทาง ตัวแปลงแผงควบคุม (panel adapters) และเครื่องป้องกันฟ้าผ่าแบบต่อแบบอนุกรม (inline lightning surge arrestors)

• การสูญเสียจากความไม่สอดคล้องกัน (mismatch losses) ซึ่งเกิดจากค่า VSWR ที่สูงเกินไป ณ จุดต่อระหว่างอุปกรณ์ที่ไม่เข้ากัน

ที่ความถี่ไมโครเวฟที่สูงขึ้น ความลึกของกระแสไหลผิว (conductor skin depth) จะแคบลง ส่งผลให้การลดทอนเพิ่มขึ้นแบบไม่เป็นเชิงเส้น ตัวอย่างเช่น สายเคเบิลความยาว 50 เมตร แอลเอ็มอาร์ 400 สายโคแอ็กเซียล 50 โอห์ม ลดสัญญาณลงประมาณ 4.5 เดซิเบล ที่ความถี่ 900 เมกะเฮิร์ตซ์ แต่การลดสัญญาณเพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 10.5 เดซิเบล ที่ความถี่ 2.4 กิกะเฮิร์ตซ์ และเกิน 17.0 เดซิเบล ที่ความถี่ 5.8 กิกะเฮิร์ตซ์

เมื่อเครื่องส่งสัญญาณกำลังสูงทำงานเข้าสู่ lmr 400 cable ค่า VSWR ที่สูงเกินไปจะก่อให้เกิดพลังงานที่สะท้อนกลับ ซึ่งสร้างจุดยอดแรงดันคลื่นนิ่งแบบเฉพาะที่บริเวณหนึ่งๆ จุดยอดแรงดันเหล่านี้ทำให้เกิดความร้อนสะสมในวัสดุฉนวนอย่างเข้มข้น ส่งผลให้วัสดุเสื่อมสภาพจากความร้อนเร็วขึ้นภายในตู้ติดตั้งภายนอก ดังนั้น จึงจำเป็นต้องรักษาระดับ VSWR แบบปลายต่อปลายให้ต่ำกว่า 1.20:1 ตลอดช่วงความถี่ที่ใช้งาน เพื่อให้สามารถรองรับกำลังไฟฟ้าแบบต่อเนื่องตามค่าที่ระบุไว้ได้

การต่อเชื่อมขั้วต่อแบบแม่นยำและการจับคู่อินเทอร์เฟซ

สายเคเบิลชนิด สาย coax Lmr 400 ต้องใช้ขั้วต่อโคแอกเซียลแบบพิเศษที่ออกแบบมาให้สอดคล้องกับเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกขนาด 10.29 มิลลิเมตร และแกนกลางแบบแข็งขนาด 2.74 มิลลิเมตร โดยขั้วต่อมาตรฐานแบบ RG-8 หรือ RG-213 จะไม่สามารถสวมเข้ากับชั้นโลหะหุ้มแบบบอนด์ฟอยล์ได้อย่างเหมาะสม ส่งผลให้ชั้นโลหะหุ้มฉีกขาดและเกิดความไม่ต่อเนื่องของอิมพีแดนซ์แบบเฉพาะที่

• การเลือกอินเทอร์เฟซ: ระบบอุตสาหกรรมโดยทั่วไปใช้ขั้วต่อแบบ N-Type, TNC, SMA หรือ 7/16 DIN ซึ่งได้รับการรับรองให้ใช้งานไมโครเวฟอย่างต่อเนื่อง

• การยึดหมุดศูนย์กลาง: ขั้วต่อแบบแม่นยำมีหมุดศูนย์กลางทำจากทองเหลืองหรือเบริลเลียมคอปเปอร์ชุบทองแบบถูกยึดแน่น สามารถบัดกรีหรือจับยึดแบบ hex-crimp โดยตรงกับตัวนำ BCCAI ได้

• การยึดสายถักภายนอกให้ต่อพื้น: กลไกแคลมป์สองชิ้นหรือปลอก crimp ferrule แบบปรับค่าความตึงได้จะบีบสายถักภายนอกให้แนบสนิทกับปลอกตัวเชื่อมที่มีผิวหยาบ (knurled) เพื่อสร้างการต่อพื้นแบบ 360 องศา โดยไม่ทำให้ฉนวนโฟมด้านในเสียหาย

