L'influenza dell'effetto pelle sul cavo coassiale

Cavo coassiale è un tipo di filo elettrico e linea di trasmissione del segnale, solitamente costituito da quattro strati di materiale: lo strato più interno è un filo di rame conduttivo, e lo strato esterno del filo è circondato da uno strato di plastica (usato come isolante o dielettrico ). C'è anche una sottile rete di materiale conduttivo (solitamente rame o lega) all'esterno dell'isolante e lo strato esterno del materiale conduttivo viene utilizzato come rivestimento esterno, come mostrato nella Figura 1, la Figura 2 mostra la sezione trasversale di un coassiale cavo.

I cavi coassiali vengono utilizzati per la trasmissione di segnali ad alta frequenza e hanno un'eccellente capacità anti-interferenza grazie alla loro struttura unica. Essendo un componente cruciale dei moderni sistemi di comunicazione, è l'arteria per la trasmissione del segnale ad alta frequenza; Tra questi, il conduttore centrale non solo trasporta energia elettromagnetica, ma determina anche l'efficienza e la stabilità della trasmissione del segnale ed è una parte fondamentale della trasmissione del segnale.

Principio di funzionamento:

I cavi coassiali conducono corrente alternata anziché continua, il che significa che si verificano diverse inversioni di direzione della corrente al secondo.

Se per trasmettere corrente ad alta frequenza viene utilizzato un filo normale, questo tipo di filo si comporterà come un'antenna che emette segnali radio verso l'esterno, causando una perdita di potenza del segnale e una diminuzione della forza del segnale ricevuto.

La progettazione dei cavi coassiali è proprio per risolvere questo problema. La radio emessa dal filo centrale è isolata da uno strato conduttivo a rete, che può controllare la radio emessa tramite la messa a terra.

Classificazione:

A seconda del materiale e del processo di produzione, di solito ci sono le seguenti categorie:

● Conduttore solido monofilamento:

Solitamente costituito da un unico filo solido di rame o alluminio;

Fornisce prestazioni elettriche migliori e viene spesso utilizzato per applicazioni a frequenza più bassa o distanze dei cavi più lunghe

● Conduttore a trefolo:

Con una serie di piccoli fili attorcigliati;

Più flessibile e flessibile dei conduttori solidi, adatto per applicazioni mobili o che cambiano frequentemente.

● Acciaio rivestito di rame (CCS):

L'anima in acciaio garantisce resistenza e durata, mentre lo strato di rame fornisce le proprietà elettriche richieste;

Viene spesso utilizzato nelle occasioni in cui è richiesta resistenza meccanica.

● Rame argentato:

Il filo di rame è rivestito con uno strato d'argento, che può migliorare le caratteristiche di conduttività e frequenza del conduttore.

Viene spesso utilizzato in requisiti di alta frequenza, alta precisione o standard militari.

● Lega di rame e cadmio:

Conduttori in lega per applicazioni offshore o in ambienti difficili dove è richiesta ulteriore resistenza alla corrosione;

Legenda delle abbreviazioni dei materiali: materiale conduttore e treccia, come mostrato nella Figura 3.

Effetto pelle

L'effetto pelle, noto anche come effetto pelle, si verifica quando una corrente alternata passa attraverso un conduttore. A causa dell'induzione, quanto più la sezione trasversale del conduttore è vicina alla superficie, tanto più densa è la distribuzione degli elettroni.

L'effetto pelle è essenzialmente un fenomeno di distribuzione non uniforme della corrente CA all'interno di un conduttore. All'aumentare della frequenza la corrente tende a fluire sulla superficie del conduttore. Alle frequenze delle microonde questo effetto è particolarmente pronunciato, determinando una densità di corrente molto più elevata sulla superficie del conduttore centrale di un cavo coassiale che all'interno.

△ L'effetto pelle influisce sul cavo coassiale nei seguenti aspetti:

① Aumenta resistenza e perdita - Poiché la corrente scorre principalmente sulla superficie, l'area conduttiva effettiva complessiva viene ridotta, facendo sì che il conduttore centrale del cavo coassiale produca una maggiore resistenza, aumentando così la perdita di trasmissione.

② Riscaldamento: la corrente causata dal segnale ad alta frequenza è concentrata nel flusso superficiale, il che porterà a un effetto termico più evidente, aumentando così la temperatura del cavo e influenzando la stabilità e l'affidabilità del segnale

③ Selezione del materiale - Quando si progetta un cavo coassiale, è necessario considerare la conduttività del materiale del conduttore centrale. I materiali ad alta conduttività come la placcatura in rame argentato possono ridurre efficacemente la resistenza e ridurre le perdite.

△Per mitigare l'impatto degli effetti sulla pelle, le strategie per affrontare gli effetti sulla pelle includono:

① Ottimizzazione dei materiali: selezione di materiali ad alta conduttività per ridurre la perdita di resistenza. Ad esempio, utilizzando conduttori in rame argentato, lo strato d'argento può fornire un'elevata conduttività e, a causa dell'effetto pelle, lo spessore dell'argento richiede solo pochi micrometri.

② Progettazione del conduttore: l'ottimizzazione della struttura dei conduttori, come l'utilizzo di conduttori a trefoli, può aumentare la superficie e ridurre l'effetto pelle.

③ Sistema di raffreddamento - Per applicazioni a frequenza estremamente elevata, utilizzare un sistema di raffreddamento adeguato per evitare il surriscaldamento.

④ Cavo personalizzato: personalizza il design del cavo in base ai requisiti dell'applicazione specifica, considerando molteplici fattori come frequenza, livello di potenza e distanza di trasmissione.

Nel complesso, comprendere e gestire l'effetto pelle è fondamentale per garantire le prestazioni della trasmissione del segnale ad alta frequenzacavi coassiali . Attraverso la progettazione intelligente e l'applicazione di materiali di alta qualità, le linee di trasmissione coassiali possono funzionare in modo più efficiente, supportando così le nostre esigenze di comunicazione in rapido sviluppo. Sono queste decisioni che garantiscono che ogni segnale, dalla comunicazione wireless terrestre alla trasmissione satellitare, possa essere trasmesso in modo chiaro e affidabile in ambienti complessi e difficili.