Signaalihäviön fysiikka AWG 50 -erittäin hienoissa mikrokoaksiaalikaapeleissa

Teollisuuden kaikilla aloilla, esimerkiksi korkean tiukkuuden lääketieteellisissä tutkimuslaitteissa ja seuraavan sukupolven AR-/VR-kaapeleissa, miniaturisoinnin vaatimukset ovat jatkuvasti kasvussa, ja insinöörit luottavat yhä enemmän erityisen hienoihin johtimiin, kuten AWG 50 -mikrokoaksiaalikaapeleihin. Näillä kaapeleilla, joiden ulkohalkaisija on noin 0,025 tuumaa (0,635 mm), voidaan saavuttaa merkittäviä muototekijän pienentämiä. Kuitenkin käyttö korkeammilla taajuuksilla niin pienellä mittakaavalla aiheuttaa ainutlaatuisia fysikaalisia haasteita, erityisesti signaalihäviöitä. Häviöihin vaikuttavien fysikaalisten ilmiöiden ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää, jotta nämä kaapelit voidaan hyödyntää tehokkaasti herkissä sovelluksissa, kuten sisäiseen kardiovaskulaariseen ehkäisyyn (ICE), intravaskulaariseen ultraäänikuvausjärjestelmiin (IVUS) sekä suun sisäiseen kuvausjärjestelmiin.

Johtimen häviöt AWG 50 -mikrokoaksiaalikaapeleissa alhaisilla taajuuksilla

Pääasiallinen tappiolähde kaikissa koaksiaalikaapeleissa on johtimen tappio, joka johtuu ihoilmiöstä. Kun signaalin taajuus kasvaa, virtavirtaus rajoittuu ohueen "ihopinnoitteeseen" johtimen pinnalle. Ihopaksuus (δ) on kääntäen verrannollinen taajuuden neliöjuureen ja johtimen läpäisevyyteen. AWG 50 -kaapelissa pieni johtimen poikkipinta-ala aiheuttaa merkittävän rajoituksen: näiden pienten johtimien korkeataajuusvastus on pääasiassa suurempi, koska virtavirtaukselle tarjottu pinta-ala on hyvin pieni. Tämä johtaa huomattaviin ohmisiiin (I²R) tappioihin, joissa sähköteho muuttuu lämmöksi. Sovelluksissa, kuten tiukkoihin dronelanka-asennuksiin tai jopa robottilanka-asennuksiin, joissa kaapelin käyttö voi olla lyhyt, mutta pakkausmahdollisuudet ovat erinomaisen rajallisia, tämän johtavan lämmön hallinta on välttämätöntä suorituskyvyn heikentymisen estämiseksi.

Eristeritappio AWG 50 -mikrokoaksiaalikaapeleissa korkeilla taajuuksilla

Kun johtimen tappiot hallitsevat alhaisemmillä taajuuksilla, eristeen tappiot kasvavat merkittäviksi, kun taajuudet nousevat useiden gigahertsien alueelle. Tämä tappio tapahtuu eristeessä, joka erottaa virtajohtimen suojasta. Kun vaihtoelektrinen kenttä vaikuttaa, eristeen sisällä olevat napaiset molekyylit jatkuvasti uudelleenorientoituvat, mikä aiheuttaa kitkaa ja lämpöä; tätä kutsutaan häviötekijäksi (Df). Erittäin hienot kaapelit vaativat erinomaisen ohuita eristeitä, mikä usein tarkoittaa materiaalivalintojen kompromisseja. Eristeriippumaton häviötekijä (esimerkiksi laajennettu PTFE) on välttämätön signaalivakauden säilyttämiseksi suuritehoisissa sovelluksissa, kuten USB4-kaapelikimpuissa ja korkearesoluutioisten lääketieteellisten näyttöjen LVDS-kaapelikimpuissa.

Rakenteellinen takaisinsirontahäviö ja impedanssikatkoksia erinomaisen hienoissa mikrokoaksiaalikaapeleissa

Signaalin menetys ei liity ainoastaan vaimentumiseen, vaan myös signaalin heijastuksiin. Rakenteellinen paluuhäviö (SRL) johtuu pienistä virheistä kaapelin geometriassa, erilaisista dielektrisen materiaalin kokoeroista, keskijohdinlangan epäkeskisyydestä tai jopa suojahilkun epätasaisuuksista. AWG 50 -kaapelissa, jossa toleranssit määritetään mikrometreissä, mikä tahansa poikkeama aiheuttaa impedanssijatkuvuuden katkeamisen. Nämä katkeamat saavat osan signaalista heijastumaan takaisin lähteeseen, mikä vähentää tehokkaasti lähetetyn signaalin tehoja sekä aiheuttaa tiedonvirheitä tai jopa kuvavirheitä. Tämä on erityisen tärkeää ultraäänitutkaprojektorikaapeleille ja endoskooppi-kaapeleille, joissa analogisen RF-signaalin eheys vaikuttaa suoraan kuvan selkeyteen ja diagnostiseen luottamukseen.

Lieventäminen tarkkuusinsinöörimäisen suunnittelun ja materiaalitieteen avulla

Näiden fyysisten rajoitusten voittaminen edellyttää vaihtoehtoista suunnittelumenetelmää:

Edistyneet materiaalit: Korkean puhtausasteen, hopeapinnoitettujen kuparijohtimien käyttö hyödyntää pinnan johtavuutta mahdollisimman tehokkaasti. Matalatiukkuisten, matalan Df:n eristävien materiaalien käyttö vähentää polarisaatiotappioita.

Tarkkuusvalmiste: Mikrometritasoiset tarkkuudet puristusvalussa ja kaapeloinnissa varmistavat geometrisen yhtenäisyyden, resistanssin hallinnan ja SRL:n vähentämisen. Tämä tarkkuus on keskiössä RF-koaksiaalikaapeleiden ja mikrokoaksiaalikaapelien kokoonpanovalmistuksessamme.

Optimoitu suunnittelu: Sovelluksen taajuusalueen tunteminen mahdollistaa räätälöityjä ratkaisuja. Esimerkiksi gimbal-kameran johdinryhmä voi keskittyä monikäyttöisiin, häviöttömiin eristeisiin toistuvan liikkeen varmistamiseksi, kun taas RF-ablaatiokaapelin tulee tasapainottaa erinomaista signaalihäviön vähentämistä ja korkean tehon siirtokykyä.

OEM-valmistajille, jotka työntävät innovaation rajoja, erinomaisen hienon koaksiaalikaapelin vaihtoehto on tasapainoa fysiikan ja tehokkuuden välillä. Hotten Electronic Wire Technologyn tiimi suunnittelee AWG 50 -mikrokoaksiaalikaapeleita ei ainoastaan täyttääkseen mittojen rajoitukset, vaan myös aktiivisesti hallitakseen signaalihäviön perustavanlaatuisia haasteita. Ymmärtämällä johtimen geometrian, eristeen ominaisuuksien sekä rakenteellisen tarkkuuden vuorovaikutuksen tiimi tarjoaa kaapelit, jotka takaa luotettavan ja korkealaatuisen signaalinsiirron yhtenä edistyneimmistä lääketieteellisistä, kuluttaja- ja kaupallisista sovelluksista.