สายเคเบิลไมโคร RG-174: ใช้กับพิกเทลและแผงวงจรพิมพ์ (PCB)

การสร้างอุปกรณ์ไร้สายขนาดกะทัดรัดต้องอาศัยการเลือกอย่างรอบคอบในการส่งสัญญาณความถี่สูงผ่านพื้นที่จำกัด ขณะที่เปลือกของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มีขนาดเล็กลง สายโคแอกเซียลแบบหนาแบบดั้งเดิมจึงไม่สามารถดัดโค้งรอบแบตเตอรี่ภายใน สายริบบอนสำหรับจอแสดงผล หรือแผงวงจรได้อีกต่อไป สายโคแอกเซียล RG174 ให้สมดุลที่เหมาะสมระหว่างความบาง ความยืดหยุ่นสูงมาก และค่าอิมพีแดนซ์คงที่ที่ 50 โอห์ม จึงเป็นทางเลือกหลักสำหรับการเดินสายสัญญาณวิทยุความถี่สูงภายในระยะสั้น

การเข้าใจขีดจำกัดเชิงกล ลักษณะการลดทอนสัญญาณเชิงไฟฟ้า และแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดในการต่อปลายสายสำหรับสายโคแอกเซียล RG174 ช่วยให้ทีมออกแบบฮาร์ดแวร์รักษาความสมบูรณ์ของสัญญาณไว้ได้ แม้จะต้องรักษาขนาดภายนอกของอุปกรณ์ให้บางลง ไม่ว่าจะเป็นเครื่องติดตามอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IoT) ที่สวมใส่ได้ หรือจุดเข้าใช้งาน Wi-Fi สำหรับเชิงพาณิชย์ การใช้ชุดสายโคแอกเซียลสำหรับแผงวงจรพิมพ์ (PCB) คุณภาพสูงจะช่วยหลีกเลี่ยงการลดลงของงบประมาณการเชื่อมต่อ (link budget) อย่างไม่คาดคิด

โครงสร้างเชิงกลและประสิทธิภาพเชิงไฟฟ้า

การประเมินการใช้งาน RG174 ใดๆ จะเริ่มต้นด้วยการตรวจสอบชั้นกายภาพของมัน สายโคแอกเซียล RG174 มีเส้นผ่านศูนย์กลางปลอกภายนอกประมาณ 0.110 นิ้ว (2.8 มม.) ซึ่งทำให้สามารถโค้งงอรอบรัศมีที่แคบได้ โดยที่สายขนาดใหญ่กว่านั้นอาจเกิดรอยพับหรือแตกร้าว

• การออกแบบตัวนำ ตัวนำกลางประกอบด้วยลวดทองแดงเคลือบเหล็กแบบถัก 7 เส้น ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางโดยประมาณ 0.019 นิ้ว การออกแบบแบบถักนี้ช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการเหนื่อยล้า จึงสามารถดัดโค้งซ้ำๆ ได้ระหว่างการบำรุงรักษาอุปกรณ์ โดยไม่ทำให้เส้นลวดทองแดงภายในหัก
• ชั้นไดอิเล็กทริก ฉนวนโพลีเอทิลีนชนิดแข็งล้อมรอบตัวนำกลาง เพื่อรักษาระยะห่างเชิงเรขาคณิตที่สม่ำเสมอ จึงให้ค่าอิมพีแดนซ์เฉพาะ (characteristic impedance) คงที่ที่ 50 โอห์ม
• ระดับการปกคลุมของระบบป้องกัน โล่ถักจากทองแดงชุบดีบุก ซึ่งมีพื้นที่คลุม 95% ทำหน้าที่ป้องกันสัญญาณภายในจากรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าจากภายนอก (EMI) พร้อมทั้งป้องกันไม่ให้สัญญาณความถี่สูงรั่วไหลออกสู่ลายวงจรบนแผงวงจรใกล้เคียง
• การป้องกันปลอกภายนอก ปลอก PVC ที่ทนทานช่วยปกป้องชั้นภายในจากรอยรั่วของความชื้น การขีดข่วน และแรงเครื่องกลขณะเดินสายในขั้นตอนการประกอบ

