Il cavo coassiale RF (RF Coaxial Cable) è un cavo specificamente progettato per la trasmissione di segnali a radiofrequenza; grazie alla struttura ottimizzata e alla scelta dei materiali, riduce efficacemente le perdite di segnale e sopprime le interferenze esterne, trovando ampia applicazione nei settori delle comunicazioni wireless, della radiotelevisione, della trasmissione dati, delle comunicazioni satellitari e delle apparecchiature di test e misurazione.
Struttura di base del cavo coassiale RF
1.Conduttore interno
Generalmente realizzato in rame o rame argentato, ha la funzione principale di trasmettere il segnale RF. La struttura può essere di due tipi: filo singolo solido o filo intrecciato a più trefoli.
2.Strato isolante
Avvolge l’esterno del conduttore interno; i materiali comunemente utilizzati includono polietilene (PE), politetrafluoroetilene (PTFE) e materiali espansi, che garantiscono principalmente l’isolamento elettrico tra il conduttore interno e quello esterno, svolgendo al contempo una funzione di supporto strutturale.
3.Conduttore esterno
È costituito principalmente da una rete intrecciata di rame o da un foglio di alluminio; in alcuni casi si utilizza una struttura a tubo metallico pieno. La sua funzione principale è quella di schermare le interferenze elettromagnetiche esterne, garantendo la stabilità e l’integrità della trasmissione del segnale interno.
4.Guaina esterna
Come struttura protettiva più esterna del cavo, viene solitamente realizzata in polivinilcloruro (PVC), polietilene (PE) o materiali altamente resistenti agli agenti atmosferici; è in grado di resistere efficacemente agli effetti dell’ambiente esterno, quali umidità, usura e corrosione chimica, proteggendo la struttura interna.
Principio di funzionamento dei cavi coassiali RF
Modalità di trasmissione delle onde TEM
In condizioni ideali, il segnale si propaga sotto forma di onde elettromagnetiche trasversali (onde TEM) nel dielettrico tra il conduttore interno e quello esterno; sia il campo elettrico che quello magnetico sono perpendicolari alla direzione di propagazione. Non vi è alcuna frequenza di taglio e il funzionamento è possibile dalla corrente continua fino alla banda delle onde millimetriche
Confinamento del campo elettromagnetico
Poiché i conduttori interno ed esterno sono concentrici e il conduttore esterno è collegato a terra, il campo elettromagnetico ècompletamente confinato all’interno dello strato di dielettrico, con una radiazione verso l’esterno pressoché nulla e una forte immunità alle interferenze esterne.
Adattamento dell’impedenza caratteristica
L’impedenza caratteristica del cavo (comunemente 50 Ω o 75 Ω) è determinata dal rapporto tra i raggi dei conduttori interno ed esterno e dalla costante dielettrica del dielettrico.
50 Ω: ampiamente utilizzato nelle comunicazioni radio, nei radar e nelle apparecchiature di test (per bilanciare potenza e perdite).
75 Ω: utilizzato principalmente nella radiotelevisione, nella CATV e nella videosorveglianza (per ottimizzare la trasmissione di tensione e ridurre le perdite).
Se nel sistema vi è una mancata corrispondenza di impedenza tra connettori, carichi ecc., si generanoriflessioni del segnaleche formano onde stazionarie, causando perdite di potenza e distorsione .
Vantaggi nella trasmissione di segnali ad alta frequenza
Rispetto ai normali cavi a due fili, la struttura coassiale evita il problema della radiazione di energia simile a quella di un’antenna alle alte frequenze e, grazie alla schermatura del conduttore esterno, sopprime efficacemente le interferenze elettromagnetiche (EMI) e l’attenuazione del segnale.
Classificazione dei cavi coassiali RF
I cavi coassiali RF possono essere suddivisi in diversi tipi e specifiche in base alle diverse caratteristiche e alle esigenze applicative. Di seguito sono riportate alcune delle classificazioni più comuni dei cavi coassiali RF:
RG-6
L’RG-6 è un cavo coassiale RF di uso comune, impiegato principalmente nei settori della televisione via cavo, della televisione satellitare e della radiodiffusione. Presenta basse perdite di trasmissione e buone prestazioni di schermatura, rendendolo adatto alla trasmissione di segnali ad alta frequenza su lunghe distanze.
RG-58
L’RG-58 è un cavo coassiale RF di piccole dimensioni, spesso utilizzato nelle reti informatiche e nelle apparecchiature di comunicazione wireless. È caratterizzato da un’elevata flessibilità e da una facile installazione, ed è adatto alla trasmissione di segnali ad alta frequenza su brevi distanze.
RG-213
L’RG-213 è un cavo coassiale RF di dimensioni maggiori, utilizzato principalmente nei sistemi di radioamatori e di comunicazione. Presenta basse perdite di trasmissione e un’eccellente resistenza alle interferenze, ed è adatto alla trasmissione di segnali ad alta potenza su lunghe distanze.
Oltre alle classificazioni comuni sopra menzionate, esistono altri tipi di cavi coassiali RF, come RG-59, RG-174, LMR-200 e altri, ciascuno con specifiche applicazioni e requisiti tecnici.
