De invloed van skin-effect op coaxkabel

Coaxiale kabel is een soort elektrische draad en signaaltransmissielijn, meestal opgebouwd uit vier lagen materiaal: de binnenste laag is een geleidende koperdraad en de buitenste laag van de draad is omgeven door een laag plastic (gebruikt als isolator of diëlektrische ). Er bevindt zich ook een dun gaas van geleidend materiaal (meestal koper of legering) buiten de isolator, en de buitenste laag van het geleidende materiaal wordt gebruikt als de buitenhuid, zoals weergegeven in figuur 1. Figuur 2 toont de dwarsdoorsnede van een coaxiale kabel.

Coaxkabels worden gebruikt voor het verzenden van hoogfrequente signalen en hebben dankzij hun unieke structuur een uitstekend anti-interferentievermogen. Als cruciaal onderdeel van moderne communicatiesystemen is het de slagader voor hoogfrequente signaaloverdracht; Onder hen transporteert de centrale geleider niet alleen elektromagnetische energie, maar bepaalt hij ook de efficiëntie en stabiliteit van de signaaloverdracht, en is hij een belangrijk onderdeel van de signaaloverdracht.

Werkend principe:

Coaxkabels geleiden wisselstroom in plaats van gelijkstroom, wat betekent dat er meerdere omkeringen in de richting van de stroom per seconde plaatsvinden.

Als een gewone draad wordt gebruikt om hoogfrequente stroom over te dragen, zal dit type draad werken als een antenne die radiosignalen naar buiten uitzendt, waardoor signaalvermogen verloren gaat en de sterkte van het ontvangen signaal afneemt.

Het ontwerp van coaxkabels is precies bedoeld om dit probleem op te lossen. De door de centrale draad uitgezonden radio wordt geïsoleerd door een geleidende gaaslaag, die de uitgezonden radio via aarding kan besturen.

Classificatie:

Afhankelijk van het productiemateriaal en -proces zijn er meestal de volgende categorieën:

● Monofilament massieve geleider:

Meestal gemaakt van een enkele massieve koper- of aluminiumdraad;

Biedt betere elektrische prestaties en wordt vaak gebruikt voor toepassingen met een lagere frequentie of langere kabelafstanden

● Vastgelopen geleider:

Door een aantal kleine draadjes gedraaid;

Flexibeler en flexibeler dan massieve geleiders, geschikt voor mobiele of vaak wisselende toepassingen.

● Met koper bekleed staal (CCS):

De stalen kern zorgt voor sterkte en duurzaamheid, terwijl de koperlaag voor de benodigde elektrische eigenschappen zorgt;

Het wordt vaak gebruikt in situaties waar mechanische sterkte vereist is.

● Verzilverd koper:

De koperdraad is bedekt met een laagje zilver, wat de geleidbaarheid en frequentie-eigenschappen van de geleider kan verbeteren.

Het wordt vaak gebruikt bij hoge frequentie, hoge precisie of militaire standaardvereisten.

● Cadmiumkoperlegering:

Gelegeerde geleiders voor offshore- of zware omgevingstoepassingen waarbij extra corrosieweerstand vereist is;

Legenda materiaalafkortingen - Geleider- en vlechtmateriaal zoals weergegeven in figuur 3.

Huid effect

Het skin-effect, ook wel skin-effect genoemd, treedt op wanneer een wisselstroom door een geleider gaat. Als gevolg van inductie geldt dat hoe dichter het oppervlak zich op de dwarsdoorsnede van de geleider bevindt, hoe dichter de verdeling van de elektronen is.

Het skin-effect is in wezen een fenomeen van ongelijkmatige verdeling van wisselstroom binnen een geleider. Naarmate de frequentie toeneemt, heeft de stroom de neiging over het oppervlak van de geleider te vloeien. Bij microgolffrequenties is dit effect bijzonder uitgesproken, wat resulteert in een veel hogere stroomdichtheid op het oppervlak van de centrale geleider van een coaxiale kabel dan binnenin.

△ Het skin-effect beïnvloedt de coaxkabel op de volgende aspecten:

① Verhoog de weerstand en het verlies - Omdat de stroom voornamelijk over het oppervlak vloeit, wordt het algehele effectieve geleidende oppervlak verkleind, waardoor de middengeleider van de coaxkabel een grotere weerstand produceert, waardoor het transmissieverlies toeneemt.

② Verwarming - De stroom veroorzaakt door het hoogfrequente signaal is geconcentreerd in de oppervlaktestroom, wat zal leiden tot een duidelijker thermisch effect, waardoor de temperatuur van de kabel stijgt en de stabiliteit en betrouwbaarheid van het signaal wordt beïnvloed

③ Materiaalkeuze - Bij het ontwerpen van een coaxkabel moet rekening worden gehouden met de geleidbaarheid van het centrale geleidermateriaal. Materialen met een hoge geleidbaarheid, zoals zilverkoperbeplating, kunnen de weerstand effectief verminderen en verliezen verminderen.

△Om de impact van huideffecten te verzachten, omvatten strategieën om huideffecten aan te pakken:

① Materiaaloptimalisatie - het selecteren van materialen met een hoge geleidbaarheid om weerstandsverlies te verminderen. Bij gebruik van verzilverde koperen geleiders kan de zilverlaag bijvoorbeeld een hoge geleidbaarheid bieden, en vanwege het skin-effect heeft de dikte van zilver slechts enkele micrometers nodig.

② Geleiderontwerp - Het optimaliseren van de structuur van geleiders, zoals het gebruik van gestrande geleiders, kan het oppervlak vergroten en het huideffect verminderen.

③ Koelsysteem - Gebruik voor toepassingen met extreem hoge frequentie een geschikt koelsysteem om oververhitting te voorkomen.

④ Aangepaste kabel - Pas het kabelontwerp aan op basis van specifieke toepassingsvereisten, rekening houdend met meerdere factoren zoals frequentie, vermogensniveau en transmissieafstand.

Over het algemeen is het begrijpen en beheersen van het skin-effect cruciaal voor het garanderen van de prestaties van hoogfrequente signaaloverdracht incoaxiale kabels . Door een intelligent ontwerp en de toepassing van hoogwaardige materialen kunnen coaxiale transmissielijnen efficiënter werken, waardoor onze zich snel ontwikkelende communicatiebehoeften worden ondersteund. Het zijn deze beslissingen die ervoor zorgen dat elk signaal, van draadloze grondcommunicatie tot satelliettransmissie, duidelijk en betrouwbaar kan worden verzonden in complexe en uitdagende omgevingen.