كيف يعمل المحور: الهيكل والإشارة والتصنيع

كيف يعمل المحور: الإجابة المختصرة

ينقل الكابل المحوري الإشارات الكهربائية باستخدام موصلين متحدين المركز — موصل داخلي صلب محاط بموصل خارجي أنبوبي (درع) — مفصولان بعازل عازل ومغلفان بغلاف خارجي واقي. تحافظ الهندسة على الإشارة محصورة داخل الكابل، مما يقلل بشكل كبير من التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) وفقدان الإشارة مقارنةً بالزوج الملتوي القياسي أو السلك المتوازي. ولهذا السبب يظل المحور المحوري هو الاختيار الأمثل لنقل الترددات اللاسلكية، وإنترنت النطاق العريض، وتلفزيون الكابل، والأجهزة الدقيقة، حتى مع توسع بدائل الألياف واللاسلكية.

كل طبقة من الكابلات المحورية لها غرض مادي وكهربائي محدد. الموصل يحمل التيار. يتحكم العازل في الممانعة وسرعة الانتشار؛ يحجب الدرع الضوضاء. تحمي السترة من الأضرار الميكانيكية والبيئية. قم بإزالة أي طبقة واحدة وسيتوقف الكابل عن العمل بشكل صحيح. إن فهم كل طبقة - وكيفية تفاعلها - يفسر سبب كون الهندسة المحورية أكثر تطلبًا مما تبدو.

الهيكل المادي للكابل المحوري، طبقة بعد طبقة

موصل داخلي

عادة ما يكون الموصل المركزي من النحاس الصلب أو المجدول، على الرغم من استخدام الفولاذ المغطى بالنحاس (CCS) والنحاس المطلي بالفضة في التطبيقات عالية التردد أو عالية القوة. يتراوح القطر من أقل من 0.5 مم في كابلات RF المصغرة إلى أكثر من 10 مم في كابلات قنوات CATV الكبيرة. في الترددات العالية، ينتقل التيار بالقرب من سطح الموصل - وهي ظاهرة تسمى تأثير الجلد - وبالتالي فإن جودة سطح الموصل وموصليته تؤثر بشكل مباشر على أرقام الخسارة. يزيد الطلاء الفضي من الموصلية السطحية، ولهذا السبب غالبًا ما تستخدمه كابلات الميكروويف.

عازل كهربائي

يقع العازل بين الموصلات الداخلية والخارجية، ويتحكم في معلمتين مهمتين: المعاوقة وسرعة الانتشار (VoP). تشمل المواد العازلة الشائعة البولي إيثيلين الصلب (PE)، والبولي إيثيلين الرغوي، والبولي تترافلوروإيثيلين (بتف)، والتصميمات المتباعدة بالهواء. تعمل رغوة PE على خفض ثابت العزل الكهربائي من 2.25 تقريبًا (PE الصلب) إلى حوالي 1.4-1.6 ، مما يرفع VoP من حوالي 66٪ إلى 78-85٪ من سرعة الضوء ويقلل في الوقت نفسه من فقدان العزل الكهربائي - وكلاهما مرغوب فيه لتطبيقات النطاق العريض أو التطبيقات طويلة المدى. يتم اختيار PTFE عندما يكون استقرار درجة الحرارة مهمًا؛ فهو يحمل خواصه الكهربائية من -65 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية.

سمك وتوحيد الطبقة العازلة يحدد بشكل مباشر المعاوقة المميزة للكابل. حتى الانحراف الطفيف - وضع الموصل الداخلي خارج المركز - يغير المعاوقة ويخلق انعكاسات. هذا هو السبب في أن دقة آلة بثق الأسلاك والكابلات مهمة جدًا في التصنيع: يجب أن يركز القالب المتقاطع على الموصل ضمن مسافة تسامح تقاس بالميكرومتر.

