동축 케이블 선택 가이드: 임피던스, 감쇠 및 커넥터를 일치시키는 방법

한 현장 기술자가 새로운 기지국 설치를 위해 RG-58 케이블 묶음을 주문한 적이 있는데, 시운전 중에 50옴 케이블이 정확했지만 2.4GHz에서의 감쇠가 미터당 거의 0.8dB라는 사실을 발견했습니다. 링크 예산이 붕괴되었습니다. 동축 케이블 선택이 임피던스와 커넥터 유형에만 초점을 맞추는 경우 이러한 종류의 실수는 흔히 발생합니다. 실제 선택 프로세스에는 감쇠 대 유연성, 차폐 범위 대 굴곡 반경, 유전체 유형 대 비용 등 일련의 절충안이 포함됩니다. 이 가이드에서는 실제로 중요한 성능 매개변수를 살펴보고, 일반적인 케이블 제품군 간의 차이점을 설명하고, SMA 커넥터 또는 N형 인터페이스는 장비 포트뿐만 아니라 선택한 케이블과도 일치해야 합니다.

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기본 구성부터 시작하십시오: 실제로 선택하는 것

동축 케이블은 내부 도체, 유전체 절연체, 차폐 및 외부 재킷의 4개 동심 레이어로 구성됩니다. 각 레이어는 전기적 성능에 다르게 영향을 미칩니다. 내부 도체는 단단한 구리, 구리 피복 강철 또는 연선 구리일 수 있습니다. 단선 도체는 더 낮은 DC 저항과 더 나은 위상 안정성을 제공합니다. 연선 도체는 유연성을 제공하지만 삽입 손실을 추가합니다. 유전체는 고체 폴리에틸렌(PE), 폼 PE 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이어야 합니다. 폼 유전체는 공기를 가두어 유전 상수와 감쇠를 줄여 저손실 케이블의 기본값이 됩니다. PTFE는 더 높은 온도를 처리하지만 폼 PE보다 비용이 더 많이 들고 손실도 약간 더 높습니다. 실드는 단일 브레이드, 이중 브레이드 또는 포일과 브레이드 조합일 수 있습니다. 차폐 효과는 외부 간섭으로부터의 절연 정도(dB)로 측정되며, 이중 차폐 케이블은 일반적으로 단일 브레이드 케이블보다 10~20dB 더 나은 차폐 기능을 제공합니다.

임피던스: 50Ω 대 75Ω 결정

임피던스는 케이블 선택의 첫 번째 필터입니다. RF 산업 표준은 송신기, 수신기, 안테나 및 테스트 장비에 대해 50옴입니다. 이는 최소 감쇠와 최대 전력 처리 간의 절충안을 나타냅니다. 비디오 및 방송 시스템은 75옴을 사용합니다. 왜냐하면 유전체 외부 직경이 고정되어 있을 때 임피던스가 고주파수에서 더 낮은 감쇠를 생성하기 때문입니다. 대부분의 선택 가이드에서는 이를 "RF의 경우 50, 비디오의 경우 75"로 단순화하지만 중요한 뉘앙스가 있습니다. 50옴 시스템에서 75옴 케이블을 사용하면 전압 정재파 비율이 대략 1.5:1로 증가하여 약 4%의 전력이 반사됩니다. 반사가 허용될 수 있는 민감한 수신기 입력의 경우; 송신기 출력의 경우 최종 증폭기 단계가 과열될 수 있습니다. 의심스러울 경우 케이블 임피던스를 시스템 임피던스와 일치시키고 불일치가 의도적이고 계산된 것이 아닌 이상 임피던스 일치 어댑터를 사용하지 마십시오.

주파수 범위와 유전 손실의 역할

모든 동축 케이블에는 사용 가능한 주파수 상한선이 있습니다. 그 한도 이상에서는 유전체에 손실이 생기고 케이블은 전송선이라기보다는 도파관처럼 행동하기 시작합니다. 견고한 PTFE와 견고한 외부 도체로 구성된 반경질 케이블은 작은 직경에서 40GHz 이상에 도달할 수 있습니다. 편조 차폐 및 폼 PE 유전체가 포함된 유연한 케이블은 특수 저손실 재료를 사용하지 않는 한 일반적으로 6GHz 미만으로 유지됩니다. 유전 상수는 속도 계수를 결정합니다. 고체 PE는 약 0.66의 속도 계수를 제공하고 폼 PE는 약 0.80~0.88, 공기 공간 설계는 최대 0.96을 제공합니다. 속도 계수가 높을수록 동일한 주파수에서 전기 지연이 짧아지고 미터당 손실이 낮아집니다. 3.5GHz에서 실행되는 3미터 케이블의 경우 폼 PE 유전체와 솔리드 PE 간의 차이는 0.4~0.6dB의 손실일 수 있으며 이는 고정 링크 예산의 마진에 영향을 미치기에 충분합니다.