• ปะเก็นอินเทอร์เฟซ: โอ-ริงซิลิโคนแบบบูรณาการจะปิดผนึกกลไกการเชื่อมต่อของขั้วต่อ เพื่อป้องกันไม่ให้น้ำจากสิ่งแวดล้อมซึมผ่านบริเวณผิวสัมผัสกัน

การใช้เครื่องมือปอกสายเฉพาะทางช่วยให้ได้ขนาดการปอกสามชั้น (ปลอกนอก สายถัก และฉนวน) ตามค่าที่แม่นยำที่สุด จึงไม่เกิดเศษโลหะคม (burrs) และป้องกันการลัดวงจรภายใน

แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับการจัดแนวสายแบบกลไกและการป้องกันสภาพอากาศภายนอก

วิธีการติดตั้งเชิงกลมีผลโดยตรงต่ออายุการใช้งานในการปฏิบัติงานของ lmr 400 cable ทำงาน:

• เคารพค่ารัศมีการโค้งขั้นต่ำ: การบังคับให้สายเคเบิลมาตรฐาน สาย coax Lmr 400 เกินค่าจำกัดการโค้งแบบสถิตที่ 25.4 มม. (1.00 นิ้ว) จะทำให้แกนโฟมภายในถูกบดอัด ส่งผลให้แกนกลางเคลื่อนออกจากตำแหน่งศูนย์กลาง และก่อให้เกิดจุดตกต่ำอย่างรุนแรงของค่าความต้านทานเชิงซ้อน

• หลีกเลี่ยงการยึดแบบจุดเดียวภายใต้แรงกด: ยึดสายเคเบิลแนวตั้งที่ลดลงจากหอคอยด้วยแคลมป์ยกที่มีแผ่นรองนุ่มและแคลมป์รองรับที่มียางบุภายใน; การรัดแน่นเกินไปด้วยสายรัดแบบซิปโลหะเปล่าจะทำให้ปลอกภายนอกถูกบดอัด

• จัดทำลูประบายน้ำที่หอคอย: จัดรูปลูปสายเคเบิลที่ห้อยลงมาอย่างกว้างขวางก่อนเข้าสู่ผนังกันน้ำของอาคารอุปกรณ์ เพื่อให้น้ำที่หยดไหลออกห่างจากซีลยางรอบช่องเข้า

• การปิดผนึกข้อต่อแบบหลายชั้น: ปิดผนึกบริเวณข้อต่อของตัวเชื่อมต่อที่ใช้งานกลางแจ้งด้วยเทปแมสติกบิทูเมนชนิดผสมตัวเองแบบบิทิลยาง ตามด้วยเทปไฟฟ้าไวนิลทนรังสี UV แบบหนาพิเศษสองชั้นที่ทับซ้อนกัน

การผลิตที่แม่นยำและโซลูชันเฉพาะทางจากเวิลด์พีค

โครงสร้างพื้นฐานสำหรับการส่งสัญญาณความถี่วิทยุ (RF) ที่มีความน่าเชื่อถือสูง ต้องมีความสม่ำเสมอของมิติอย่างไม่ลดละ วัสดุที่ได้รับการรับรอง และการทดสอบคุณสมบัติด้านไฟฟ้าที่สามารถติดตามแหล่งที่มาได้ในทุกชุดที่จัดส่ง ด้วยสถานะในฐานะผู้ผลิตฮาร์ดแวร์ RF ที่มีชื่อเสียงและผู้ส่งออกสินค้าระดับนานาชาติ เวิลด์พีค ให้บริการครบวงจร ทั้งการออกแบบ การกลึงความแม่นยำสูง และการผลิตแบบ OEM/ODM สำหรับระบบโคแอกเซียลระดับพรีเมียม ศูนย์กลึงแบบ CNC สวิสแบบหลายแกนขั้นสูง สามารถควบคุมความคลาดเคลื่อนในการกลึงได้ลงจนถึง ±0.005 มม. ซึ่งมั่นใจได้ว่าตัวเชื่อมต่อ แผ่นกั้น (bulkheads) และตัวแปลงสัญญาณแบบกำหนดพิเศษ จะสามารถต่อกับมาตรฐานทั่วไปได้อย่างแนบสนิท แอลเอ็มอาร์ 400 สายโคแอ็กเซียล 50 โอห์ม และเฉพาะทาง lmr 400 ultraflex สต็อก