الموصل الخارجي (الدرع)

يؤدي الدرع وظيفتين في وقت واحد: فهو مسار تيار العودة للإشارة، وهو الحاجز الكهرومغناطيسي الذي يمنع الضوضاء الخارجية من الاقتران بالكابل. تشمل إنشاءات الدرع الشائعة ما يلي:

• أنبوب من الألومنيوم أو النحاس الصلب — تستخدم في كابلات CATV الصلبة؛ تغطية قريبة من 100%، خسارة منخفضة جدًا، صلبة
• درع مضفر - تغطية بصرية بنسبة 85% إلى 98%؛ مرنة ودائمة، وتستخدم في RG-58، RG-6، RG-11
• مزيج جديلة احباط — توفر الرقائق تغطية بنسبة 100%؛ يضيف الجديلة القوة الميكانيكية واستمرارية التيار المستمر؛ شائع في كابلات الأقمار الصناعية والنطاق العريض
• درع ثلاثي ودرع رباعي — طبقات متعددة من الرقائق والجدائل للبيئات عالية التداخل؛ فعالية التدريع يمكن أن تتجاوز 90 ديسيبل

سترة خارجية

السترة هي الطبقة الواقية الخارجية، وعادة ما تكون مصنوعة من PVC، أو البولي إيثيلين، أو LSZH (منخفض الدخان صفر هالوجين)، أو البوليمرات الفلورية. يعتمد اختيار مادة الغلاف على بيئة التثبيت: PVC اقتصادي ومثبط للهب للاستخدام الداخلي؛ يوفر PE وLLDPE مقاومة للأشعة فوق البنفسجية والرطوبة للدفن في الهواء الطلق؛ تم فرض LSZH في الأماكن العامة والبنية التحتية للنقل بسبب انخفاض انبعاث الغازات السامة في الحرائق. يتم تطبيق الغلاف بواسطة طارد الأسلاك والكابلات في ممر قذف منفصل بعد اكتمال الدرع.

الممانعة المميزة: لماذا تهيمن 50 أوم و 75 أوم

الممانعة المميزة ليست مقاومة للتيار المستمر، بل هي خاصية مستقلة عن التردد يتم تحديدها بالكامل من خلال هندسة الكابل وثابت العزل الكهربائي للعازل. الصيغة هي:

Z₀ = (138 / √εr) × log₁₀(D/d)

حيث εr هي السماحية النسبية للعازل الكهربائي، D هو القطر الداخلي للموصل الخارجي، و d هو القطر الخارجي للموصل الداخلي. تهيمن قيمتان للمقاومة على العالم المحوري لأسباب هندسية راسخة:

إن الحد الأدنى النظري لمقاومة الخسارة لمحور مع عازل البولي إيثيلين يبلغ حوالي 77 أوم - ولهذا السبب أصبحت 75 أوم هي المعيار في صناعة البث. تمثل القيمة 50 أوم حلاً وسطًا بين الحد الأقصى للتعامل مع الطاقة (~30 أوم الأمثل) والحد الأدنى من الخسارة، مما يجعلها أكثر ملاءمة لوصلات التردد اللاسلكي ثنائية الاتجاه. يؤدي عدم تطابق الممانعة بين المصدر والكابل والحمل إلى انعكاسات الإشارة والموجات الدائمة وفقدان الطاقة - وهي مشاكل يتم قياسها بواسطة نسبة موجة الجهد الدائمة (VSWR).

ميكانيكا نقل الإشارة داخل الكابل

لا ينقل الكابل المحوري الإشارات بالطريقة التي يتخيلها معظم الناس بشكل بديهي. لا تتدفق الطاقة عبر الموصل بالطريقة التي يتدفق بها الماء عبر الأنبوب. وبدلا من ذلك، فإنها تنتشر كموجة كهرومغناطيسية في الفضاء بين الموصلات الداخلية والخارجية - المنطقة العازلة. تعمل الموصلات كشروط حدودية توجه الموجة وتحصرها. يُسمى نمط الانتشار هذا وضع TEM (الكهرومغناطيسي المستعرض)، حيث تكون مكونات المجال الكهربائي والمغناطيسي مستعرضة تمامًا لاتجاه السفر.