감쇠: 사양 시트를 읽는 방법

감쇠는 일반적으로 주어진 주파수에서 100m당 dB로 지정되며 곡선은 주파수와 대략적인 제곱근 관계를 따릅니다. 동일한 구성을 가정할 때 1GHz에서 10dB 손실이 있는 케이블은 5GHz에서 약 22dB 손실을 나타냅니다. 이는 주파수가 식별되지 않으면 "평균 손실" 수치가 의미가 없음을 의미합니다. 케이블을 비교하는 빠른 방법은 대상 대역에 따라 2.4GHz 또는 5GHz에서 100미터당 감쇠를 살펴보는 것입니다. 예를 들어, RG-58은 2.4GHz에서 100미터당 약 25dB, LMR-400은 2.4GHz에서 100미터당 약 4dB, 1/2인치 주름형 케이블은 약 2dB를 나타냅니다. 단점은 두께와 굽힘 반경입니다. 손실이 낮은 케이블은 물리적으로 더 크고 단단하게 구부릴 수 없습니다. 케이블 배선을 계획할 때 미터당 감쇠에 길이를 곱하고 커넥터 손실을 더하여 총 손실을 계산합니다. 모든 커넥터 쌍은 평균 0.1~0.3dB의 손실을 추가하므로 4개의 커넥터 쌍을 사용한 실행에서는 케이블 자체가 계산되기 전에 0.8~1.2dB의 손실이 발생합니다.

일반적인 동축 케이블 유형: 어떤 유형이 귀하의 실행에 적합합니까?

RG 지정 시스템은 대부분의 엔지니어가 알고 있는 것보다 오래되었으며 제조업체 간 일관성을 보장하지 않습니다. 즉, 일반적인 RG 유형은 크기 조정 및 성능 기대치를 나타내는 데 여전히 유용한 약칭입니다.

반강체 및 초저손실 어셈블리

반경질 케이블은 견고한 구리 외부 도체와 견고한 PTFE 유전체를 사용합니다. 일단 모양이 구부려지면 움직이지 않으므로 군용 레이더 피드 네트워크와 같이 위상이 중요한 애플리케이션에 이상적입니다. 절충점은 구부리려면 특별한 도구가 필요하고 케이블을 여러 번 다시 구부릴 수 없다는 것입니다. 낮은 손실과 현장 유연성이 모두 필요한 애플리케이션을 위해 제조업체는 이제 다음을 제공합니다. 초저손실 유연한 케이블 어셈블리 저밀도 PTFE 유전체가 있는 주름형 또는 편조 외부 도체를 사용합니다. 이 케이블은 커넥터 인터페이스에서 반복적인 굴곡을 견디면서 거의 반강성 손실 수치를 달성합니다.

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차폐: 밀집된 환경에서 1차 효과가 되는 2차 효과

대부분의 데이터시트에는 차폐 효과가 단일 주파수 수치로 명시되어 있지 않습니다. 표준 관행은 주파수 범위에 걸쳐 전달 임피던스를 테스트하는 것입니다. 좋은 편조 쉴드는 100MHz 이하에서 미터당 1~5밀리옴의 전송 임피던스를 가지며, 1GHz씩 증가하면 미터당 50~200밀리옴으로 증가합니다. 포일-브레이드 조합은 전송 임피던스를 미터당 5밀리옴 미만에서 최대 수 기가헤르츠까지 유지할 ​​수 있습니다. 여러 송신기가 수십 와트의 출력으로 작동하는 혼잡한 무선실 내부에서 제대로 차폐되지 않은 케이블은 의도하지 않은 안테나 역할을 합니다. 그 결과 수신기, 상호 변조 제품 및 저주파 회로의 오디오 버즈가 둔감해집니다. 경험에 따른 차폐 규칙: 케이블이 실외, 다른 케이블과 평행하게 연결되거나 고전력 무선의 1미터 이내로 연결되는 경우 이중 차폐 유형을 선택하고 차폐 적용 범위 비율을 확인하십시오(양질 케이블의 편조 차폐는 90~97%).

