สายเคเบิลโคแอกเซียล LMR 400 UF: ค่าการลดทอนสัญญาณต่อความยาว 100 ฟุต

การสร้างระบบไร้สายประสิทธิภาพสูงต้องอาศัยการปรับสมดุลระหว่างค่าระยะสำรองของลิงก์บัดเจ็ตกับข้อกำหนดเชิงกายภาพที่เกิดขึ้นจริงในการเดินสาย สัญญาณที่ส่งผ่านสายส่งจะสูญเสียกำลังเนื่องจากความต้านทานของตัวนำและการให้ความร้อนแก่ฉนวน

สายโคแอกเซียลแบบยืดหยุ่น เช่น สายโคแอกเซียล LMR 400 UF ได้กลายเป็นมาตรฐานอุตสาหกรรมสำหรับโครงสร้างพื้นฐานเครือข่ายเซลลูลาร์ การเชื่อมโยงย้อนกลับระบบไวไฟ และการติดตั้งวิทยุสองทาง โดยสายชนิดนี้มีค่าการสูญเสียการแทรกสอดต่ำ พร้อมแกนกลางที่ทำจากลวดถัก จึงสามารถดัดโค้งรอบสิ่งกีดขวางได้อย่างง่ายดายโดยไม่กระทบต่อความสมบูรณ์โดยรวมของสัญญาณ

พฤติกรรมการลดทอนหลักตามความถี่คลื่นวิทยุ

การลดทอนสัญญาณในสายส่งแบบโคแอกเซียลจะเพิ่มขึ้นตามความถี่ในการทำงาน ความถี่ต่ำจะมีการลดทอนสัญญาณน้อยกว่า ในขณะที่ความถี่ไมโครเวฟสูงจะมีการสูญเสียสัญญาณในสายต่อฟุตมากขึ้น การทราบค่าการลดทอนสัญญาณที่แน่นอนช่วยให้วิศวกรคำนวณประมาณการงบประมาณการเชื่อมต่อ (link budget) ได้อย่างแม่นยำก่อนปีนหอส่งสัญญาณหรือดึงสายผ่านท่อร้อยสาย

ภายใต้สภาวะการทำงานมาตรฐาน (ระบบที่มีอิมพีแดนซ์ 50 โอห์มที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียส) สายโคแอกเซียล LMR 400 UF มีความสามารถในการต้านทานการลดทอนสัญญาณได้ดีเยี่ยมในแถบความถี่ทั่วไป

• การสื่อสารวีเอชเอฟ (150 เมกะเฮิร์ตซ์): การลดทอนสัญญาณต่ำมาก อยู่ที่ประมาณ 1.5 เดซิเบลต่อ 100 ฟุต ทำให้สามารถติดตั้งสายอากาศได้ในระยะไกลได้อย่างสะดวก
• เครือข่ายวิทยุยูเอชเอฟ (450 เมกะเฮิร์ตซ์): การลดทอนสัญญาณเพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 2.7 เดซิเบลต่อ 100 ฟุต ซึ่งเป็นค่าทั่วไปสำหรับเครือข่ายความปลอดภัยสาธารณะและเครือข่ายสาธารณูปโภค
• ระบบเซลลูลาร์และอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่งเชิงอุตสาหกรรม (900 เมกะเฮิร์ตซ์): การลดทอนสัญญาณอยู่ที่ประมาณ 3.9 เดซิเบลต่อ 100 ฟุต ซึ่งช่วยรักษาพลังงานสัญญาณได้ดีสำหรับตัวขยายสัญญาณเซลลูลาร์ภายนอก
• ย่านความถี่ไว-ไฟและย่านไอเอสเอ็ม (2.4 กิกะเฮิร์ตซ์): การสูญเสียสัญญาณเพิ่มขึ้นประมาณ 6.6 เดซิเบลต่อระยะทาง 100 ฟุต

นอกเหนือจากความถี่ในการทำงานแล้ว อุณหภูมิแวดล้อมยังมีผลโดยตรงต่อการลดทอนสัญญาณ ยิ่งอุณหภูมิสูงขึ้น ความต้านทานของตัวนำทองแดงก็จะเพิ่มขึ้น และวัสดุไดอิเล็กตริกก็จะดูดซับพลังงานมากขึ้น สำหรับทุกๆ การเพิ่มขึ้น 10 องศาเซลเซียสเหนืออุณหภูมิห้อง ความสูญเสียของตัวนำจะเพิ่มขึ้นประมาณร้อยละ 0.2 ส่วนความสูญเสียของไดอิเล็กตริกจะเพิ่มขึ้นร้อยละ 0.4 ในการติดตั้งกลางแจ้งที่ไม่มีที่บัง โดยปลอกหุ้มสีเข้มอาจร้อนจัดภายใต้แสงแดดโดยตรง ทำให้เกิดการขยายตัวจากความร้อน ซึ่งอาจก่อให้เกิดการลดทอนสัญญาณเพิ่มเติมโดยไม่ได้ตั้งใจ 1 ถึง 2 เดซิเบล ตลอดระยะทางยาว