يشع المجال الكهربائي شعاعيًا بين الموصل الداخلي () والموصل الخارجي (-)، بينما يشكل المجال المغناطيسي دوائر متحدة المركز حول الموصل الداخلي. ونظرًا لأن المجال محاصر بالكامل داخل الدرع، فإن الكابل لا يشع أي طاقة تقريبًا إلى الخارج ويكون محصنًا تقريبًا ضد المجالات الخارجية - طالما تم الحفاظ على سلامة الدرع. يؤدي حدوث كسر في الدرع، أو موصل رديء، أو كابل ملتوي إلى تعطيل هندسة المجال وإحداث ضوضاء وخسارة.

سرعة الانتشار والطول الكهربائي

تنتقل الإشارات عبر المحور بسرعة تمثل جزءًا من سرعة الضوء في الفراغ، والتي يحددها العازل الكهربائي. يعطي PE الصلب VoP حوالي 66%؛ رغوة PE ترفعها إلى 78-85٪ ؛ يمكن أن تصل تصميمات PTFE المتباعدة بالهواء إلى 93-98٪. بالنسبة لكابل بطول 10 أمتار مزود بـ PE صلب، يبلغ تأخير الإشارة في اتجاه واحد حوالي 50 نانو ثانية. وهذا مهم في التوقيت الدقيق، وأنظمة الرادار، وهوائيات المصفوفة المرحلية، حيث يتم قطع أطوال الكابلات إلى أطوال كهربائية محددة - كسور أو مضاعفات الطول الموجي للإشارة - لتحقيق علاقات طورية يمكن التحكم فيها.

آليات التوهين

يأتي فقدان الإشارة في المحور من ثلاثة مصادر رئيسية:

• فقدان الموصل — تسخين مقاوم في الموصل الداخلي والدرع، سائد عند الترددات المنخفضة ويتناسب مع √f بسبب تأثير الجلد
• خسارة عازلة - الطاقة التي يمتصها العازل عندما يضغط المجال المتناوب على بنيته الجزيئية؛ ينمو خطيًا مع التردد ولهذا السبب يتم استخدام العوازل الكهربائية منخفضة الفقد مثل PTFE ورغوة PE في ترددات الميكروويف
• فقدان الإشعاع - التسرب من خلال عيوب الدرع؛ لا يكاد يذكر بشكل عام في الكابلات جيدة البناء ولكنه مهم في حالة تلف الدرع أو في حالة إثارة أوضاع الانتشار ذات الترتيب الأعلى فوق تردد قطع الكابل

يتم تحديد التوهين بالديسيبل لكل وحدة طول عند ترددات محددة. يحتوي كابل RG-6 القياسي رباعي الدرع تقريبًا على 2.0 ديسيبل/100 قدم عند 100 ميجا هرتز و6.5 ديسيبل/100 قدم عند 900 ميجا هرتز مما يوضح كيف تزداد الخسارة بشكل ملحوظ مع التكرار. تعمل الكابلات المتطورة منخفضة الخسارة مثل LMR-400 على خفض التوهين بمقدار 900 ميجاهرتز إلى حوالي 2.7 ديسيبل / 100 قدم من خلال موصلات أكبر وعوازل رغوية.

كيف يتم تصنيع الكابل المحوري: دور آلة بثق الأسلاك والكابلات

يعد تصنيع الكابل المحوري عملية متعددة الخطوات حيث تحدد دقة الأبعاد في كل مرحلة الأداء الكهربائي للكابل. يعتبر جهاز بثق الأسلاك والكابلات عنصرًا أساسيًا في خطوتين من أهم الخطوات: العزل الكهربائي وتطبيق الغلاف الخارجي.

موصل داخلي Drawing and Stranding

تبدأ العملية بقضيب نحاسي يتم سحبه من خلال سلسلة من القوالب للوصول إلى قطر الموصل المستهدف. التفاوتات ضيقة: بالنسبة لكابل 50 أوم بموصل 0.9 مم، حتى انحراف ± 0.01 مم يغير المعاوقة بشكل ملحوظ. تمر الموصلات المجدولة عبر آلة التجميع أو الجدل قبل خط البثق.