เนื่องจากสายโคแอกเซียล RG174 มีไดอิเล็กทริกที่บาง ระดับการสูญเสียพลังงานจึงเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อความถี่สูงขึ้น เมื่อเปรียบเทียบกับสายโคแอกเซียลที่มีขนาดใหญ่กว่า ที่ความถี่ 100 เมกะเฮิร์ตซ์ การสูญเสียอยู่ที่ประมาณ 5.5 เดซิเบลต่อความยาว 100 ฟุต ที่ความถี่ 400 เมกะเฮิร์ตซ์ การสูญเสียเพิ่มขึ้นเป็น 13.5 เดซิเบลต่อ 100 ฟุต และสูงถึงเกือบ 22 เดซิเบลต่อ 100 ฟุต ที่ความถี่ 1 กิกะเฮิร์ตซ์ แม้ว่าค่าการสูญเสียเหล่านี้จะดูสูงเมื่อใช้กับระยะทางสายยาว แต่โดยทั่วไปแล้ว แอปพลิเคชันแบบไมโครโคแอกเซียลพิกเทล (micro coax pigtail) จะใช้ความยาวสั้น ๆ ระหว่าง 2 ถึง 12 นิ้ว เท่านั้น ดังนั้น สำหรับสายเชื่อมต่อ (jumper) ความยาว 6 นิ้ว การสูญเสียรวม (total insertion loss) จะยังคงต่ำกว่า 0.2 เดซิเบล ที่ความถี่ 900 เมกะเฮิร์ตซ์ ทำให้สายชนิดนี้เป็นตัวเลือกที่มีประสิทธิภาพสูงสำหรับการเชื่อมต่อภายในระหว่างแผงวงจรกับโครงเครื่อง

การประเมินตัวเลือกสาย: RG174 เทียบกับ RG 59 U

การเลือกสายส่งสัญญาณที่เหมาะสมจำเป็นต้องจับคู่ขนาดและคุณสมบัติทางไฟฟ้าของสายให้สอดคล้องกับความต้องการของระบบ การเปรียบเทียบสายโคแอกเซียล RG174 แบบ 50 โอห์ม กับสายโคแอกเซียล RG 59 U แบบ 75 โอห์ม จะชี้ให้เห็นว่าทำไมการจับค่าอิมพีแดนซ์ (impedance matching) จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในขั้นตอนการเลือกสายโคแอกเซียลสำหรับแผงวงจร

การใช้สายโคแอกเซียล RG 59 U แทนสายมาตรฐาน 50 โอห์ม ในวงจรความถี่วิทยุ จะทำให้เกิดความไม่ต่อเนื่องของอิมพีแดนซ์อย่างมาก ส่งผลให้อัตราส่วนคลื่นยืนไฟฟ้า (VSWR) เพิ่มขึ้น ทำให้เกิดการสะท้อนของสัญญาณ ซึ่งลดระยะการส่งสัญญาณไร้สายและสูญเสียพลังงานจากตัวส่ง นอกจากนี้ เส้นผ่านศูนย์กลางที่ใหญ่กว่าคือ 0.242 นิ้ว ของสายโคแอกเซียล RG 59 U ยังทำให้ไม่เหมาะสำหรับการเดินสายไมโครโคแอกเซียลแบบหางหมูในพื้นที่จำกัดภายในตัวเรือนอุปกรณ์ขนาดเล็ก

การออกแบบสายไมโครโคแอกเซียลแบบหางหมูสำหรับตัวเรือนขนาดเล็ก

หัวต่อไมโครโคแอกเซียลแบบพิกเทลทำหน้าที่เป็นสะพานเชื่อมชั่วคราว ใช้เชื่อมต่อขั้วต่อ RF ที่ติดตั้งบนแผงวงจรขนาดเล็กเข้ากับขั้วต่อแบบบัลค์เฮดที่ทนทานซึ่งติดตั้งอยู่บนผนังของตัวเรือน โดยตัวเลือกการจัดวางทั่วไปมักจับคู่ขั้วต่อแบบอัลตร้ามินิเอเจอร์ U.FL หรือ IPEX ที่ปลายหนึ่งเข้ากับขั้วต่อแบบติดตั้งบนแผง (panel-mount) เช่น SMA, MCX หรือ MMCX ที่ปลายอีกข้าง

ในการออกแบบอุปกรณ์ IoT แบบถือใช้ได้ ระยะว่างระหว่างแผงวงจรหลักกับเปลือกด้านนอกมักมีจำกัดเพียงไม่กี่มิลลิเมตรเท่านั้น การใช้สายโคแอกเซียล RG174 แบบยืดหยุ่นสำหรับหัวต่อไมโครโคแอกเซียลแบบพิกเทลสั้นๆ ช่วยให้ช่างเทคนิคสามารถเดินเส้นทางสัญญาณผ่านช่องแคบๆ รอบๆ ฝาครอบโลหะป้องกันสัญญาณรบกวน (shielding cans) และบริเวณช่องใส่แบตเตอรี่ได้อย่างสะดวก แกนกลางแบบเส้นเกลียวยืดหยุ่นสามารถรองรับรัศมีการโค้งงอที่แคบมากโดยไม่สร้างแรงเครื่องกลมากเกินไปต่อขั้วต่อ U.FL แบบ SMT ที่เปราะบาง

