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Cavo Coassiale Caratteristiche tecniche
I cavi coassiali si differenziano in funzione della frequenza e della potenza del segnale da trasportare. I valori di impedenza sono principalmente due:
- 50 ohm, ideale per le trasmissioni digitali, le prime versioni di reti Ethernet, trasmissioni radioamatoriali, i segnali standard nel campo degli strumenti di misura elettronici;
- 75 ohm, molto usato per il segnale video analogico, video digitale SDI, per le antenne televisive (collegamento con l’antenna di ricezione terrestre o satellitare) e per le connessioni Internet via cavo.
L’impedenza caratteristica di 50 ohm è utilizzata per gli apparati trasmittenti o ricetrasmittenti, perché il conduttore centrale, a parità di diametro esterno del cavo, ha un diametro maggiore, quindi una resistenza più bassa e trasporta meglio correnti elevate. L’impedenza caratteristica di 75 ohm invece è utilizzata per gli apparati riceventi perché, a parità di diametro esterno, ha un’attenuazione minore di un cavo a 50 ohm. Ci sono anche cavi coassiali con impedenza di 93 ohm e 105 ohm usati per reti di connessione dati. Un tipo particolare di cavo coassiale con estrema flessibilità e buona resistenza allo strappo, è usato nelle sonde per gli oscilloscopi.
L’Impedenza
L’impedenza del cavo coassiale è il rapporto tra il diametro del conduttore interno ed il diametro interno della schermatura. Non bisogna tener presente le dimensioni del cavo. L’impedenza di 50Ω è il compromesso tra attenuazione e potenza massima applicabile. Con la nascita delle trasmissioni televisione si utilizzò il valore di 75 Ω perché ha la minima attenuazione e negli impianti di ricezione TV non c’è molta potenza lungo il cavo.
L’Attenuazione
L’attenuazione al pari l’impedenza, è l’elemento più importante nella scelta di un cavo coassiale tra le sue caratteristiche; perché è direttamente proporzionale alla lunghezza del cavo. Si misura in dB / metro, decibel su metro lineare. L’attenuazione è un parametro che dipende da:
- qualità del dielettrico,
- dalle dimensioni fisiche,
- dall’effetto pelle dei conduttori utilizzati;
Quindi è intuitivo che la minor attenuazione si ha con cavi di grosse dimensioni e con dielettrico costituito dall’aria. Il dielettrico in aria è complcato da realizzare e viene usato solo nel settore Broadcasting per potenze molto elevate. Un modo economico per diminuire le perdite consiste nell’iniettare gas inerte nel dielettrico per far avvicinare la costante dielettrica a quella dell’aria.
La scelta del dielettrico quindi sio rivela importante per avere la minor perdita nel cavo coassiale. Con dielettrico teflon le perdite sono minori rispetto al polietilene. Una migliore qualità dell’attenuazione la si raggiunge solo con dielettrico espanso a gas, sia in foam che in teflon. Anche aumentando le dimensioni del cavo coassiale si ha minore attenuazione. Anche la schermatura esterna contribuisce all’attenuazione ma il suo contributo è sempre inferiore rispetto al dielettrico e alle dimensioni fisiche.
Buone prestazioni si hanno se lo strato del conduttore esterno che fa da schermatura è più o meno scarsa. Si ha quindi una maggior attenuazione dovuta alla perdita di segnale per irradiazione, cioè alla scarsa schermatura del cavo. Cosa che rileviamo nel cavo RG58 rispetto ad un cavo coassiale RG223. L’attenuazione può aumentare se il conduttore interno è costituito da trefoli anziché da un conduttore unico. Se da un lato si aumenta la flessibilità del cavo si avanno, a parità di dimensioni, delle perdite maggiori valutabili attorno al 5%.
Frequenza di taglio e Frequenza massima
La frequenza di taglio di un cavo coassiale è tra le sue cartteristiche, è la massima frequenza assoluta di utilizzo, oltre la quale si presentano fenomeni di risonanza che modificano la fase e l’ampiezza nel propagarsi delle onde elettromagnetiche nel cavo. Quindi la frequenza di taglio di un cavo è quella frequenza entro la quale i parametri restano idonei alla trasmissione dei segnali. Nei cablaggi a microonde dei ponti radio fino a 6 GHz , si usano cavi di coassiali lunghi 50÷100 cm per le connessioni locali. Lo stesso cavo non viene usato per la discesa di antenna dove le distanze sono varie decine di metri. Il motivo è che per distanze così lunghe l’attenuazione potrebbe essere troppo elevata.
La propagazione in un cavo coassiale avviene con linee di campo elettromagnetico perpendicolari al cavo stesso. Oltre questa frequenza ci sono fenomeni di risonanza che si oppongono alla propagazione dei segnali provocando disturbi indesiderati. La frequenza di taglio è inversamente proporzionale alle dimensioni del cavo, in pratica è un valore molto più elevato della frequenza massima ottimale. Quindi per frequenze elevate vanno utilizzati cavi con piccoli diametri, considerando l’attenuazione.
La massima Potenza
La Massima Potenza, è importante per la scelta del cavo. Nelle applicazioni con altissima potenza si scelgono cavi con dielettrico aria. In tal caso il conduttore centrale è tenuto al centro da una serpentina che scorre per tutta la lunghezza del cavo. Per potenze medio-alte si usano cavi con dielettrico in teflon che può lavorare fino a 165°C. A parità di dimensioni l’isolamento in teflon consente di triplicare la massima potenza applicabile con una affidabilità maggiore rispetto ai cavi in polietilene. All’aumentare della frequenza la massima potenza di transito diminuisce per effetto delle perdite dovute al dielettrico che si surriscalda e per “l’effetto pelle”.
L’Adattamento di Impedenza il Return Loss
Il return loss di un cavo coassiale è tra le sue caratteristiche, adattamento di impedenza, è poco considerato nella scelta del cavo. Addirittura molti costruttori non forniscono questo parametro. Quando si installa un cavo coassiale con un connettore è difficile valutare se il fenomenon del disadattamento di impedenza dipende dal cavo, dal connettore o dalla qualità dell’intestazione. I cavi coassiali a doppio schermo hanno un comportamento in termini di return loss molto migliore rispetto ai corrispondenti a schermatura singola (RG 223 contro RG 58, RG 214 contro RG 213,ecc.ecc).
Ricordiamo che un buon adattamento di impedenza non è importante solo per avere basse perdite ma soprattutto per non alterare l’impedenza del dispositivo a cui viene collegato.
Il fattore di velocità
Il Fattore di Velocità si calcola in funzione del dielettrico utilizzato. La velocità di propagazione nel cavo diminuisce in funzione di un valore che indica la percentuale di velocità rispetto all’aria. Facendo un esempio pratico nei comuni cavi in polietilene il fattore di velocità è pari al 66%, ovvero in questi cavi la lunghezza d’onda si accorcia del 34% rispetto all’aria. Il fattore di velocità è utilizzato per calcolare il disadattamento di impedenza o per calcolare la lunghezza d’onda reale nel cavo.