النتوء العازل

هذا هو المكان الذي يؤدي فيه جهاز بثق الأسلاك والكابلات وظيفته الأكثر أهمية. يتم تغذية الموصل من خلال قالب متقاطع الرأس، ويتم تطبيق مركب PE أو رغوة PE أو PTFE حوله تحت ضغط ودرجة حرارة يمكن التحكم فيها. يجب الحفاظ على تركيز العازل - مدى دقة تمركز الموصل داخل العزل - في حدود ± 1-2٪ من سمك الجدار العازل للحفاظ على المعاوقة ضمن المواصفات.

بالنسبة لكابلات البولي إيثيلين الرغوية، يتم حقن الغاز (عادةً النيتروجين) في تيار البوليمر المنصهر لإنشاء بنية خلوية يمكن التحكم فيها. تحدد كثافة الرغوة ثابت العزل الكهربائي بشكل مباشر ، لذا يجب التنسيق الدقيق بين ضغط الغاز ودرجة حرارة الذوبان وسرعة الخط. تستخدم خطوط بثق الكابلات الحديثة قياس السعة في الوقت الحقيقي بعد القالب - قياس السعة لكل وحدة طول يعطي إشارة فورية لقطر العزل وثابت العزل الكهربائي، مما يسمح بتغذية راجعة تلقائية لنظام التحكم في الطارد.

بعد البثق، يمر الموصل المعزول عبر حوض تبريد بالماء لتصلب العازل الكهربائي قبل أن يصل إلى وحدة سحب كاتربيلر. تتراوح سرعات الخط لبثق العازل الكهربائي المحوري ذو القطر الصغير عادةً من 100 إلى أكثر من 500 متر في الدقيقة، اعتمادًا على حجم الموصل وسمك العازل الكهربائي.

التدريع

بعد أن يبرد العازل الكهربائي ويتم تخزينه مؤقتًا، ينتقل الكابل إلى خط التدريع. يتم تطبيق دروع الرقائق المعدنية عن طريق لف شريط صفائحي من الألومنيوم والبوليستر طوليًا أو حلزونيًا فوق العازل الكهربائي. يتم تطبيق الدروع المضفرة على آلة التضفير التي تحتوي على عشرات إلى مئات البكرات التي تحمل الأسلاك النحاسية أو النحاسية المعلبة. بالنسبة للكابلات التي تتطلب إنشاء رقائق معدنية بالإضافة إلى جديلة، يمكن الجمع بين العمليتين في تمريرة واحدة على جهاز واحد.

بثق السترة

تطبق خطوة البثق النهائية الغلاف الخارجي باستخدام جهاز بثق آخر للأسلاك والكابلات - عادةً ما يكون عبارة عن آلة ذات برغي واحد أو برغي مزدوج اعتمادًا على المركب. تعمل خطوط تغليف PVC عادة بسرعة 50-150 م/دقيقة؛ تتطلب مركبات PE وLSZH تحديدًا دقيقًا لدرجة الحرارة على طول أسطوانة الطارد لمنع التدهور. يتم التحقق من انتظام سمك جدار الغلاف عن طريق اختبار الشرارة (اختبار استمرارية الجهد العالي عند 2-6 كيلو فولت) ومقاييس قطر الليزر المضمنة. تتم طباعة الكابلات النهائية مع تحديد النوع، والمقاومة، ومعدل الجهد، وتاريخ التصنيع لتحديد المجال.

أنواع الكابلات المحورية الشائعة ومواصفاتها

كان تصنيف "RG" (دليل الراديو) في الأصل نظامًا للمواصفات العسكرية الأمريكية. في حين أن العديد من تسميات RG قد تم استبدالها بأرقام الأجزاء الخاصة بالشركة المصنعة للكابلات الحديثة، إلا أن التسميات القديمة تظل معترف بها على نطاق واسع في الصناعة. يساعد فهم الاختلافات في اختيار الكابل المناسب لتطبيق معين.