커넥터: 케이블을 얻거나 잃는 지점

케이블의 품질은 커넥터만큼 좋습니다. 안 N형 커넥터 최대 11GHz(일부 정밀 버전은 18GHz)까지 처리하고 케이블에 고정하거나 압착할 때 내후성을 제공합니다. SMA 커넥터는 물리적으로 더 작고 18GHz(일부 변형에서는 27GHz)까지 작동하지만 정확한 중앙 핀 정렬과 0.56N·m의 토크 렌치가 필요합니다. 손으로 너무 세게 조이면 유전체가 깨져서 간헐적인 단락이 발생할 수 있습니다. 커넥터를 선택할 때 케이블-커넥터 접합부에서 어떤 일이 발생하는지 고려하십시오.

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• 압착 커넥터: 빠르고 반복 가능하며 특정 케이블 직경에 맞게 보정된 압착 도구가 필요합니다.
• 클램프 커넥터: 압축 링으로 케이블 재킷을 잡고 약간의 직경 변화를 허용합니다.
• 납땜형 커넥터: 최고의 전기 접촉을 제공하지만 조립 속도가 느리고 유전체 과열 위험이 있습니다.

사전 제작된 케이블 어셈블리를 주문하는 경우 부착 방법은 제조업체의 책임이지만 사양 시트에는 케이블 유형, 커넥터 토크 및 작동 주파수 범위에 걸쳐 테스트된 VSWR이 명시되어 있어야 합니다. SMA와 같은 소형 커넥터의 경우 1.5:1 이상의 VSWR은 최신 RF 설계의 위험 신호입니다. 대부분의 정밀 어셈블리는 VSWR을 1.3:1 미만으로 유지합니다.

유연성, 굽힘 반경 및 설치

데이터 시트에는 일반적으로 일회성 설치를 위한 최소 굴곡 반경과 반복 굴곡을 위한 더 큰 반경이 나열되어 있습니다. 최소 굽힘 반경을 초과하면 압축된 쉴드와 특정 주파수에서 VSWR 스파이크로 나타나는 국부적 임피던스 범프가 발생할 수 있습니다. 영구 설치의 경우 표시된 굴곡 반경의 최소 2~3배를 안전 여유로 두는 것이 원칙입니다. 작동 중에 케이블이 구부러져야 하는 경우 연선 중앙 도체 케이블을 선택하고 주기적인 굴곡 수명을 확인하십시오. 많은 저손실 유연한 케이블은 굽힘 반경이 사양 내에 있을 때 1,000~5,000 플렉스 사이클을 견딜 수 있습니다. 반강체 케이블은 몇 번의 주기만 지나면 깨질 수 있습니다.

비, 온도 및 자외선 노출

실외 케이블에는 플라스틱 재킷 이상의 것이 필요합니다. 외부 재킷은 UV 안정화 폴리에틸렌 또는 이와 유사한 내후성 재료이어야 합니다. PVC 재킷은 가격이 저렴하지만 장시간 햇빛에 균열이 생기고 영하의 온도에서는 딱딱해집니다. 케이블이 실외 벽을 통과하는 경우 드립 루프를 사용하고 케이블 진입점을 비바람에 견디는 퍼티로 밀봉하십시오. 그렇지 않으면 물이 브레이드를 따라 이동하여 실드를 부식시킵니다. 유전체의 온도 등급도 고려하십시오. 표준 PE는 -40°C까지 사용할 수 있지만 재킷은 부서지기 쉽습니다. PTFE 케이블은 최대 200°C까지 견딜 수 있으므로 뜨거운 증폭기 구성 요소 근처의 고전력 전송 회로에 나타납니다. 실내 및 실외 섹션이 혼합된 설치의 경우 폴리올레핀 재킷이 있는 케이블 또는 호일 및 브레이드 실드 위에 PE 재킷이 있는 케이블이 안전한 중간 지점입니다.

데이터 시각화: 수치를 한눈에 비교하기

시각화하면 물리학이 더 명확해집니다. 다음 차트는 논의된 케이블 제품군의 일반적인 성능을 비교합니다. 값은 게시된 데이터시트의 대표 수치이며 특정 공급업체의 사양 시트를 대체하지 않습니다.

케이블과 커넥터 연결: 실용적인 체크리스트

케이블 선택 가이드는 선택한 케이블을 커넥터 시리즈에 연결하지 않으면 불완전합니다. 커넥터 핀에는 정의된 중앙 도체 직경 범위가 있으며 커넥터가 예상하는 것보다 더 얇은 중앙 핀이 있는 케이블을 사용하면 납땜 연결이 불량하거나 압착이 느슨해집니다. 커넥터보다 두꺼운 중앙 도체가 있는 케이블은 커넥터 본체를 변형시키고 불일치를 일으킬 수 있습니다. 일반적인 페어링은 다음과 같습니다.

