Η επίδραση του εφέ δέρματος στο ομοαξονικό καλώδιο

Ομοαξονικό καλώδιο είναι ένας τύπος ηλεκτρικού σύρματος και γραμμής μετάδοσης σήματος, που συνήθως αποτελείται από τέσσερα στρώματα υλικού: το πιο εσωτερικό στρώμα είναι ένα αγώγιμο χάλκινο σύρμα και το εξωτερικό στρώμα του καλωδίου περιβάλλεται από ένα στρώμα πλαστικού (χρησιμοποιείται ως μονωτή ή διηλεκτρικό ). Υπάρχει επίσης ένα λεπτό πλέγμα αγώγιμου υλικού (συνήθως χαλκού ή κράματος) έξω από τον μονωτήρα και το εξωτερικό στρώμα του αγώγιμου υλικού χρησιμοποιείται ως εξωτερικό περίβλημα, όπως φαίνεται στο σχήμα 1, το σχήμα 2 δείχνει τη διατομή ενός ομοαξονικού καλώδιο.

Τα ομοαξονικά καλώδια χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση σημάτων υψηλής συχνότητας και έχουν εξαιρετική ικανότητα κατά των παρεμβολών λόγω της μοναδικής δομής τους. Ως κρίσιμο συστατικό των σύγχρονων συστημάτων επικοινωνίας, είναι η αρτηρία για τη μετάδοση σήματος υψηλής συχνότητας. Μεταξύ αυτών, ο κεντρικός αγωγός όχι μόνο μεταφέρει ηλεκτρομαγνητική ενέργεια, αλλά καθορίζει επίσης την αποτελεσματικότητα και τη σταθερότητα της μετάδοσης σήματος και αποτελεί βασικό μέρος της μετάδοσης σήματος.

Αρχή λειτουργίας:

Τα ομοαξονικά καλώδια διοχετεύουν εναλλασσόμενο ρεύμα αντί για συνεχές ρεύμα, πράγμα που σημαίνει ότι υπάρχουν αρκετές αντιστροφές στην κατεύθυνση του ρεύματος ανά δευτερόλεπτο.

Εάν χρησιμοποιείται ένα κανονικό καλώδιο για τη μετάδοση ρεύματος υψηλής συχνότητας, αυτός ο τύπος καλωδίου θα λειτουργεί σαν κεραία που εκπέμπει ραδιοσήματα προς τα έξω, προκαλώντας απώλεια ισχύος σήματος και μείωση της ισχύος του λαμβανόμενου σήματος.

Ο σχεδιασμός των ομοαξονικών καλωδίων είναι ακριβώς για να λύσει αυτό το πρόβλημα. Το ραδιόφωνο που εκπέμπεται από το κεντρικό καλώδιο απομονώνεται από ένα αγώγιμο στρώμα πλέγματος, το οποίο μπορεί να ελέγξει το εκπεμπόμενο ραδιόφωνο μέσω της γείωσης.

Ταξινόμηση:

Ανάλογα με το υλικό και τη διαδικασία κατασκευής, υπάρχουν συνήθως οι ακόλουθες κατηγορίες:

● Στερεός αγωγός μονόινα:

Συνήθως κατασκευάζεται από ένα μόνο συμπαγές σύρμα χαλκού ή αλουμινίου.

Παρέχει καλύτερη ηλεκτρική απόδοση και χρησιμοποιείται συχνά για εφαρμογές χαμηλότερης συχνότητας ή μεγαλύτερες αποστάσεις καλωδίων

● Λανθάνον αγωγός:

Με μια σειρά από μικρά σύρματα στριμμένα?

Πιο εύκαμπτοι και εύκαμπτοι από τους συμπαγείς αγωγούς, κατάλληλος για κινητές εφαρμογές ή εφαρμογές που αλλάζουν συχνά.

● Χάλυβας με επένδυση χαλκού (CCS):

Ο πυρήνας από χάλυβα παρέχει αντοχή και ανθεκτικότητα, ενώ το στρώμα χαλκού παρέχει τις απαιτούμενες ηλεκτρικές ιδιότητες.

Συχνά χρησιμοποιείται σε περιπτώσεις όπου απαιτείται μηχανική αντοχή.

● Επάργυρος χαλκός:

Το χάλκινο σύρμα είναι επικαλυμμένο με ένα στρώμα αργύρου, το οποίο μπορεί να βελτιώσει τα χαρακτηριστικά αγωγιμότητας και συχνότητας του αγωγού.

Χρησιμοποιείται συχνά σε απαιτήσεις υψηλής συχνότητας, υψηλής ακρίβειας ή στρατιωτικών προτύπων.

● Κάδμιο κράμα χαλκού:

Αγωγοί κραμάτων για εφαρμογές υπεράκτιων ή σκληρών περιβαλλόντων όπου απαιτείται πρόσθετη αντίσταση στη διάβρωση.

Συντομογραφίες υλικού legend-Conductor&Braid Material όπως φαίνεται στην Εικόνα 3.

