ความสำคัญของความสม่ำเสมอของอิมพีแดนซ์ (50Ω / 75Ω) ในสายโคแอกเซียลไมโคร AWG ขนาดเล็กเป็นพิเศษ: เหตุใดการเบี่ยงเบนของมิติเพียง 0.01 มม. จึงสามารถส่งผลต่อการส่งสัญญาณระดับ GHz

ในการส่งสัญญาณความเร็วสูงและสัญญาณความถี่สูง การมี "ความสอดคล้องของอิมพีแดนซ์ 50Ω / 75Ω" เป็นหัวข้อที่วิศวกรหลีกเลี่ยงไม่ได้ โดยเฉพาะเมื่อใช้สายเคเบิลโคแอกเชียลขนาดเล็กมาก เช่น ขนาด 38–50 AWG ซึ่งความเบี่ยงเบนเพียงเล็กน้อยเพียง 0.01 มม. ก็อาจถูก "ขยาย" ขึ้นในระดับ GHz จนก่อให้เกิดการสะท้อนของสัญญาณและการลดลงของประสิทธิภาพอย่างมีนัยสำคัญ

บทความนี้อธิบายพื้นฐานของการส่งสัญญาณความถี่สูงและอิมพีแดนซ์ ร่วมกับลักษณะทางเรขาคณิตของโครงสร้างโคแอกเชียลขนาดเล็ก เพื่อชี้ให้เห็นว่าทำไมสายเคเบิลขนาดเล็กจึงมีความไวต่อความคลาดเคลื่อนของมิติอย่างยิ่ง บทความยังแนะนำศักยภาพด้านวิศวกรรมของ Hotten ในการควบคุมความสอดคล้องของอิมพีแดนซ์

1. แนวคิดพื้นฐานของการส่งสัญญาณความถี่สูงและอิมพีแดนซ์

ในงานประยุกต์ใช้งานที่ความถี่ต่ำหรืองานด้านพลังงาน เรามักให้ความสำคัญกับพื้นที่หน้าตัดของตัวนำ ความต้านทาน การตกของแรงดันไฟฟ้า และการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ

อย่างไรก็ตาม ใน **การส่งสัญญาณความถี่สูง** พารามิเตอร์ไฟฟ้าที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งคือ **อิมพีแดนซ์เฉพาะตัว (Z₀)**

อิมพีแดนซ์เฉพาะตัวคืออะไร

อิมพีแดนซ์เฉพาะตัวเป็นคุณสมบัติโดยธรรมชาติของสายส่งที่ขึ้นอยู่กับโครงสร้างตัวนำ วัสดุฉนวน และมิติทางเรขาคณิต สำหรับสายเคเบิลแบบโคแอกเชียล มาตรฐานทั่วไปสองแบบคือ

• **50Ω** – ใช้ในระบบ RF, ไมโครเวฟ และสัญญาณดิจิทัลความเร็วสูง

• **75Ω** – ใช้ในการส่งสัญญาณวิดีโอและภาพ

ที่ความถี่สูง หากอิมพีแดนซ์ของแหล่งกำเนิด สายเคเบิล คอนเน็กเตอร์ และโหลดไม่ตรงกัน จะเกิด **การสะท้อนที่ตำแหน่งที่มีการเปลี่ยนแปลง** ส่งผลให้เกิด

• การสูญเสียการสะท้อนกลับเพิ่มขึ้น

• การสูญเสียการแทรกแซงเพิ่มขึ้น

• รูปตาแคบลง และอัตราบิตผิดพลาด (BER) สูงขึ้น

• สัญญาณรบกวนภาพ เงา หรือสัญญาณรบกวนคล้ายหิมะ

ดังนั้น เมื่อทำงานในช่วงความถี่ **GHz** ความมั่นคงของอิมพีแดนซ์จึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง

2. ความสัมพันธ์ทางเรขาคณิตระหว่างโครงสร้างไมโคร-โคแอกซ์กับอิมพีแดนซ์

สำหรับโครงสร้างแบบโคแอกซ์ อิมพีแดนซ์เฉพาะจะถูกกำหนดโดยหลักๆ ดังนี้

• เส้นผ่านศูนย์กลางตัวนำด้านใน (d)

• เส้นผ่านศูนย์กลางฉนวนด้านใน/ด้านนอก (สำหรับไมโคร-โคแอกซ์ มักใช้เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก D)

• ค่าคงที่ไดอิเล็กตริก (εr)

