Ảnh hưởng của hiệu ứng bề mặt lên cáp đồng trục

Cáp đồng trục là một loại dây dẫn điện và dây truyền tín hiệu, thường được cấu tạo từ 4 lớp vật liệu: lớp trong cùng là dây đồng dẫn điện, lớp ngoài cùng của dây được bao bọc bởi một lớp nhựa (dùng làm chất cách điện hoặc chất điện môi). ). Ngoài ra còn có một lưới mỏng vật liệu dẫn điện (thường là đồng hoặc hợp kim) bên ngoài chất cách điện và lớp bên ngoài của vật liệu dẫn điện được sử dụng làm lớp vỏ ngoài, như trong Hình 1, Hình 2 cho thấy mặt cắt ngang của đồng trục cáp.

Cáp đồng trục được sử dụng để truyền tín hiệu tần số cao và có khả năng chống nhiễu tuyệt vời do cấu trúc độc đáo của chúng. Là một thành phần quan trọng của hệ thống thông tin liên lạc hiện đại, nó là huyết mạch truyền tín hiệu tần số cao; Trong số đó, dây dẫn trung tâm không chỉ mang năng lượng điện từ mà còn quyết định hiệu quả và độ ổn định của việc truyền tín hiệu, đồng thời là bộ phận quan trọng trong việc truyền tín hiệu.

Nguyên tắc làm việc:

Cáp đồng trục dẫn dòng điện xoay chiều thay vì dòng điện một chiều, nghĩa là có một số lần đảo chiều của dòng điện trong mỗi giây.

Nếu sử dụng dây dẫn thông thường để truyền dòng điện tần số cao thì loại dây này sẽ hoạt động giống như ăng-ten phát tín hiệu vô tuyến ra bên ngoài, gây mất công suất tín hiệu và giảm cường độ tín hiệu thu được.

Việc thiết kế cáp đồng trục chính xác là để giải quyết vấn đề này. Sóng vô tuyến phát ra từ dây trung tâm được cách ly bằng một lớp dẫn điện dạng lưới, lớp này có thể điều khiển sóng vô tuyến phát ra thông qua nối đất.

Phân loại:

Tùy thuộc vào nguyên liệu và quy trình sản xuất, thường có các loại sau:

● Dây dẫn rắn đơn sợi:

Thường được làm bằng một dây đồng hoặc nhôm nguyên khối;

Cung cấp hiệu suất điện tốt hơn và thường được sử dụng cho các ứng dụng tần số thấp hơn hoặc khoảng cách cáp dài hơn

● Dây dẫn bị mắc kẹt:

Bằng một số sợi dây nhỏ xoắn lại;

Linh hoạt và linh hoạt hơn dây dẫn rắn, thích hợp cho các ứng dụng di động hoặc thay đổi thường xuyên.

● Thép mạ đồng (CCS):

Lõi thép cung cấp sức mạnh và độ bền, trong khi lớp đồng cung cấp các đặc tính điện cần thiết;

Nó thường được sử dụng trong những trường hợp cần có độ bền cơ học.

● Đồng mạ bạc:

Dây đồng được phủ một lớp bạc, có thể cải thiện đặc tính dẫn điện và tần số của dây dẫn.

Nó thường được sử dụng trong các yêu cầu tần số cao, độ chính xác cao hoặc tiêu chuẩn quân sự.

● Hợp kim đồng Cadmium:

Dây dẫn hợp kim cho các ứng dụng ngoài khơi hoặc môi trường khắc nghiệt, nơi cần có khả năng chống ăn mòn bổ sung;

Các chữ viết tắt của vật liệu chú thích-Dây dẫn&Vật liệu bện như trong Hình 3.

Hiệu ứng da

Hiệu ứng da, còn được gọi là hiệu ứng da, xảy ra khi dòng điện xoay chiều đi qua dây dẫn. Do cảm ứng nên càng gần bề mặt trên tiết diện của dây dẫn thì sự phân bố electron càng dày đặc.

Hiệu ứng bề mặt về cơ bản là hiện tượng phân bố dòng điện xoay chiều không đều trong dây dẫn. Khi tần số tăng lên, dòng điện có xu hướng chạy trên bề mặt dây dẫn. Ở tần số vi sóng, hiệu ứng này đặc biệt rõ rệt, dẫn đến mật độ dòng điện trên bề mặt dây dẫn trung tâm của cáp đồng trục cao hơn nhiều so với bên trong.

△ Hiệu ứng Skin ảnh hưởng đến cáp đồng trục ở các khía cạnh sau:

① Tăng điện trở và tổn thất - Do dòng điện chủ yếu chạy trên bề mặt nên diện tích dẫn điện hiệu dụng tổng thể giảm xuống khiến dây dẫn trung tâm của cáp đồng trục tạo ra điện trở lớn hơn, từ đó làm tăng tổn hao truyền tải.

② Làm nóng - Dòng điện do tín hiệu tần số cao tập trung ở dòng chảy bề mặt sẽ dẫn đến hiệu ứng nhiệt rõ ràng hơn, từ đó làm tăng nhiệt độ của cáp và ảnh hưởng đến độ ổn định, độ tin cậy của tín hiệu

③ Lựa chọn vật liệu - Khi thiết kế cáp đồng trục phải tính đến độ dẫn điện của vật liệu dây dẫn trung tâm. Các vật liệu có độ dẫn điện cao như mạ đồng bạc có thể làm giảm điện trở và giảm tổn thất một cách hiệu quả.

△Để giảm thiểu tác động của các tác động lên da, các chiến lược giải quyết các tác động lên da bao gồm:

① Tối ưu hóa vật liệu - lựa chọn vật liệu có độ dẫn điện cao để giảm tổn thất điện trở. Ví dụ, sử dụng dây dẫn bằng đồng mạ bạc, lớp bạc có thể mang lại độ dẫn điện cao và do hiệu ứng bề mặt nên độ dày của bạc chỉ cần vài micromet.

② Thiết kế dây dẫn - Tối ưu hóa cấu trúc của dây dẫn, chẳng hạn như sử dụng dây dẫn bện, có thể làm tăng diện tích bề mặt và giảm hiệu ứng bề mặt.

③ Hệ thống làm mát - Đối với các ứng dụng tần số cực cao, hãy sử dụng hệ thống làm mát phù hợp để tránh quá nhiệt.

④ Cáp tùy chỉnh - Tùy chỉnh thiết kế cáp dựa trên yêu cầu ứng dụng cụ thể, xem xét nhiều yếu tố như tần số, mức công suất và khoảng cách truyền.

Nhìn chung, hiểu biết và quản lý hiệu ứng bề mặt là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất truyền tín hiệu tần số cao trongCáp đồng trục . Thông qua thiết kế thông minh và ứng dụng vật liệu chất lượng cao, đường truyền đồng trục có thể hoạt động hiệu quả hơn, từ đó hỗ trợ nhu cầu liên lạc đang phát triển nhanh chóng của chúng ta. Chính những quyết định này đảm bảo rằng mọi tín hiệu, từ liên lạc không dây mặt đất đến truyền dẫn vệ tinh, đều có thể được truyền đi rõ ràng và đáng tin cậy trong những môi trường phức tạp và đầy thử thách.