Znaczenie spójności impedancji (50Ω / 75Ω) w ultra cienkich mikrokoaksjalnych przewodach AWG: Dlaczego odchylenie wymiarowe o 0,01 mm może wpływać na transmisję w zakresie GHz

W przypadku transmisji sygnałów o wysokiej szybkości i wysokiej częstotliwości, „spójność impedancji 50Ω / 75Ω” to temat, którego inżynierowie nie mogą uniknąć. Zwłaszcza przy użyciu bardzo cienkich przewodów koncentrycznych mikro, takich jak 38–50 AWG, nawet pozornie niewielka odchyłka o 0,01 mm może zostać „powiększona” na poziomie GHz, powodując znaczne odbicia sygnału i degradację wydajności.

W artykule tym omówione zostały podstawy transmisji wysokoczęstotliwościowej i impedancji, w połączeniu z cechami geometrycznymi struktur mikrokoncentrycznych, wyjaśniając, dlaczego przewody mikro są szczególnie wrażliwe na tolerancje wymiarowe. Przedstawiono również możliwości inżynieryjne firmy Hotten w zakresie kontroli spójności impedancji.

1. Podstawowe koncepcje transmisji wysokoczęstotliwościowej i impedancji

W zastosowaniach niskiej częstotliwości lub energetycznych często skupiamy się na przekroju przewodnika, rezystancji, spadku napięcia oraz wzroście temperatury.

Jednak w przypadku **transmisji sygnałów o wysokiej częstotliwości**, jednym z najważniejszych parametrów elektrycznych staje się **Impedancja charakterystyczna (Z₀)**.

Czym jest impedancja charakterystyczna?

Impedancja charakterystyczna to własność przynależna linii transmisyjnej, określana przez strukturę przewodnika, materiał izolacyjny oraz wymiary geometryczne. W przypadku kabli koncentrycznych, powszechnie stosuje się dwa standardy:

• **50Ω** – używane w RF, mikrofalach i szybkich sygnałach cyfrowych

• **75Ω** – używane w transmisji wideo i obrazowania

Przy wysokich częstotliwościach, jeśli impedancje źródła, kabla, złącza i obciążenia nie są dopasowane, **powstają odbicia na miejscach nieciągłości**, powodując:

• Zwiększony współczynnik odbicia (return loss)

• Zwiększone tłumienie wnoszone (insertion loss)

• Zamknięcie się diagramu oka i wyższy współczynnik błędu bitów (BER)

• Hałas na obrazie, ghosting lub artefakty przypominające śnieg

Dlatego podczas pracy w zakresie **GHz**, stabilność impedancji staje się kluczowa.

2. Zależność geometryczna między strukturą mikrokabla koncentrycznego a impedancją

W przypadku struktur koncentrycznych impedancja charakterystyczna jest określana głównie przez:

• Średnicę wewnętrznego przewodnika (d)

• Wewnętrzną/zewnętrzną średnicę izolacji (w przypadku mikrokabla koncentrycznego często średnica zewnętrzna D)

• Stałą dielektryczną (εr)

• Odpowiednie ekranowanie i strukturę osłony

W uproszczeniu:

**Z₀ silnie zależy od stosunku D/d i εr**.

Przy niezmienionym materiale:

• Grubszy przewodnik wewnętrzny / cieńszy dielektryk → Z₀ maleje

• Cieńszy przewodnik wewnętrzny / grubszy dielektryk → Z₀ rośnie

Ponieważ średnice zewnętrzne mikrokoaksów często zawierają się w zakresie **0,08–0,30 mm**, każda niewielka zmiana wymiarów znacząco wpływa na stosunek D/d, a tym samym na impedancję.

Izolacja piankowa (piankowe PFA/PTFE) dodatkowo zwiększa wrażliwość ze względu na niższą wartość εr oraz jej wpływ na rozkład pola elektromagnetycznego.

3. Dlaczego odchylenie o 0,01 mm wyraźnie się nasila przy częstotliwościach GHz?

Chociaż 0,01 mm wydaje się niewielkie, dla mikrokoaksów o średnicy 0,08–0,30 mm oznacza to duże względne odchylenie:

• Przy średnicy zewnętrznej 0,30 mm → 0,01 mm ≈ 5%

• Przy średnicy zewnętrznej 0,08 mm → 0,01 mm ≈ 20%

Odpowiedź impedancji nie jest liniowa—niewielkie zmiany wymiarów powodują **wzmocniony efekt**:

• Jeśli średnica izolacji rośnie (D↑), to stosunek D/d rośnie → Z₀ rośnie.