การประเมินตารางการสูญเสียของสายโคแอกเชียล

การเลือกสายส่งสัญญาณที่เหมาะสมมักต้องเปรียบเทียบขนาดทางกายภาพ ต้นทุน และประสิทธิภาพทางไฟฟ้า การเปรียบเทียบสายโคแอกเชียลแบบ LMR 400 UF กับทางเลือกที่มีขนาดเล็กกว่า เช่น สายโคแอกเชียลแบบ LMR 240 จะแสดงให้เห็นถึงช่องว่างด้านประสิทธิภาพอย่างชัดเจนในแต่ละย่านความถี่

การทบทวนตารางการสูญเสียสัญญาณของสายโคแอกเซียลแบบครอบคลุมช่วยให้ทราบว่าเมื่อใดที่จำเป็นต้องใช้สายที่มีขนาดใหญ่ขึ้นเพื่อรักษางบประมาณสัญญาณ

การวิเคราะห์ตารางการสูญเสียสัญญาณของสายโคแอกเซียลนี้แสดงให้เห็นว่า สายโคแอกเซียล LMR 240 มีการลดทอนสัญญาณสูงกว่าอย่างมีนัยสำคัญในทุกความถี่ ที่ความถี่ 900 เมกะเฮิร์ตซ์ สายโคแอกเซียล LMR 240 สูญเสียสัญญาณ 6.8 เดซิเบลต่อระยะ 100 ฟุต เมื่อเทียบกับสายโคแอกเซียล LMR 400 UF ซึ่งสูญเสียเพียง 3.9 เดซิเบลต่อระยะ 100 ฟุต ดังนั้น บนระยะทาง 100 ฟุต การใช้สายโคแอกเซียล LMR 240 จะเปลี่ยนพลังงานคลื่นวิทยุเป็นความร้อนมากกว่าสองเท่า จึงทำให้สายโคแอกเซียล LMR 400 UF เป็นตัวเลือกที่เหนือกว่าสำหรับการเดินสายระยะไกล

การเปรียบเทียบสาย LMR โดยตรง: ความยืดหยุ่นเทียบกับการลดทอนสัญญาณขณะส่งผ่าน

การเปรียบเทียบสาย LMR อย่างละเอียดจำเป็นต้องพิจารณาข้อแลกเปลี่ยนเชิงกลไกควบคู่ไปกับข้อมูลทางไฟฟ้าเชิงปริมาณ

• ขนาดทางกายภาพ สายโคแอกเซียล LMR 400 UF มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกเท่ากับ 0.405 นิ้ว ขณะที่สายโคแอกเซียล LMR 240 มีขนาดเพียง 0.240 นิ้ว เส้นผ่านศูนย์กลางที่เล็กกว่าของสายโคแอกเซียล LMR 240 ทำให้สามารถจัดวางในชั้นอุปกรณ์ที่มีพื้นที่จำกัด หรือเดินสายภายในตู้ควบคุมได้อย่างสะดวกยิ่งขึ้น
• รัศมีการงอ สายโคแอกเซียลแบบแกนแข็งมาตรฐาน LMR-400 ต้องการรัศมีการโค้งต่ำสุดประมาณ 6 นิ้ว เพื่อป้องกันไม่ให้แกนกลางบิดงอ แต่สายโคแอกเซียล LMR 400 UF ที่มีแกนเป็นแบบลวดถัก สามารถโค้งได้แน่นมากขึ้นจนถึงรัศมี 4 นิ้ว ซึ่งช่วยลดแรงดึงต่อชิ้นส่วนยึดติดอย่างมีนัยสำคัญระหว่างการติดตั้งในเส้นทางที่ซับซ้อน
• ความเหมาะสมต่อการใช้งาน แม้ว่าสายโคแอกเซียล LMR 240 จะใช้งานได้ดีสำหรับสายเชื่อมสั้นที่มีความยาวไม่เกิน 10 ฟุต แต่สายหลักที่เชื่อมจากเสาอากาศมักจำเป็นต้องใช้สายโคแอกเซียล LMR 400 UF เพื่อรักษากำไรของระบบให้อยู่ในระดับที่ยอมรับได้

การนำไปใช้งานจริงและการติดตั้งบนหอส่งสัญญาณ

การติดตั้งจริงในสนามแสดงให้เห็นว่า การเลือกระดับคุณภาพของสายส่งส่งผลโดยตรงทั้งต่อต้นทุนระบบและระยะเวลาในการติดตั้งในสถานที่

