Čo určuje limity ohybového polomeru ultrajemných koaxiálnych vodičov?

V pokročilých medicínskych a spotrebných elektronických aplikáciách – od robotických medicínskych ramien po malé AR/VR headsety – je priestor veľmi obmedzený. Vývojári postupne závisia od ultrajemných koaxiálnych káblov na prenos rýchlych dát aj energie v týchto veľmi kompaktných a dynamických zostavách. Dôležitou, avšak často nesprávne interpretovanou špecifikáciou týchto mikropracovníkov je minimálny ohybový polomer. Prekročenie tejto hranice môže ľahko spôsobiť katastrofálne straty signálu. Ale čo presne určuje túto zásadnú špecifikáciu? Nie je to jediná hodnota, ale komplikovaná interakcia fyziky, materiálov a technického návrhu.

Základná záhada: mechanické napätie a deformácia materiálu

Základným obmedzením je riadené vedeckými poznatkami o výrobkoch, konkrétne napätím a deformáciou. Keď je kábel ohnutý, jeho vonkajšia povrchová strana sa natiahne (ťah), zatiaľ čo jeho vnútorná povrchová strana sa stlačí. U hlavnej vodivej žily, ktorá je zvyčajne vyrobená z medi alebo striebrom pokrytej medi, extrémne a opakované napätie spôsobuje tvrdnutie materiálu v dôsledku deformácie a nakoniec únavové lomové poškodenie. Čím je vodivá žila tenšia (napr. AWG 44 alebo ešte jemnejšia), tým je tento zameraný ťah pri danom polomere ohybu o to viac intenzívny. Preto je prvým určujúcim faktorom polomeru ohybu ductilita a odolnosť vodičovej zliatiny voči únavovému poškodeniu, ako aj spôsob jej skrutkovania. Vodič s pečlivo skrutkovanou konštrukciou vydrží tesnejšie ohyby v porovnaní s pevným vodičom – tento princíp je kľúčový pre trvanlivosť káblových zväzkov pre robotiku a káblových zväzkov pre gimbaly na videozáznam, kde sa pohyb uskutočňuje neustále.

Dielektrická dilema: deformácia po stlačení a elektrická stabilita

Hranicou vodiča je dielektrická ochrana. Tento výrobok by nemal byť len všestranný, ale aj odolný. Pri výraznom ohýbaní sa hladké dielektriká môžu ľahko podliehať dlhodobej deformácii (deformácii po stlačení), čo vedie k zníženiu kľúčového parametra a zmenám geometrie kábla. Táto deformácia mení kritickú vzdialenosť medzi vodičom a ochranou, čím narušuje riadenú impedanciu, čo môže vážne ovplyvniť integritu signálu v káblových zväzkoch USB4 alebo dokonca v káblových zväzkoch LVDS pre 4K endoskopy. Polomer ohybu by mal byť dostatočne veľký, aby sa zabezpečilo, že dielektrické pružiny sa vrátia do svojho pôvodného tvaru a zachovajú tak stabilný a stály elektrický výkon po opakovaných cykloch ohýbania.

Ochranná vrstva je jednou z najviac zraniteľných častí voči poškodeniu ohybom. Fóliová ochrana sa môže ľahko poškodiť rovnako ako iné typy ochrany, pričom prepletená alebo dokonca ponúknutá (napr. „braided“) ochrana môže mať problémy s poškodenými vlasmi, ako aj so zvýšenou elektrickou ochranou pri obmedzenom a opakovanom ohybe. Ohrozená ochrana výrazne zvyšuje útlm signálu a zraniteľnosť voči elektromagnetickým rušeniam (EMI), čo umožňuje zvuku ovplyvniť citlivé signály v EEG top kábloch alebo dokonca umožňuje vybitiam z RF abláciou káblov narušiť iné zariadenia. Minimálny polomer ohybu je špecifikovaný na základe toho faktoru, pri ktorom začína konštrukcia ochrany degradovať a stráca svoju plnú 100-percentnú ochranu aj pozadie efektívnosti. Toto je zásadný faktor, ktorý je potrebné brať do úvahy pri návrhu káblov pre naše ultrazvukové sondy aj endoskopické káble.

Systémová synergia: plášť, uloženie a aplikáciou špecifické požiadavky

Nakoniec je uvedený ohybový polomer vzhľadom na hotové káblové nastavenie. Tučný povlakový materiál môže ľahko pomôcť rozptýliť napätie, avšak môže tiež obmedziť pohyb, ak je príliš tuhý. Ešte dôležitejšie je, že v zostave s viacerými vodičmi (často sa vyskytuje v kábloch pre spaľovacie motory alebo dokonca v kábloch IVUS) je kľúčová geometria vnútorného vinutia. Regulované špirálové vinutie umožňuje jednotlivým káblom pohybovať sa okolo seba počas ohybu, čím vzniká neutrálna os, ktorá znižuje napätie v jednotlivých vodičoch. Najvyššie obmedzenie je určené najnáročnejšou situáciou: Ide o jednorazový ohyb alebo o dynamický ohybový režim počas tisícov pohybov? Pri pevnom orálnom pozorovacom kábli bude vhodný polomer ohybu výrazne menší ako pri káblovom zväzku pre kontinuálne pohyblivého chirurgického robota.

V spoločnosti Hotten Electronic Wire Technology je minimálny polomer ohybu definovaný prostredníctvom návrhu vodiča, výberu dielektrika, štruktúry stínovania a validácie dynamického únavového testovania. Presnou voľbou skrutkovania vodiča, polymérnych dielektrík, návrhu ochranného obvodu, ako aj všeobecného štýlu montáže naši odborníci špecifikujú a validujú hranice ohybu, ktoré zaručujú dlhodobú spoľahlivosť a stabilitu signálu. Pre našich zákazníkov z lekárskeho aj moderného priemyslu to znamená káblovú službu, ktorá vyhovuje typu ich komponentu bez ohrozenia účinnosti, ktorá charakterizuje ich výrobok.