• W przypadku kabla 50Ω takie odchylenia mogą skutkować **odchyleniem impedancji w zakresie 2%–10%**.

Przy niskich częstotliwościach problemy mogą nie być oczywiste.

Ale w zakresie **GHz**, nawet niewielka nieciągłość impedancji prowadzi do:

• Wyższego współczynnika odbicia

• Zwiększony współczynnik odbicia (return loss)

• Wyższych strat wnoszenia

Jeśli wzdłuż kabla wystąpi wiele nieciągłości spowodowanych fluktuacjami średnicy zewnętrznej (OD), odbicia te się kumulują—powodując wysoki współczynnik błędów bitów (BER), zamknięcie diagramu oka lub zakłócenia obrazu.

Dlatego mikrokabla koaksjalne o bardzo małej średnicy muszą kontrolować tolerancję średnicy zewnętrznej na poziomie **±0,005 mm** lub jeszcze mniejszym.

4. Wyzwania produkcyjne związane z uzyskaniem spójności wymiarowej i impedancyjnej

Uzyskanie dobrej spójności impedancji w mikrokoaksach 38–50 AWG wymaga więcej niż poprawnego projektu—wymaga to produkcji o ekstremalnie wysokiej precyzji.

4.1 Wyciąganie przewodników o bardzo małej średnicy i okrągłości

Im cieńszy przewodnik, tym mniejsza jego wytrzymałość mechaniczna. Podczas wyciągania i skręcania:

• Łatwo występuje rozciąganie, zginanie i owalność

• Dokładność AWG i okrągłość bezpośrednio wpływają na stosunek D/d

4.2 Ekstruzja izolacji — kontrola średnicy zewnętrznej i współśrodkowości

Ekstruzja izolacji mikrokoaksialnej wymaga:

• Kontroli średnicy zewnętrznej, np. 0,08 mm ±0,003 mm

• Współśrodkowości powyżej 90%

• Stabilnego współczynnika spienienia dla dielektryka spienionego

Każda fluktuacja średnicy zewnętrznej natychmiast powoduje fluktuację impedancji.

4.3 Struktura ekranowania

Microkoncentryk używa ekstremalnie cienkich drutów ekranujących:

• Średnica drutu ekranującego

• Gęstość i zwartość pokrycia

Obe wpływają na rozkład pola elektromagnetycznego wokół rdzenia, co wpływa na impedancję.

4.4 Spójność partii i testowanie online

Zapewnienie spójnej impedancji wymaga:

• Stabilnego sprzętu i ustandaryzowanych parametrów procesu

• Monitorowania średnicy zewnętrznej (OD) inline lub przez próbkowanie

• Testy TDR, tłumienia odbicia i tłumienia wnoszonego

Tylko połączenie **projektu + procesu + testowania** gwarantuje rzeczywistą spójność impedancji.

5. Możliwości inżynieryjne firmy Hotten Cable w zakresie kontroli impedancji mikrokoaksów

Hotten Cable specjalizuje się w produktach mikrokoaksowych o wysokiej częstotliwości i posiada długoterminową wiedzę w zakresie spójności impedancji.

Dla mikrokoaksów **38–50 AWG** oferujemy:

• Projekt elektryczny i geometryczny dla 50Ω / 75Ω

• Wytłaczanie wysokoczęstotliwościowe PFA / PTFE / Poryzowanego PFA

• Precyzja średnicy zewnętrznej na poziomie mikronów i wysoka współśrodkowość

• Wielokrotne struktury ekranowania (jedno drutowe, podwójne drutowe, folia + drutowe)

• Testowanie i ocena impedancji, IL/RL na poziomie GHz

Dzięki ścisłej kontroli rozmiaru przewodnika, średnicy izolacji, materiału dielektryka i ekranowania zapewniamy doskonałą stabilność impedancji — idealną dla:

• Transmisji wideo w dronach

• Kamery przemysłowe

• Ultrasonografia medyczna

• Endoskopy

• Każda aplikacja o wysokiej przepustowości na poziomie GHz w małej przestrzeni

Dla klientów potrzebujących **wysokiej przepustowości, niskich strat oraz stabilnej transmisji sygnału wysokiej definicji w kompaktowych urządzeniach**, kabel mikrokoaksjalny z kontrolowanymi wymiarami i spójnością impedancji oznacza lepszą wydajność, szybszy rozwój i niższe ryzyko systemowe.