الموصلات والإنهاء: حيث تبدأ معظم المشاكل

الكابل نفسه ليس سوى جزء من وصلة محورية. يقوم الموصل بنقل الإشارة من الكابل إلى الجهاز، وإذا تم تصنيعه أو تركيبه بشكل سيء، يصبح المصدر المهيمن لفقدان الإشارة وانعكاسها وفشلها. يجب أن يحافظ الموصل على نفس الممانعة المميزة للكابل عبر هندسته الداخلية - أي انقطاع يؤدي إلى انعكاس.

أنواع الموصلات المحورية الشائعة

• BNC (بايونت نيل كونسيلمان) — 50 أوم، مصنفة حتى 4 جيجا هرتز، قفل حربة ربع دورة؛ المعيار في معدات الاختبار والفيديو والأجهزة
• SMA (الإصدار المصغر A) — 50 أوم، مُصنف حتى 18 جيجا هرتز، ملولب؛ تستخدم على نطاق واسع في وحدات الترددات اللاسلكية والهوائيات وتجميعات الميكروويف
• نوع N — 50 أوم أو 75 أوم، بتردد يصل إلى 11–18 جيجا هرتز، مقاوم للعوامل الجوية؛ تستخدم في الهوائيات الخارجية ومعدات المحطة الأساسية
• نوع F — 75 أوم، حتى 3 جيجاهرتز تقريبًا؛ موجود في كل مكان في الكيبل التلفزيوني السكني وتركيبات الأقمار الصناعية؛ يعمل الموصل المركزي للكابل نفسه بمثابة دبوس الموصل
• PL-259 (أوف) — 50 أوم اسميًا ولكنها ليست مقاومة ثابتة حقًا؛ مصنفة إلى ~ 300 ميجاهرتز في الممارسة العملية؛ شائع في راديو الهواة

يتطلب الإنهاء الصحيح تجريد الكابل إلى الأبعاد الدقيقة، وليس سحق الجديلة، والحفاظ على تركيز العازل الكهربائي في واجهة الموصل، وتطبيق عزم الدوران الصحيح عند التزاوج. يمكن لموصل F واحد تم تركيبه بشكل غير صحيح في نظام توزيع تلفزيون الكابل أن يتسبب في دخول الإشارة (تسرب الإشارات الخارجية للداخل) وخروج الإشارة (تسرب إشارات الكبل)، مما يؤدي إلى تدهور أداء العقدة بأكملها.

المحور مقابل وسائط النقل الأخرى: متى تختارها

لا يعد الكابل المحوري هو الخيار الصحيح لكل تطبيق، ولكنه يحتفظ بمزايا واضحة في سيناريوهات محددة. وتوضح مقارنتها بالبدائل الشائعة المكان الذي يناسبها بشكل أفضل.

المحور مقابل الزوج الملتوي (Cat5e/Cat6/Cat8)

يعتمد الزوج الملتوي على الإشارات التفاضلية ومعدلات الالتواء الضيقة لإلغاء EMI - وهو نهج مختلف تمامًا عن وضع TEM المحمي الخاص بالمحور. يهيمن الزوج الملتوي على كابلات Ethernet المهيكلة لأنه أرخص وأخف وزنًا وأسهل في الإنهاء. ومع ذلك، لا يمكن أن يتطابق مع المحور عند ترددات الراديو التي تزيد عن بضع مئات ميجاهرتز أو في البيئات عالية التداخل. يدعم Cat8 سرعة 40 جيجابت في الثانية، ولكنه يعمل لمسافة تزيد عن 30 مترًا فقط بسرعة 2 جيجاهرتز ; يتعامل محور RG-6 المثبت بشكل صحيح مع إشارات النطاق العريض إلى 3 جيجا هرتز عبر مسافات أطول بكثير مع تضخيم أبسط بكثير.

اقناع مقابل الألياف البصرية

توفر الألياف قابلية صفر للتداخل الكهرومغناطيسي، وتوهين أقل بكثير عبر المسافات الطويلة (حوالي 0.2 ديسيبل/كم للوضع الفردي مقابل 40-100 ديسيبل/كم للمحور عند ترددات الموجات الدقيقة)، وسعة النطاق الترددي التي تتضاءل أمام النحاس. تتمثل المفاضلات في تكلفة إلكترونيات جهاز الإرسال والاستقبال والهشاشة وعدم القدرة على حمل طاقة التيار المستمر إلى جانب الإشارة. يظل المحور مفضلاً لوصلات التردد اللاسلكي القصيرة وخطوط تغذية الهوائي والتطبيقات التي تتطلب إشارة طاقة على كابل واحد (على سبيل المثال، الميكروفونات التي تعمل بالطاقة الوهمية ووحدات LNB الفضائية النشطة التي يتم تغذيتها عبر المحور).