• การป้องกันสัญญาณรบกวนและความสมบูรณ์ของโครงสร้าง

กล่าวโดยสรุป:

**Z₀ ขึ้นอยู่กับอัตราส่วน D/d และ εr เป็นอย่างมาก**

เมื่อวัสดุไม่มีการเปลี่ยนแปลง:

• ตัวนำด้านในหนาขึ้น / ฉนวนบางลง → Z₀ ลดลง

• ตัวนำด้านในบางลง / ฉนวนหนาขึ้น → Z₀ เพิ่มขึ้น

เนื่องจากเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของไมโครโคแอ็กซ์มักอยู่ในช่วง **0.08–0.30 มม.** การเปลี่ยนแปลงขนาดเพียงเล็กน้อยจะส่งผลต่ออัตราส่วน D/d และดังนั้นจึงส่งผลต่อความต้านทานขวางอย่างมีนัยสำคัญ

ฉนวนแบบโฟม (โฟม PFA/PTFE) จะยิ่งเพิ่มความไวต่อการเปลี่ยนแปลง เนื่องจากค่า εr ที่ต่ำกว่า และผลต่อการกระจายสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

3. ทำไมความคลาดเคลื่อน 0.01 มม. จึงถูกขยายตัวที่ความถี่ระดับ GHz?

ถึงแม้ว่า 0.01 มม. จะดูเหมือนเล็กน้อย แต่สำหรับไมโครโคแอ็กซ์ขนาด 0.08–0.30 มม. ค่านี้ถือเป็นความคลาดเคลื่อนสัมพัทธ์ที่มาก:

• ที่ขนาด OD 0.30 มม. → 0.01 มม. ≈ 5%

• ที่ขนาด OD 0.08 มม. → 0.01 มม. ≈ 20%

การตอบสนองของความต้านทานขวางไม่เป็นเชิงเส้น—การเปลี่ยนแปลงขนาดเพียงเล็กน้อยจะก่อให้เกิด **ผลกระทบขยายตัว**:

• หากฉนวนมีเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกเพิ่มขึ้น (D↑) อัตราส่วน D/d จะเพิ่มขึ้น → Z₀ เพิ่มขึ้น

• สำหรับสายเคเบิล 50Ω การเบี่ยงเบนดังกล่าวอาจทำให้เกิดการเบี่ยงเบนของความต้านทานเชิงซ้อน **2%–10%**

ที่ความถี่ต่ำ ปัญหาอาจไม่ชัดเจนนัก

แต่ในช่วงความถี่ **GHz** แม้เพียงการไม่ต่อเนื่องของความต้านทานเชิงซ้อนเพียงเล็กน้อยก็อาจนำไปสู่:

• สัมประสิทธิ์การสะท้อนที่สูงขึ้น

• การสูญเสียการสะท้อนกลับเพิ่มขึ้น

• การสูญเสียสัญญาณที่เพิ่มขึ้น

หากเกิดจุดไม่ต่อเนื่องหลายจุดตามความยาวของสายเคเบิลเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก (OD) การสะท้อนเหล่านี้จะสะสมกัน—ก่อให้เกิดอัตราบิตผิดพลาดสูง (BER สูง) เส้นภาพตาปิด (eye-diagram closure) หรือสัญญาณรบกวนภาพ

ดังนั้น สายโคแอกเซียลไมโครขนาดเล็กมากจำเป็นต้องควบคุมค่าความคลาดเคลื่อนของเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก (OD) ภายในค่า **±0.005 มม.** หรือแคบกว่านั้น

4. ความท้าทายในการผลิตเพื่อให้ได้ความสม่ำเสมอของขนาดและค่าความต้านทานเชิงซ้อน

การได้มาซึ่งความสม่ำเสมอของค่าความต้านทานเชิงซ้อนที่ดีในไมโครโคแอ็กซ์ขนาด 38–50 AWG ต้องอาศัยมากกว่าการออกแบบที่ถูกต้อง—แต่ต้องอาศัยกระบวนการผลิตที่มีความแม่นยำสูงมาก

4.1 การดึงลวดตัวนำขนาดเล็กมากและการควบคุมความกลม

ยิ่งตัวนำมีขนาดบางลงเท่าใด ความแข็งแรงเชิงกลก็จะยิ่งลดลงเท่านั้น ระหว่างกระบวนการดึงและถักเกลียว:

• เกิดการยืด โค้ง และรูปร่างรีได้ง่าย

• ความแม่นยำของ AWG และความกลมมีผลโดยตรงต่ออัตราส่วน D/d

4.2 การพ่นฉนวนหุ้ม — การควบคุม OD และความสมมาตรเชิงศูนย์กลาง

การพ่นฉนวนหุ้มไมโครโคแอ็กซ์ ต้องการ:

• การควบคุม OD เช่น 0.08 มม. ±0.003 มม.