พิจารณาการติดตั้งหอส่งสัญญาณบรอดแบนด์แบบไร้สาย ซึ่งต้องใช้สายเคเบิลยาว 150 ฟุต จากอุปกรณ์สถานีฐานขึ้นไปยังเสาอากาศแบบเซกเตอร์ที่ติดตั้งอยู่ด้านบน และทำงานที่ความถี่ 3.5 กิกะเฮิร์ตซ์ การใช้สายโคแอ็กเซียล LMR 400 UF จะทำให้เกิดการลดทอนสัญญาณรวมประมาณ 13.2 เดซิเบลตลอดทั้งเส้นทาง ในขณะที่หากเปลี่ยนไปใช้สายโคแอ็กเซียล LMR 240 บนระยะทางเดียวกัน จะเกิดการลดทอนสัญญาณสูงถึง 22.5 เดซิเบล หรือมีค่าเสียหายเพิ่มขึ้น 9.3 เดซิเบล ซึ่งส่งผลให้ความสามารถในการรับสัญญาณของตัวรับลดลง และจำเป็นต้องเพิ่มกำลังส่งของตัวส่ง

จากมุมมองการติดตั้ง โครงสร้างลวดลายแบบถักที่มีความยืดหยุ่นสูงมากช่วยขจัดปัญหาการดึงสายเคเบิลที่แน่นเกินไป ผู้ติดตั้งสามารถจัดวางสายโคแอ็กเซียล LMR 400 UF ผ่านรางสายและข้อศอกของท่อได้อย่างคล่องแคล่วแม้ในพื้นที่ที่มีสายเคเบิลหนาแน่น โดยไม่เสี่ยงต่อการเกิดการเปลี่ยนแปลงค่าอิมพีแดนซ์จากการบีบอัดวัสดุฉนวน ความยืดหยุ่นนี้ช่วยเร่งกระบวนการประกอบภาคสนามได้เกือบหนึ่งในสาม และลดความจำเป็นในการใช้กล่องเชื่อมต่อภายนอกที่มีราคาแพง

แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับการเลือกและประกอบตัวเชื่อมต่อ

แม้สายเคเบิลที่มีการสูญเสียต่ำที่สุดก็ยังสูญเสียประสิทธิภาพหากใช้ร่วมกับขั้วต่อที่ประกอบไม่ดี สายเคเบิลโคแอกเซียล LMR 400 UF เชื่อมต่อกับขั้วต่อแบบมาตรฐาน N-type, SMA, TNC และ BNC ได้อย่างราบรื่น เนื่องจากออกแบบมาสำหรับเรขาคณิตของสายโคแอกเซียลขนาด 0.405 นิ้ว

• การจับคู่การเชื่อมต่อ : การเชื่อมต่อภายนอกที่ใช้กำลังสูงมักใช้ขั้วต่อแบบ N-type ชนิดชายหรือหญิง เนื่องจากมีซีลกันน้ำและค่า VSWR ต่ำ ขณะที่ขั้วต่อขนาดเล็กอย่าง SMA หรือ TNC เหมาะสำหรับสายจัมเปอร์ภายในอาคารและการต่อเข้ากับแชสซีของอุปกรณ์วิทยุ
• การติดตั้งขั้วต่ออย่างแม่นยำ : การลอกฉนวนไม่ถูกต้อง การถอดถักชั้นป้องกันไม่สมบูรณ์ หรือการเชื่อมบัดกรีที่หลวม อาจเพิ่มการสูญเสียการแทรกสอด (insertion loss) ได้ 0.3 ถึง 0.5 เดซิเบลต่อจุดติดตั้งหนึ่งจุด พร้อมทั้งลดประสิทธิภาพของการสูญเสียการสะท้อนกลับ (return loss)

เพื่อให้มั่นใจว่าจะได้รับประสิทธิภาพการลดสัญญาณตามค่าที่ระบุไว้ในโครงการโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญ ผู้ให้บริการจำนวนมากจึงใช้สายเชื่อมต่อแบบสำเร็จรูป (pre-terminated jumper runs) ผู้จัดจำหน่ายอย่าง WORLDPEAK นำเสนอชุดสายโคแอกเซียล LMR 400 UF ที่ตัดตามความยาวเฉพาะตามคำสั่ง พร้อมขั้วต่อที่ติดตั้งเสร็จสมบูรณ์ที่โรงงานและมีคุณสมบัติกันน้ำ สายแต่ละเส้นผ่านการทดสอบด้วยเครื่องวิเคราะห์เครือข่ายแบบอัตโนมัติ เพื่อยืนยันค่า VSWR การสูญเสียการแทรกสอด (insertion loss) และความทนทานเชิงกล ก่อนนำไปติดตั้งจริง การร่วมมือกับผู้เชี่ยวชาญด้านการประกอบสายโคแอกเซียลที่มีประสบการณ์อย่าง WORLDPEAK ช่วยให้ทีมวิศวกรสามารถรักษาค่างบประมาณการเชื่อมต่อ (link budgets) ที่เชื่อถือได้ในเครือข่ายโทรคมนาคม กระจายสัญญาณ และไร้สายเชิงอุตสาหกรรมทั่วโลก