اقناع مقابل الدليل الموجي

عند الترددات الأعلى من 18 جيجا هرتز تقريبًا، تصبح خسائر المحور محظورة، ويقدم الدليل الموجي - وهو أنبوب معدني مجوف يحمل موجات كهرومغناطيسية - توهينًا أقل بكثير. لا يحتوي الدليل الموجي على موصل داخلي، وبالتالي لا يوجد فقدان للموصل في المركز؛ هيكلها الصلب وطبيعتها الانتقائية للتردد (يمرر الدليل الموجي الإشارات فوق تردد القطع فقط) يجعلها غير مناسبة للنطاق العريض أو التثبيت المرن. يهيمن المحور المحوري على أقل من 18 جيجا هرتز حيثما تكون هناك حاجة إلى المرونة والاتصال.

مراقبة الجودة في إنتاج الكابلات المحورية

إن المتطلبات الدقيقة لتصنيع الكابلات المحورية تجعل مراقبة الجودة عملية مستمرة ومضمنة بدلاً من فحص الدفعة في النهاية. عادةً ما يدمج خط بثق الأسلاك والكابلات لإنتاج الكابلات المحورية أنظمة قياس متعددة في وقت واحد:

• أجهزة قياس قطر الليزر — قياس عدم التلامس للقطر الخارجي العازل، بدقة تصل إلى ±0.001 مم؛ يتم وضعها مباشرة بعد حوض التبريد
• مراقبي السعة - قياس السعة لكل وحدة طول، والتي ترتبط بسمك الجدار العازل وثابت العزل الكهربائي؛ تؤدي الانحرافات إلى سرعة الخط التلقائي أو تصحيحات عدد دورات الطارد في الدقيقة
• الماسحات الضوئية غريب الأطوار — تقوم الماسحات الضوئية بالأشعة السينية أو الموجات فوق الصوتية بالتحقق من تركيز الموصل الداخلي داخل العازل الكهربائي في الوقت الفعلي
• اختبار شرارة - قم بتطبيق 2-10 كيلو فولت تيار مستمر أو تيار متردد عبر العازل الكهربائي للكشف عن أي ثقوب أو نقاط رقيقة من شأنها أن تسبب فشل العزل في الخدمة
• الانتهاء من اختبار كابل TDR - يحدد قياس الانعكاس في المجال الزمني انقطاعات المعاوقة على طول الكبل النهائي عن طريق إرسال نبضة أسفل الخط وتحليل الانعكاسات

تكون مواصفات انتظام المعاوقة لكابل CATV المخصص للبث عادةً ±2 Ω على طول الكابل بالكامل ، مع متطلبات خسارة العودة الهيكلية (SRL) البالغة 23-30 ديسيبل في النطاق 5-1000 ميجاهرتز. يتطلب تحقيق هذه الأرقام باستمرار عند سرعات إنتاج أعلى من 200 م/دقيقة تصميم قالب دقيق للغاية، واتساق المواد، والتحكم في عملية الحلقة المغلقة - كل ذلك يتمحور حول أداء جهاز بثق الأسلاك والكابلات وأنظمة القياس المرتبطة به.

تطبيقات العالم الحقيقي التي توضح كيفية عمل المحور في الممارسة العملية

توزيع تلفزيون الكابل (CATV).

