จะเลือกวัสดุของสายไมโคร-โคแอกเซียลได้อย่างไร

การใช้งานพิเศษของสายไมโครโคแอกเซียลยังมีคุณสมบัติบางประการในการเลือกใช้วัสดุอีกด้วย บทความนี้จะเน้นที่การเลือกวัสดุตัวนำภายใน ฉนวน และตัวนำภายนอกสำหรับสายไมโครโคแอกเซียล และให้คำอธิบายโดยละเอียด

1 การเลือกวัสดุตัวนำภายใน

ตัวนำด้านในของสายไมโครโคแอกเชียลมีความบางมาก แต่ความถี่ในการใช้งานและอุณหภูมิในการทำงานของสายเคเบิลค่อนข้างสูง ดังนั้นตัวนำทองแดงตัวเดียวจึงไม่ใช่ตัวนำภายในในอุดมคติ ทองแดงจะออกซิไดซ์ในอากาศและทำให้เกิดผิวหนังออกไซด์สีดำ โดยเฉพาะเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 80 องศา อัตราการเกิดออกซิเดชันจะเร่งขึ้น เมื่ออุณหภูมิสูงถึง 176 องศา จะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันอย่างรวดเร็วมาก การก่อตัวของผิวแบล็คออกไซด์จะทำให้ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าลดลง

อุณหภูมิการทำงานสูงสุดของตัวนำทองแดงโดยทั่วไปถูกจำกัดอยู่ที่ 100 องศา โดยทั่วไปความถี่การใช้งานจะถูกจำกัดไว้ที่ต่ำกว่า 3000MHz ลวดเหล็กหุ้มทองแดงมีความแข็งแรงและต้านทานความล้าสูง ที่ความถี่ที่สูงกว่า 10MHz ความต้านทานของลวดเหล็กหุ้มทองแดงเกือบจะเท่ากับความต้านทานของลวดทองแดงตัน ในขณะที่ความแข็งแรงเชิงกลเป็นสามเท่าของลวดทองแดงตัน

เหล็กหุ้มทองแดง เหล็กหุ้มทองแดงชุบเงิน หรือลวดเหล็กหุ้มทองแดงชุบดีบุก มักใช้เป็นตัวนำภายในสำหรับสาย RF โคแอกเซียลไมโคร แม้ว่าดีบุกจะมีค่าการนำไฟฟ้าต่ำกว่าทองแดงมาก แต่ก็มีข้อดี เช่น ความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันและความต้านทานการกัดกร่อน โดยทั่วไปอุณหภูมิในการทำงานอาจสูงถึง 150 องศา และในบางกรณีที่พบไม่บ่อยก็อาจสูงถึง 200 องศาด้วย ลวดทองแดงชุบเงินมีความต้านทานการกัดกร่อนได้ดีกว่าและมีค่าการนำไฟฟ้าสูงกว่าทองแดงมาก ทำให้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิสูงและความถี่สูง อุณหภูมิในการทำงานต่อเนื่องสามารถสูงถึง 200 องศา และอุณหภูมิการใช้งานในระยะสั้น-สามารถสูงถึง 250 องศา

2 การเลือกวัสดุฉนวน

วัสดุฉนวนที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับสายโคแอกเซียลคือโพลีเอทิลีน ข้อดีของฉนวนโพลีเอทิลีนที่เป็นของแข็งคือความแข็งแรงทางไฟฟ้าและทางกลสูง ทนต่อความร้อนต่ำ และโครงสร้างที่มั่นคง ข้อเสียคือค่าคงที่ไดอิเล็กทริกมีขนาดใหญ่ และการลดทอนจะมากขึ้นเมื่อความถี่สูง โดยทั่วไปอุณหภูมิในการทำงานสูงสุดของโพลีเอทิลีนคือ 85 องศา ดังนั้นเมื่อต้องการความต้านทานต่ออุณหภูมิสูง ควรใช้โพลีเตตราฟลูออโรเอทิลีน (F4) และเพอร์ฟลูออโรอัลคอกซี (F46) มีความเสถียรทางความร้อนและเคมีที่ดีและประสิทธิภาพทางไฟฟ้าก็ดีเยี่ยมเช่นกัน อุณหภูมิในการทำงานระยะยาว-ของโพลีเตตราฟลูออโรเอทิลีนสามารถสูงถึง 250 องศา และอุณหภูมิในการทำงานระยะยาว-ของเพอร์ฟลูออโรเอทิลีน โพรพิลีนสามารถสูงถึง 200 องศา

3 การเลือกวัสดุตัวนำภายนอก

ตัวนำด้านนอกที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับสายไมโครโคแอกเซียลคือการทอผ้า และความหนาแน่นของการทอโดยทั่วไปจะสูงกว่า 95% สาเหตุหลักมาจากความถี่ในการส่งผ่านที่สูง และการลดทอนของการป้องกันสายเคเบิลมีขนาดค่อนข้างใหญ่ (เมื่อเปรียบเทียบกับตัวนำด้านนอกแบบท่อ โดยทั่วไปการลดทอนจะเพิ่มขึ้น 1.5 ถึง 4 เท่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ความถี่สูงซึ่งค่าการลดทอนจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว)

ข้อดีของการทอคือสายค่อนข้างอ่อนและงอง่าย ตัวนำด้านนอกแบบท่อ (ท่อทองแดง, ท่ออลูมิเนียม) มีข้อดีคือการลดทอนต่ำ, การป้องกันที่ดี, ความแข็งแรงเชิงกลสูง, ทนต่อความชื้นและประสิทธิภาพการปิดผนึกที่ดี ข้อเสียคือมีความยืดหยุ่นต่ำ ทำให้มีรัศมีการโค้งงอมาก และไม่เหมาะกับการใช้งานแบบเคลื่อนที่

วิธีสุดท้ายคือการชุบตัวนำด้านนอกด้วยไฟฟ้า ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเคลือบชั้นทองแดงหนา 0.05 ไมครอนบนพื้นผิวฉนวนโดยใช้การชุบเคมีก่อน จากนั้นจึงชุบด้วยไฟฟ้าให้มีความหนา 0.025 มิลลิเมตร สายโคแอกเซียลชุบไฟฟ้าพร้อมตัวนำด้านนอกมีความยืดหยุ่นดี น้ำหนักเบา มีการป้องกันที่ดี การลดทอนต่ำ สัญญาณรบกวนต่ำ และแรงดันไฟฟ้าโคโรนาสูง เป็นโครงสร้างตัวนำภายนอกที่เหมาะสำหรับสายเคเบิล RF ที่มีความยืดหยุ่นขนาดเล็ก