Cavi per radiofrequenza: cosa sono e dove si applicano

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Parlando di cavi RF, il riferimento è ai cavi coassiali, che, pensati per la trasmissione di segnali ad alta frequenza, si sono evoluti come tecnologia costruttiva, ampliando le possibilità d’uso in molteplici e nuovi contesti applicativi.

Il cavo coassiale, generalmente denominato Coax, fu inventato nel 1880 e dai primordi a oggi ne sono state realizzate molte varianti con prestazioni ottimizzate per diverse applicazioni. La struttura di base resta però sempre la stessa: un conduttore centrale di rame, rame argentato o stagnato o ancora acciaio ramato, circondato da un dielettrico di polietilene o teflon o altro materiale, uno schemo esterno di fili metallici intrecciati o anche un foglio di rame-alluminio, e una guaina protettiva in polivinilcloruro (PVC), polietilene (PE), propilene etilenico fluorato (FEP), politetrafluoroetilene (PTFE).

L’elemento maggiormante critico, in termini di performance, è il dielettrico che separa il conduttore centrale dallo schermo: questi due elementi insieme costituiscono la guida d’onda in cui si propagano le onde elettromagnetiche in modalità Transverse-Electromagneric (TEM), in cui le linee di campo elettrico si muovono radialmente mentre il campo magnetico si sviluppa circolarmente attorno al conduttore centrale. La velocità di propagazione è fortemente influenzata dall’indice di rifrazione del dielettrico, parametro con cui in generale si quantifica la diminuzione della velocità di propagazione di una radiazione elettromagnetica nell’attraversamento di un materiale.

Impedenza e attenuazione

L’impedenza gioca un ruolo fondamentale nei cavi RF, rappresentando l’opposizione di un circuito al flusso di un segnale. Nel caso di una corrente continua l’impedenza coincide con la resistenza, mentre per le correnti alternate si parla propriamente di impedenza, che, sempre espressa in Ohm dal rapporto tra tensione e corrente, dipende dal tipo di dielettrico, quindi dalla sua costante dielettrica, e dal rapporto tra il diametro del conduttore centrale e il diametro interno dello schermo, ma non dalle dimensioni del cavo, dalla lunghezza e dalla frequenza. Le prime sperimentazioni sui Coax avevano verificato che le prestazioni migliori si avevano con un’impedenza attorno ai 30 Ohm, ma essendo disponibili dielettrici per questo valore, si optò per un valore standard di 50 Ohm. Altro valore standard è 75 Ohm, valore che garantisce un’attenuazione minima per applicazioni di trasmissione di segnali TV. Da cui due tipologie di cavi: la prima per banda base, con l’intera banda passante usata per una singola trasmissione; la seconda per larga banda, in dove con tecniche di multiplexing si hanno più trasmissioni contemporanee, ma distinte in differenti bande di frequenza, come nel caso dei cavi per TV.

Anche l’attenuazione incide sulle prestazioni di un Coax: questo parametro si misura in dB/metro, è direttamente proporzionale alla lunghezza del cavo ed è influenzato anche dalla grandezza e dalla qualità del dielettrico, dalla qualità del rame, dal diametro del conduttore centrale. Da tener presente che, se il conduttore centrale è costituito da trefoli e non da un unico conduttore, il Coax risulterà senz’altro molto più flessibile, ma a parità di dimensioni aumenterà anche la perdita di segnale.

Vi è poi una dipendenza dalla frequenza, che più è alta, maggiore sarà l’attenuazione, e la massima utilizzabile è la Operating Frequency, consigliata dal costruttore. Questa frequenza non è da confondere con la frequenza di taglio, massima frequenza oltre la quale si innescano risonanze che modificano fase e ampiezza nella propagazione delle onde elettromagnetiche; è inversamente proporzionale alle dimensioni del cavo, tal per cui per frequenze molto elevate vanno usati cavi con piccoli diametri.

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