Δερματικό αποτέλεσμα

Το φαινόμενο του δέρματος, γνωστό και ως δερματικό φαινόμενο, εμφανίζεται όταν ένα εναλλασσόμενο ρεύμα διέρχεται από έναν αγωγό. Λόγω της επαγωγής, όσο πιο κοντά βρίσκεται στην επιφάνεια στη διατομή του αγωγού, τόσο πιο πυκνή είναι η κατανομή των ηλεκτρονίων.

Το φαινόμενο του δέρματος είναι ουσιαστικά ένα φαινόμενο ανομοιόμορφης κατανομής του ρεύματος AC μέσα σε έναν αγωγό. Καθώς η συχνότητα αυξάνεται, το ρεύμα τείνει να ρέει στην επιφάνεια του αγωγού. Στις συχνότητες μικροκυμάτων, αυτό το φαινόμενο είναι ιδιαίτερα έντονο, με αποτέλεσμα μια πολύ μεγαλύτερη πυκνότητα ρεύματος στην επιφάνεια του κεντρικού αγωγού ενός ομοαξονικού καλωδίου από ό,τι στο εσωτερικό.

△ Το Skin effect επηρεάζει το ομοαξονικό καλώδιο στις ακόλουθες πτυχές:

① Αύξηση αντίστασης και απώλειας - Επειδή το ρεύμα ρέει κυρίως στην επιφάνεια, η συνολική αποτελεσματική αγώγιμη περιοχή μειώνεται, κάνοντας τον κεντρικό αγωγό του ομοαξονικού καλωδίου να παράγει μεγαλύτερη αντίσταση, αυξάνοντας έτσι την απώλεια μετάδοσης.

② Θέρμανση - Το ρεύμα που προκαλείται από το σήμα υψηλής συχνότητας συγκεντρώνεται στην επιφανειακή ροή, το οποίο θα οδηγήσει σε ένα πιο εμφανές θερμικό αποτέλεσμα, αυξάνοντας έτσι τη θερμοκρασία του καλωδίου και επηρεάζοντας τη σταθερότητα και την αξιοπιστία του σήματος

③ Επιλογή υλικού - Κατά το σχεδιασμό ενός ομοαξονικού καλωδίου, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η αγωγιμότητα του υλικού του κεντρικού αγωγού. Υλικά υψηλής αγωγιμότητας, όπως η επάργυρη χαλκός, μπορούν να μειώσουν αποτελεσματικά την αντίσταση και να μειώσουν τις απώλειες.

△Για να μετριαστεί ο αντίκτυπος των δερματικών επιπτώσεων, οι στρατηγικές για την αντιμετώπιση των δερματικών επιπτώσεων περιλαμβάνουν:

① Βελτιστοποίηση υλικού - επιλογή υλικών υψηλής αγωγιμότητας για μείωση της απώλειας αντίστασης. Για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας επάργυρους αγωγούς χαλκού, το στρώμα αργύρου μπορεί να παρέχει υψηλή αγωγιμότητα και λόγω του φαινομένου του δέρματος, το πάχος του αργύρου χρειάζεται μόνο μερικά μικρόμετρα.

② Σχεδιασμός αγωγών - Η βελτιστοποίηση της δομής των αγωγών, όπως η χρήση αγώγιμων αγωγών, μπορεί να αυξήσει την επιφάνεια και να μειώσει το φαινόμενο του δέρματος.

③ Σύστημα ψύξης - Για εφαρμογές εξαιρετικά υψηλών συχνοτήτων, χρησιμοποιήστε κατάλληλο σύστημα ψύξης για να αποτρέψετε την υπερθέρμανση.

④ Προσαρμοσμένο καλώδιο - Προσαρμόστε το σχεδιασμό του καλωδίου με βάση συγκεκριμένες απαιτήσεις εφαρμογής, λαμβάνοντας υπόψη πολλούς παράγοντες όπως η συχνότητα, το επίπεδο ισχύος και η απόσταση μετάδοσης.

Συνολικά, η κατανόηση και η διαχείριση του δερματικού αποτελέσματος είναι ζωτικής σημασίας για τη διασφάλιση της απόδοσης μετάδοσης σήματος υψηλής συχνότητας σεομοαξονικά καλώδια . Μέσω του έξυπνου σχεδιασμού και της εφαρμογής υλικών υψηλής ποιότητας, οι ομοαξονικές γραμμές μετάδοσης μπορούν να λειτουργούν πιο αποτελεσματικά, υποστηρίζοντας έτσι τις ταχέως αναπτυσσόμενες ανάγκες επικοινωνίας μας. Αυτές οι αποφάσεις είναι που διασφαλίζουν ότι κάθε σήμα, από την επίγεια ασύρματη επικοινωνία έως τη δορυφορική μετάδοση, μπορεί να μεταδοθεί καθαρά και αξιόπιστα σε πολύπλοκα και απαιτητικά περιβάλλοντα.