Der Einfluss des Skin-Effekts auf Koaxialkabel

Koaxialkabel ist eine Art elektrischer Draht und Signalübertragungsleitung, der normalerweise aus vier Materialschichten besteht: Die innerste Schicht ist ein leitender Kupferdraht, und die äußere Schicht des Drahtes ist von einer Kunststoffschicht umgeben (die als Isolator oder Dielektrikum verwendet wird). ). Außerhalb des Isolators befindet sich außerdem ein dünnes Netz aus leitendem Material (normalerweise Kupfer oder Legierung), und die äußere Schicht des leitenden Materials wird als Außenhaut verwendet, wie in Abbildung 1 dargestellt. Abbildung 2 zeigt den Querschnitt eines Koaxialkabels Kabel.

Koaxialkabel werden zur Übertragung hochfrequenter Signale verwendet und weisen aufgrund ihrer einzigartigen Struktur eine hervorragende Entstörungsfähigkeit auf. Als entscheidender Bestandteil moderner Kommunikationssysteme ist es die Arterie für die Übertragung hochfrequenter Signale; Unter diesen transportiert der Zentralleiter nicht nur elektromagnetische Energie, sondern bestimmt auch die Effizienz und Stabilität der Signalübertragung und ist ein wichtiger Bestandteil der Signalübertragung.

Arbeitsprinzip:

Koaxialkabel leiten Wechselstrom statt Gleichstrom, sodass es pro Sekunde zu mehreren Stromrichtungsumkehrungen kommt.

Wenn ein normaler Draht zur Übertragung von Hochfrequenzstrom verwendet wird, wirkt dieser Drahttyp wie eine Antenne, die Funksignale nach außen sendet, was zu einem Verlust der Signalleistung und einer Verringerung der Stärke des empfangenen Signals führt.

Das Design von Koaxialkabeln soll genau dieses Problem lösen. Die vom Zentraldraht ausgesendeten Funksignale werden durch eine leitende Netzschicht isoliert, die die ausgesendeten Funksignale durch Erdung kontrollieren kann.

Einstufung:

Je nach Herstellungsmaterial und -verfahren gibt es in der Regel folgende Kategorien:

● Monofilament-Massivleiter:

Normalerweise aus einem einzigen massiven Kupfer- oder Aluminiumdraht gefertigt;

Bietet eine bessere elektrische Leistung und wird häufig für Anwendungen mit niedrigerer Frequenz oder längere Kabelentfernungen verwendet

● Litzenleiter:

Durch eine Reihe kleiner Drähte verdrillt;

Flexibler und flexibler als Massivleiter, geeignet für mobile oder häufig wechselnde Anwendungen.

● Kupferbeschichteter Stahl (CCS):

Der Stahlkern sorgt für Festigkeit und Haltbarkeit, während die Kupferschicht für die erforderlichen elektrischen Eigenschaften sorgt;

Es wird häufig dort eingesetzt, wo mechanische Festigkeit erforderlich ist.

● Versilbertes Kupfer:

Der Kupferdraht ist mit einer Silberschicht überzogen, die die Leitfähigkeit und Frequenzeigenschaften des Leiters verbessern kann.

Es wird häufig bei Hochfrequenz-, Präzisions- oder Militärstandardanforderungen eingesetzt.

● Cadmium-Kupfer-Legierung:

Legierungsleiter für Offshore- oder raue Umgebungsanwendungen, bei denen zusätzliche Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist;

Legende der Materialabkürzungen – Leiter- und Geflechtmaterial, wie in Abbildung 3 dargestellt.

Hauteffekt

Der Skin-Effekt, auch Skin-Effekt genannt, tritt auf, wenn ein Wechselstrom durch einen Leiter fließt. Aufgrund der Induktion ist die Verteilung der Elektronen umso dichter, je näher sie im Querschnitt des Leiters an der Oberfläche liegt.

Der Skin-Effekt ist im Wesentlichen ein Phänomen der ungleichmäßigen Verteilung des Wechselstroms innerhalb eines Leiters. Mit steigender Frequenz neigt der Strom dazu, auf der Oberfläche des Leiters zu fließen. Bei Mikrowellenfrequenzen ist dieser Effekt besonders ausgeprägt, was dazu führt, dass an der Oberfläche des Zentralleiters eines Koaxialkabels eine viel höhere Stromdichte herrscht als im Inneren.

△ Der Skin-Effekt beeinflusst Koaxialkabel in folgenden Aspekten:

① Erhöhen Sie Widerstand und Verlust – Da der Strom hauptsächlich an der Oberfläche fließt, wird die gesamte effektive leitfähige Fläche verringert, wodurch der Mittelleiter des Koaxialkabels einen größeren Widerstand erzeugt und dadurch die Übertragungsverluste erhöht.

② Erwärmung – Der durch das Hochfrequenzsignal verursachte Strom konzentriert sich in der Oberflächenströmung, was zu einem deutlicheren thermischen Effekt führt, wodurch die Temperatur des Kabels steigt und die Stabilität und Zuverlässigkeit des Signals beeinträchtigt wird

③ Materialauswahl – Beim Entwurf eines Koaxialkabels muss die Leitfähigkeit des zentralen Leitermaterials berücksichtigt werden. Hochleitfähige Materialien wie Silberkupferbeschichtung können den Widerstand wirksam reduzieren und Verluste reduzieren.

△Um die Auswirkungen von Hauteffekten zu mildern, umfassen Strategien zur Bekämpfung von Hauteffekten:

① Materialoptimierung – Auswahl von Materialien mit hoher Leitfähigkeit, um Widerstandsverluste zu reduzieren. Beispielsweise kann bei Verwendung von versilberten Kupferleitern die Silberschicht eine hohe Leitfähigkeit bieten, und aufgrund des Skin-Effekts beträgt die Dicke des Silbers nur wenige Mikrometer.

② Leiterdesign – Durch die Optimierung der Struktur von Leitern, beispielsweise durch die Verwendung von Litzenleitern, kann die Oberfläche vergrößert und der Skin-Effekt verringert werden.

③ Kühlsystem – Verwenden Sie bei Anwendungen mit extrem hohen Frequenzen ein geeignetes Kühlsystem, um eine Überhitzung zu verhindern.

④ Kundenspezifisches Kabel – Passen Sie das Kabeldesign basierend auf spezifischen Anwendungsanforderungen an und berücksichtigen Sie dabei mehrere Faktoren wie Frequenz, Leistungspegel und Übertragungsentfernung.

Insgesamt ist das Verständnis und die Bewältigung des Skin-Effekts von entscheidender Bedeutung für die Gewährleistung der Leistung der Hochfrequenzsignalübertragung inKoaxialkabel . Durch intelligentes Design und den Einsatz hochwertiger Materialien können koaxiale Übertragungsleitungen effizienter arbeiten und so unsere sich schnell entwickelnden Kommunikationsbedürfnisse unterstützen. Es sind diese Entscheidungen, die sicherstellen, dass jedes Signal, von der drahtlosen Bodenkommunikation bis zur Satellitenübertragung, in komplexen und herausfordernden Umgebungen klar und zuverlässig übertragen werden kann.