동축 케이블 라벨을 읽는 방법

케이블 레이블은 제조업체마다 일치하지 않습니다. 일부는 UL 스타일 번호를 인쇄하고 일부는 RG 지정을 인쇄하며 일부는 독점 모델 이름을 인쇄합니다. 표시되어야 하는 중요한 정보는 임피던스, 정전 용량(pF/m), 외부 직경 및 주파수 범위입니다. 케이블 라벨에 "RG-6"과 브랜드 이름만 표시되어 있으면 불완전한 사양으로 취급하십시오. 50옴 케이블의 정전 용량은 일반적으로 80~100pF/m인 반면, 75옴 케이블의 정전 용량은 65~70pF/m입니다. 커패시턴스가 누락된 경우 이를 측정하십시오. 1미터 샘플 전체의 커패시턴스 미터는 공식 Z0 = 1/(c*C)를 사용하여 대략적인 임피던스를 제공합니다. 여기서 c는 속도 계수이고 C는 미터당 커패시턴스입니다. 이는 표시가 없는 잉여 케이블을 처리할 때 유용한 현장 확인 방법입니다.

새 케이블 구입과 기존 케이블 계속 사용: 확인 사항

기존 시스템에서 고장난 케이블을 교체하는 경우 대체 케이블을 주문하기 전에 기존 케이블을 당겨 끝을 검사하십시오. 클램프에 의해 눌려졌거나 굴곡 반경 이상으로 당겨졌거나 습기에 노출된 케이블은 커넥터를 다시 압착한다고 해서 복구되지 않습니다. 실드 상태를 살펴보십시오. 브레이드가 어두워지거나 녹색이면 부식에 대한 저항이 이미 증가한 것이므로 케이블을 폐기해야 합니다. 유전체가 변색된 경우 열 손상으로 인해 손실이 증가합니다. 이러한 경우 동일한 길이의 동일한 케이블 유형을 재사용하는 것이 합리적이지만 직경이 약간 더 큰 이중 차폐 버전으로 업그레이드하면 커넥터 구성을 변경하지 않고도 반복되는 간섭 문제를 해결하는 경우가 많습니다.

잘못된 선택의 대가

케이블 미터당 가격뿐만 아니라 총 설치 비용도 고려하십시오. RG-58을 사용하여 20미터를 달리는 데 케이블 비용은 약 30달러, 커넥터 비용은 10달러입니다. 동등한 LMR-400 실행 비용은 케이블 90달러, 커넥터 15달러입니다. 그러나 RG-58 실행에 추가로 4dB의 손실이 있어 수신된 신호가 4dB만큼 낮아지면 이를 보상하기 위해 맨 끝에 200달러짜리 증폭기가 필요할 수 있습니다. 더 저렴한 케이블은 앰프를 추가하기 전까지만 더 저렴합니다. 차폐에도 동일한 논리가 적용됩니다. 이중 차폐 케이블은 단일 차폐 유형보다 비용이 30~50% 더 높지만 송신기가 근처에 있는 환경에서는 이중 차폐 케이블을 사용하면 문제 해결에 수일을 낭비하는 간헐적인 문제를 방지할 수 있습니다.

동축 케이블 선택 가이드: 5단계 프로세스

1. 임피던스, 주파수 범위, 최대 삽입 손실, 작동 환경 등 시스템 요구 사항을 나열합니다.
2. 링크 예산(총 케이블 길이, 커넥터 수, 양쪽 끝의 예상 신호 레벨)을 계산합니다.
3. 손실 예산 및 물리적 여유 제약을 충족하는 케이블 유형을 선별합니다.
4. 간섭원에 대한 근접성과 실외 노출을 기준으로 차폐 요구 사항을 평가합니다.
5. 커넥터 호환성을 확인하고 공장 종단 옵션과 현장 종단 옵션을 결정하세요.

표준화된 접근 방식을 위해 많은 조달 엔지니어는 짧은 점퍼용 유연한 RG 유형, 안테나 피드용 저손실 유연한 유형, 고주파 또는 고신뢰성 경로용 반강체 또는 초저손실 유형 등 승인된 케이블 유형의 작은 세트를 유지합니다. 이는 재고를 제한하고 현장 팀이 종료 방법에 익숙해지도록 보장합니다.

자주 묻는 질문