يستقبل رأس CATV الإشارات ويوزعها عبر شبكة ألياف هجينة محورية (HFC). تحمل الألياف الإشارة من الرأس إلى العقد المجاورة؛ يحمله RG-11 أو المحور الصلب من العقدة إلى الصنبور (عادةً في حدود 500 متر)؛ يتم توصيل قطرات RG-6 من الصنبور إلى المنازل الفردية. يستخدم كل مقطع مكبرات صوت للتغلب على توهين الكابل، متباعدًا بناءً على فقدان الكابل عند أعلى تردد حامل - عادةً 1 جيجا هرتز أو أعلى في أنظمة DOCSIS 3.1.

محطات القاعدة الخلوية

يكون كابل التغذية بين وحدة راديو BTS والهوائي الموجود أعلى البرج دائمًا محوريًا - إما محوريًا مموجًا مرنًا أو خطًا صلبًا. يفقد جهاز LMR-400 الذي يبلغ طوله 30 مترًا وبتردد 900 ميجاهرتز حوالي 0.8 ديسيبل؛ عند تردد 2.1 جيجا هرتز (3G UMTS)، يفقد نفس التشغيل حوالي 1.3 ديسيبل. كل ديسيبل من فقدان وحدة التغذية يقلل بشكل مباشر من الطاقة المشعة الفعالة، ولهذا السبب أصبحت تركيبات رأس الراديو عن بعد (RRH) التي تثبت وحدة الراديو في أعلى البرج - المتصلة بوحدة النطاق الأساسي عن طريق الألياف - هي المهيمنة: فهي تقضي على فقدان وحدة التغذية تمامًا.

الأجهزة الطبية والصناعية

تعتمد محولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية وسلاسل إشارات التصوير بالرنين المغناطيسي وأجهزة قياس مستوى الرادار الصناعية جميعها على التوصيلات المحورية لنفس سبب أنظمة البث: سلامة التدريع والمقاومة الخاضعة للتحكم. في الموجات فوق الصوتية، يحمل المحور نبضات ذات نطاق ميغاهيرتز من وإلى محولات الطاقة الكهرضغطية بأقل قدر من التشوه. يجب أن تكون المواد العازلة والموصلة متوافقة حيويًا في بعض الحالات، ويجب أن يتحمل الكابل دورات التعقيم - وهي المتطلبات التي تدفع التصميمات نحو المواد العازلة الفلورية البوليمرية المتخصصة التي يتم إنتاجها على خطوط بثق الأسلاك والكابلات المخصصة.

نظام تحديد المواقع وأجهزة استقبال الأقمار الصناعية

يعمل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بتردد 1575.42 ميجا هرتز (L1) و1227.60 ميجا هرتز (L2). يعمل التشغيل المحوري من هوائي GPS النشط إلى جهاز الاستقبال على تغذية كل من إشارة التردد اللاسلكي وطاقة التيار المستمر لـ LNA المدمج في الهوائي عبر نفس الكابل. يؤدي فقدان الكابل إلى انخفاض نسبة الإشارة إلى الضوضاء بشكل مباشر. يؤدي تشغيل RG-6 بطول 10 أمتار بسرعة 1.5 جيجاهرتز إلى خسارة قدرها 1.0 ديسيبل تقريبًا - يمكن التحكم فيه؛ سوف يستهلك تشغيل مسافة 50 مترًا ما يقرب من 5 ديسيبل، وهو ما يتجاوز عادةً كسب LNA للهوائي النشط القياسي ويتطلب معززًا للإشارة يعمل بالطاقة في الخط.

الأسئلة المتداولة حول كيفية عمل المحور

لماذا يتمتع الكابل المحوري برفض EMI جيد؟

لأن المجال الكهرومغناطيسي الذي يحمل الإشارة محصور بالكامل بين الموصلات الداخلية والخارجية. لا يمكن للمجالات الخارجية أن تخترق درعًا مستمرًا، فهي تولد تيارات على السطح الخارجي للدرع، لكن تلك التيارات لا تؤثر على المجال الداخلي. والعكس صحيح أيضًا: لا يشع مجال الإشارة الداخلي للكابل إلى الخارج، مما يمنع التداخل مع الأنظمة الأخرى. هذا "التماثل المحوري" هو السبب الأساسي وراء تفوق المحور المحوري على السلك المفتوح أو الزوج الملتوي في بيئات التردد اللاسلكي.