• ความสมมาตรเชิงศูนย์กลางมากกว่า 90%

• อัตราส่วนการฟองตัวที่คงที่ สำหรับฉนวนชนิดโฟม

การเปลี่ยนแปลงของ OD แม้เพียงเล็กน้อย จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของอิมพีแดนซ์ทันที

4.3 โครงสร้างการป้องกันสัญญาณรบกวน

ไมโครโคแอกซ์ใช้ลวดป้องกันสัญญาณที่มีความละเอียดสูง:

• เส้นผ่าศูนย์กลางของลวดป้องกันสัญญาณ

• ความหนาแน่นและการจัดเรียงของชั้นป้องกันสัญญาณ

สิ่งเหล่านี้มีผลต่อการกระจายสนามแม่เหล็กไฟฟ้ารอบแกนกลาง ซึ่งส่งผลต่ออิมพีแดนซ์

4.4 ความสม่ำเสมอของแต่ละชุดการผลิตและการทดสอบออนไลน์

การรับประกันอิมพีแดนซ์ที่สม่ำเสมอนั้นต้องอาศัย:

• อุปกรณ์ที่มีเสถียรภาพและพารามิเตอร์กระบวนการที่เป็นมาตรฐาน

• การตรวจสอบขนาดภายนอกแบบต่อเนื่องหรือแบบสุ่มตัวอย่าง

• การทดสอบ TDR, การสูญเสียสะท้อนกลับ (return loss) และการสูญเสียการแทรก (insertion loss)

เฉพาะการรวมกันของ **การออกแบบ + กระบวนการ + การทดสอบ** เท่านั้นที่สามารถรับประกันความสม่ำเสมอของอิมพีแดนซ์ได้จริง

5. ความสามารถด้านวิศวกรรมของ Hotten Cable ในการควบคุมอิมพีแดนซ์ของสายไมโครโคแอ็กซ์

Hotten Cable เชี่ยวชาญในผลิตภัณฑ์ไมโครโคแอ็กซ์ความถี่สูง และมีความชำนาญยาวนานในเรื่องความสม่ำเสมอของอิมพีแดนซ์

สำหรับไมโครโคแอ็กซ์ขนาด **38–50 AWG** เราให้บริการ:

• การออกแบบทางไฟฟ้าและทางเรขาคณิตสำหรับ 50Ω / 75Ω

• การขึ้นรูปด้วยความถี่สูงของ PFA / PTFE / Foamed PFA

• ความแม่นยำระดับไมครอนของเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก (OD) และความกลมสูง

• โครงสร้างการป้องกันหลายแบบ (ถักเดี่ยว ถักคู่ ฟอยล์ + ถัก)

• การทดสอบและประเมินผลอิมพีแดนซ์ ค่า IL/RL ในระดับ GHz

ผ่านการควบคุมอย่างเข้มงวดในขนาดตัวนำ เส้นผ่านศูนย์กลางฉนวน วัสดุไดอิเล็กทริก และระบบป้องกัน ส่งผลให้เราสามารถรักษาระดับความมั่นคงของอิมพีแดนซ์ได้อย่างยอดเยี่ยม—เหมาะสำหรับ:

• การส่งสัญญาณวิดีโอในโดรน (UAV)

• กล้องอุตสาหกรรม

• อัลตราซาวนด์ทางการแพทย์

• กล้องส่องตรวจภายใน

• การใช้งานใด ๆ ที่ต้องการแบนด์วิดท์สูงระดับ GHz ในพื้นที่ขนาดเล็ก

สำหรับลูกค้าที่ต้องการ **แบนด์วิดท์สูง สูญเสียต่ำ และการถ่ายโอนสัญญาณความละเอียดสูงอย่างมีเสถียรภาพในอุปกรณ์ขนาดกะทัดรัด** สายเคเบิลไมโครโคแอ็กเชียลที่มีขนาดควบคุมได้และความสม่ำเสมอของความต้านทานเชิงลักษณะ หมายถึง ประสิทธิภาพที่ดีกว่า การพัฒนาที่เร็วกว่า และความเสี่ยงของระบบต่ำลง