Elettronica Conduttori - Cavi elettrici speciali

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Guida ai cavi coassiali

La corretta selezione del cavo richiede un'analisi dei parametri elettrici, fisici ed elettromagnetici del sistema nel quale il cavo sarà installato.

Per assistere il Cliente in questa analisi, queste brevi pagine Web includono alcuni dati di riferimento che aiutano a determinare le caratteristiche dei cavi disponibili ed a valutare inoltre come essi possano variare sotto condizioni fisiche operative. Si consiglia di consultare prima queste Note Applicative per definire le caratteristiche tecniche che devono essere prese in considerazione, successivamente, passando alla sezione Caratteristiche tecniche dei cavi, dalla lista dei cavi Elettronica Conduttori Standard, selezionare quelli che meglio soddisferanno i requisiti richiesti.


Nello scegliere la configurazione del cavo appropriato per una particolare applicazione, le caratteristiche del cavo più importanti che devono essere considerate sono le seguenti:
  • Impedenza caratteristica [Z0]
  • VSWR
  • Capacità [C]
  • Induttanza [L]
  • Potenza Cw
  • Voltaggio massimo operativo
  • Attenuazione
  • Velocità di propagazione
  • Efficienza di schermatura
  • Frequenza di taglio
  • Flessibilità
Deve essere notato che la scelta di materiali e dimensioni non garantisce che l'intera pezzatura di cavo abbia caratteristiche meccaniche o elettriche identiche. Diverse tipologie di apparati oppure diverse condizioni costruttive possono richiedere caratteristiche di prestazione sostanzialmente differenti.

Formule più comuni per cavi coassiali
Capacità C = 6.28 ε / ln (D/d) (pF/ft)
Induttanza L = 0.16 μ / ln (D/d) (mH/ft)
Impedenza caratteristicaca Z0 = ( 138 / √ εr ) log (D/d) (ohms)
Velocità di propagazione (% di c)fc V = 100 / √ εr


dove:
  1. d = diametro esterno del conduttore esterno in pollici
  2. D = diametro interno del conduttore esterno in pollici
  3. c = velocità della luce
  4. ε = ε0εr = costante dielettrica dell'isolamento del cavo
  5. μ = μ0μr = permeabilità magnetica dell'isolamento del cavo

Impedenza caratteristica

I valori più comuni per i cavi coassiali sono 50, 75 e 95 ohm. Altri valori sono disponibili nel range 35 ÷ 185 ohm, sempre in configurazione coassiale. Il valore VSWR ( Voltage Standing Wave Ratio), ovvero il Rapporto di onde stazionarie, di un cavo di una certa lunghezza, è un indicatore della differenza tra l'impedenza di ingresso del cavo e la sua impedenza caratteristica media.

Uniformità di impedenza (VSWR)

Il VSWR, variabile in funzione della frequenza, di un cavo è dovuto alle riflessioni provocate dai connettori, alla tecnica di terminazione del connettore stesso e al cavo. Il VSWR è, in altre parole, la somma delle riflessioni casuali e periodiche all'interno del cavo. Se richiesto, i cavi possono essere forniti in lunghezze specificate con un requisito di VSWR valido per un certo campo di frequenza.

Capacità

I valori di capacità (indicati di sotto in tabella) per le linee coassiali standard dipendono dai parametri geometrici del cavo e dal materiale dielettrico. Alcuni valori tipici sono i seguenti:
Formule più comuni per cavi coassiali Tipi di cavo
30.8 50 Ohm - Polyethylene solido
29.4 50 Ohm - PTFE solido
20.6 75 Ohm - Polyethylene solido
19.5 75 Ohm - PTFE solido

Velocità di propagazione

La velocità di propagazione del cavo è determinata principalmente dalla costante dielettrica del materiale isolante tra i conduttori. Questa proprietà, come indicato in tabella, è espressa tipicamente come una percentuale della velocità della luce nello spazio libero.

Efficienza di schermatura

L'efficienza di schermatura (SE = Shielding Effectiveness) stabilisce la bontà del cavo dal punto di vista dell' immunità ai disturbi esterni. E' definita in prima approssimazione come :

SE = 40 - 20 log (L) - 20 log (Zt)
dove L = lunghezza del cavo e Zt = impedenza superficiale di trasferimento.

Come si vede la grandezza SE è definita in termini di impedenza superficiale di trasferimento, più adatta a esprimere il concetto di immunità nei confronti delle interferenze esterne. Tale impedenza è definita dalla relazione seguente :
Zt = ΔV / (Is· Δx) (ohm / m)

dove ΔV e Δx sono definiti come in figura ed Is è la corrente (interferente) che attraversa la calza schermante del cavo.

Principali caratteristiche di alcuni materiali isolanti

Formule più comuni per cavi coassiali
Materiale Costante Dielettrica Fattore di Potenza Limiti di temperatura in condizioni normali (0C)
TFE 2.1 0.0003 -75 ÷ 250
Polyethylene 2.3 00003 -75 ÷ 80
Nylon 4.60 ÷ 3.5 0.04 ÷ 0.03 -60 ÷ 120
PTFE 1.5 0.0002 -75 ÷ 250

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