ماذا يحدث إذا استخدمت كابل المعاوقة الخطأ؟

يؤدي استخدام كبل 75 أوم في نظام 50 أوم إلى عدم تطابق المعاوقة. تنعكس بعض قوة الإشارة مرة أخرى نحو المصدر عند كل انتقال - عند الإدخال وعند الإخراج. تتحد الموجات المنعكسة والموجات الساقطة لتكوين موجات ثابتة على الكابل، مما يعني أن سعة الإشارة تختلف على طول الكابل بدلاً من أن تكون ثابتة. يمثل VSWR بقيمة 1.5:1 (عدم تطابق بسيط من تقاطع 50/75 أوم) حوالي 4% من القدرة المنعكسة. في أجهزة إرسال التردد اللاسلكي عالية الطاقة، يمكن أن تؤدي الطاقة المنعكسة المفرطة إلى إتلاف مضخم المرحلة النهائية. في القياس الدقيق، فإنه يقدم أخطاء في الإشارة المقاسة.

هل يمكنك تشغيل الطاقة والإشارة عبر المحور المحوري في نفس الوقت؟

نعم. وهذا ما يسمى Power over Coax (PoC) أو، في سياق القمر الصناعي، تشغيل LNB. يتم فرض جهد التيار المستمر (عادةً 13 فولت أو 18 فولت لشبكات LNB الفضائية، ويختلف بالنسبة لـ CCTV) على الموصل الداخلي جنبًا إلى جنب مع إشارة التردد اللاسلكي. تفصل نقطة الإنطلاق المتحيزة - وهي شبكة بسيطة من محث ومكثف - مسارات التيار المستمر والتردد الراديوي عند كل طرف، مما يسمح للمعدات باستخراج أو حقن التيار المستمر دون التأثير على إشارة التردد اللاسلكي. التصنيفات الحالية محدودة بحجم الموصل وتصنيفات اتصال الموصل، بشكل عام بضع مئات من المللي أمبير للمحور القياسي.

ما الذي يحد من الحد الأقصى للتردد الذي يمكن للكابل المحوري التعامل معه؟

هناك عاملان يحددان الحد الأعلى للتردد. أولاً، يزداد التوهين مع التردد، مما يجعل الكابل في النهاية غير عملي. ثانيًا - والأكثر أهمية - عندما يصبح الطول الموجي للإشارة مشابهًا للأبعاد العرضية للكابل، يمكن إثارة أوضاع الانتشار ذات الترتيب الأعلى (أوضاع TE وTM) بالإضافة إلى وضع TEM. تنتقل هذه الأوضاع بسرعات مختلفة، مما يتسبب في تشويه الإشارة وتسرب الإشعاع. تردد القطع لوضع الترتيب الأعلى الأول تقريبًا f_c = 7.52 / (د د) جيجاهرتز (بالأبعاد بالسنتيمتر). يقطع معيار RG-58 حوالي 11 جيجا هرتز؛ يمكن للكابلات ذات القطر الأصغر مثل UT-047 أن تتجاوز 65 جيجا هرتز.

كيف يؤثر الانحناء على أداء الكابل المحوري؟

يؤدي ثني كابل متحد المحور إلى ما دون الحد الأدنى من نصف قطر الانحناء إلى تشويه العازل الكهربائي، وإبعاد الموصل الداخلي عن المركز، ويمكن أن يؤدي إلى تشوه الموصل الخارجي بشكل دائم - وكل ذلك يؤدي إلى تغيير المعاوقة المحلية وزيادة انعكاس الإشارة. يحدد المصنعون الحد الأدنى لنصف قطر الانحناء الذي يساوي عادة 10-20 مرة القطر الخارجي للكابل للتركيب الثابت، و6-10 مرات للتطبيقات المرنة المتكررة. مكامن الخلل الحادة ضارة بشكل دائم. في التطبيقات عالية التردد التي تزيد عن 10 جيجا هرتز، حتى الانحناءات اللطيفة في الكابلات شبه الصلبة يجب أن تؤخذ في الاعتبار عند الأداء الكهربائي للتجميع.