การออกแบบการเปลี่ยนผ่านบนแผงวงจรและระบบกราวด์ของชิลด์

การเชื่อมต่อสายโคแอกเซียล RG174 เข้ากับแผงวงจรโดยตรงจำเป็นต้องมีรูปทรงการเชื่อมต่อ (launch geometry) ที่แม่นยำ เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดอินดักแตนซ์แบบรบกวน (parasitic inductance) และการเพิ่มขึ้นของค่า return loss

• รักษาระยะความยาวของสายนำที่ไม่มีฉนวนหุ้มให้สั้นที่สุด การถอดปลอกด้านนอกและโลหะถักที่ทำหน้าที่เป็นชั้นป้องกันออก จะเผยให้เห็นตัวนำกลาง การรักษาความยาวของตัวนำกลางที่เปิดออกไว้ไม่เกิน 1.5 มิลลิเมตร จะช่วยลดความเหนี่ยวนำแบบอนุกรมที่ไม่ต้องการลงในช่วงความถี่สูง
• ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการต่อกราวด์อย่างมั่นคง ต่อชั้นโลหะถักที่เคลือบด้วยดีบุกโดยตรงเข้ากับแผ่นกราวด์บนแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ทั้งสองข้างของเส้นทางสัญญาณ โดยใช้แผ่นเชื่อมที่กว้าง
• ใช้ขั้วต่อเฉพาะทาง ในกรณีที่การเชื่อมโดยตรงไม่สามารถทำได้ ให้ใช้ขั้วต่อแบบติดขอบ (edge-mount) ชนิด SMA หรือขั้วต่อแบบติดผิว (surface-mount) ชนิด MCX หรือขั้วต่อแบบ snap-on U.FL ซึ่งออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการเชื่อมต่อสายโคแอกเซียลกับแผงวงจรพิมพ์ เพื่อให้การเปลี่ยนผ่านค่าอิมพีแดนซ์มีความสม่ำเสมอ

คุณภาพในการผลิตและการรับประกันการประกอบ

ความน่าเชื่อถือในระยะยาวของการใช้งาน RG174 ขึ้นอยู่กับเทคนิคการต่อปลายที่แม่นยำ เนื่องจากตัวนำภายในสายโคแอกเซียลขนาดเล็ก (micro coax pigtail) มีความบาง การจับยึดด้วยมือมักก่อให้เกิดความไม่สม่ำเสมอของความลึกของขาต่อ โลหะถักหลุดเลื่อน หรือการสัมผัสที่ไม่ต่อเนื่องเมื่อเกิดการสั่นสะเทือนทางกายภาพ อุปกรณ์จับยึดแบบอัตโนมัติที่มีการปรับค่าความสูงของแม่พิมพ์อย่างแม่นยำ จะช่วยให้มั่นใจได้ถึงความสามารถในการยึดตรึงเชิงกลที่สม่ำเสมอ และการสูญเสียจากการแทรกต่อ (insertion loss) ที่ต่ำตลอดทั้งกระบวนการผลิต

ผู้ผลิตสายโคแอกเซียลแบบเพรซิชัน เช่น WORLDPEAK สนับสนุนผู้ผลิตอุปกรณ์ฮาร์ดแวร์รายใหญ่ทั่วโลกด้วยชุดสายโคแอกเซียล RG174 ที่ออกแบบเฉพาะและสายย่อยไมโครโคแอกเซียล (micro coax pigtail) ที่ปรับแต่งตามความต้องการ โดยมีโครงสร้างพื้นฐานสำหรับการลอกฉนวนสายอย่างเต็มรูปแบบด้วยระบบอัตโนมัติ การจับยึดขั้วต่อ (crimping) อย่างแม่นยำ และการทดสอบด้วยเครื่องวัดเครือข่ายเวกเตอร์ (VNA) WORLDPEAK จัดส่งชุดสายโคแอกเซียลสำหรับแผงวงจรพิมพ์ (PCB coaxial cable harnesses) ที่ออกแบบมาเฉพาะตามความยาว ชนิดขั้วต่อ และคุณสมบัติด้านการป้องกันสัญญาณที่ลูกค้ากำหนดทุกประการ ทุกชุดจะผ่านการตรวจสอบความต่อเนื่องแบบร้อยเปอร์เซ็นต์และการวัดอัตราส่วนคลื่นยืน (VSWR) ก่อนจัดส่ง เพื่อให้มั่นใจในประสิทธิภาพการสื่อสารไร้สายที่เชื่อถือได้สำหรับอุปกรณ์อินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IoT) การสื่อสารโทรคมนาคม และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เชิงอุตสาหกรรมทั่วโลก