Parametri chiave dei cavi coassiali RF
1.Impedenza caratteristica
Gli standard di impedenza caratteristica comunemente utilizzati per i cavi RF sono 50 Ω e 75 Ω. L’impedenza di 50 Ω consente di ottenere un equilibrio ottimale tra capacità di potenza e attenuazione del segnale ed è lo standard universale per i sistemi RF e a microonde; l’impedenza di 75 Ω privilegia la minima attenuazione del segnale e trova applicazione principalmente nei settori della radiotelevisione e delle comunicazioni via cavo.
La disadattamento di impedenza provoca direttamente la riflessione del segnale, causando un aumento del rapporto di onda stazionaria (VSWR) e riducendo notevolmente l’efficienza di trasmissione. Pertanto, cavi, connettori e porte di sistema devono mantenere un’impedenza coerente: questo è il presupposto fondamentale per ottenere la massima trasmissione di potenza e la minima perdita di segnale.
2.Attenuazione (perdita di inserzione)
L’attenuazione è un indicatore chiave per misurare il grado di perdita dell’energia elettromagnetica durante la trasmissione lungo il cavo; la perdita deriva principalmente da tre fattori: perdita del dielettrico, perdita del conduttore e perdita per irraggiamento. Maggiore è la perdita di inserzione del cavo, più grave è l’attenuazione del segnale e minore è l’efficienza di trasmissione.
Le caratteristiche di perdita sono strettamente correlate a diversi parametri: aumentano rapidamente con l’aumentare della frequenza, sono proporzionali alla lunghezza del cavo e sono influenzate direttamente dal materiale dei conduttori interni ed esterni e dal tipo di dielettrico isolante.
3.Rapporto d’onda stazionaria (VSWR)
Le discontinuità nell’impedenza dei cavi RF generano riflessioni del segnale, causando una perdita di energia dell’onda incidente; la massima potenza di trasmissione del sistema e la minima riflessione dipendono dall’adattamento di impedenza tra il cavo e gli altri componenti.
Il rapporto d’onda stazionaria (VSWR) caratterizza direttamente il grado di riflessione del segnale: un valore più basso indica una migliore uniformità dell’impedenza del cavo e una maggiore efficienza di trasmissione del segnale. I suoi parametri equivalenti sono il coefficiente di riflessione e la perdita di eco.
Prendendo come esempio gli standard del settore, il rapporto di onda stazionaria dei cavi a microonde di alta qualità è solitamente compreso tra 1,1 e 1,3, corrispondente a una perdita di eco di 26,4-17,7 dB, con un’efficienza di trasmissione della potenza in ingresso che può raggiungere il 99,8%-98,3%. In parole semplici: con una potenza in ingresso di 100 W, se VSWR = 1,33, la potenza in uscita è di circa 98 W, con una potenza riflessa di soli 2 W.
4.Stabilità di fase
La curvatura del cavo provoca direttamente variazioni di fase; minore è il raggio di curvatura, maggiore è l’angolo di curvatura e più numerose sono le piegature, più significativo è lo sfasamento. La stabilità di fase in condizioni di curvatura è un indicatore fondamentale per valutare la capacità del cavo di mantenere la fase quando è piegato; il comportamento in curvatura durante l’uso influisce direttamente sulla fase di inserzione.
La legge che regola la variazione di fase è chiara: la riduzione del raggio di curvatura, l’aumento dell’angolo di curvatura e l’aumento del numero di piegature aggravano lo sfasamento; inoltre, la variazione di fase è sostanzialmente correlata in modo lineare alla frequenza.
Principali campi di applicazione dei cavo coassiale RF
Trasmissione di segnali radiotelevisivi
In quanto mezzo di trasmissione principale dei segnali televisivi, sono ampiamente utilizzati per il collegamento e la trasmissione dei segnali tra antenne televisive e ricevitori, set-top box e televisori.
Sistemi di comunicazione wireless
Utilizzati in stazioni base di telefonia mobile, sistemi di distribuzione interna e dispositivi wireless, consentono la trasmissione di segnali ad alta frequenza tra stazioni base, antenne e moduli RF.
Reti informatiche e comunicazione dati
Utilizzati per l’interconnessione dei segnali tra dispositivi di rete, compresa la trasmissione di segnali in contesti quali router, switch, modem e accesso a banda larga.
Radar e comunicazioni satellitari
Adatti a sistemi radar, stazioni terrestri satellitari, apparecchiature di comunicazione a bordo di velivoli e navi, garantiscono una trasmissione stabile di segnali RF ad alta frequenza e alta potenza.
Test, misurazioni e strumentazione
Ampiamente utilizzati in laboratorio, nei test di produzione e nei controlli RF, servono per la trasmissione e la calibrazione dei segnali in apparecchiature quali analizzatori di spettro, sorgenti di segnale e analizzatori di rete.
Grazie alle loro eccellenti prestazioni di schermatura e trasmissione, i cavo coassiale RF supportano in modo affidabile ogni tipo di applicazione ad alta frequenza, dalle stazioni base 5G alle comunicazioni satellitari. Con l’evoluzione della tecnologia verso bande di frequenza sempre più elevate, continueranno a rappresentare un pilastro fondamentale del livello fisico, collegando il futuro dell’Internet delle cose.
