مقدمه ای بر خطوط کواکسیال

معرفی کامل سیم های کواکسیال (کابل های کواکسیال RF) برای کاربردهای هوافضا

کابل کواکسیال هوافضا یک کابل انتقال فرکانس رادیویی است که به طور خاص برای شرایط کاری شدید هواپیماهای هوابرد، موشک، ماهواره و هواپیماهای فضای عمیق طراحی شده است. عملکرد اصلی آن انتقال پایدار سیگنال‌های فرکانس رادیویی/مایکروویو در محیط‌هایی با دمای وسیع، خلاء، لرزش، تابش و تداخل الکترومغناطیسی قوی است. برخلاف کابل های کواکسیال غیرنظامی، از فلوروپلاستیک ویژه، هادی های نقره اندود و ساختارهای محافظ بالا استفاده می کند که دقیقاً از استانداردهای خاص هوافضا پیروی می کند. بر روی پنج ویژگی عملکرد اصلی تمرکز دارد: تلفات کم، پایداری فاز، سبک وزن، مقاومت شدید محیطی، و محافظ بالا.

طبقه بندی کابل های کواکسیال
(1) ساختار کواکسیال پایه (طراحی لایه ای درجه هوافضا)
پنج لایه از داخل به خارج، هر لایه دارای الزامات ویژه ای برای مواد هوافضای نظامی است و استفاده از مس معمولی، پلی اتیلن، پی وی سی و سایر مواد غیرنظامی اکیداً ممنوع است:
هادی داخلی
جنس: مس بدون اکسیژن با خلوص بالا با روکش نقره (پوشش بزرگتر یا مساوی 1 میکرومتر، هوافضای انتهایی بالاتر از یا مساوی 2 میکرومتر). محصولات ماهواره‌ای در مدار از مس با روکش نقره-آلیاژ اکسیژن ضد اتمی/آلیاژ اکسیژن برای مقاومت در برابر فرسایش اکسیژن اتمی فضا ساخته شده‌اند.
ساختار: جامد تک رشته ای (نیمه-سخت)/فوق العاده-پیچیده با دقت چند رشته ای (انعطاف پذیر، مقاوم در برابر میلیون ها ارتعاش خمشی). فرکانس بالا و اتلاف کم نیاز به سطح فوق العاده صاف رسانا برای کاهش تلفات اثر پوستی دارد.
لایه عایق دی الکتریک (لایه عملکرد هسته)
PE غیرنظامی کاملاً ممنوع است و هوافضا به سه سطح تقسیم می شود:
هوابرد عمومی: PTFE/FEP جامد، مقاومت در برابر دما -55 ~ 200 درجه؛
سبک وزن/کاهش کم: پلی تترا فلوئورواتیلن منبسط شده (ePTFE) با ثابت دی الکتریک بسیار کم، کاهش وزن تا 30 درصد و حداقل نوسانات فاز در محدوده وسیع دما.
درجه خلاء ماهواره: PTFE فوم شده با خلوص بالا، بدون تبخیر مولکولی کوچک، اجتناب از آلودگی ناشی از بارش خلاء دستگاه‌های نوری و RF، مقاوم در برابر تابش فضایی با انرژی بالا Jekano (J...).
لایه محافظ (هسته ضد تداخل EMI)
حفاظ بافته شده تک لایه فقط برای کاربردهای معمولی در هوا استفاده می شود، در حالی که رادارها/ماهواره های پیشرفته از محافظ ترکیبی استفاده می کنند:
بافندگی مسی با روکش نقره دولایه: نرخ پوشش 95% ~ 98%، اثربخشی محافظ بیشتر یا مساوی 90dB.
نوار فویل + دو لایه-حفاظ کامپوزیتی بافته شده: راندمان محافظ +120 دسی بل، اختصاص داده شده برای رادار آرایه فازی و اقدامات متقابل الکترونیکی.
نیمه صلب: هادی خارجی لوله مسی با روکش نقره بدون درز با پایداری فاز بهینه و نشتی بسیار کم.
غلاف بیرونی
فلوروپلاستیک های اصلی FEP و PFA. غلاف ویژه بدون هالوژن کم دود-برای هواپیماهای هوانوردی غیرنظامی، مقاوم در برابر خوردگی ناشی از روغن هیدرولیک هوانوردی (Skydrol)، مایع یخ زدایی و سوخت استفاده می شود. ماهواره های خلاء فاقد غلاف بیرونی یا طراحی بسیار نازک FEP برای کاهش وزن هستند.

(2) سه نوع محصول اصلی (طبقه بندی شده بر اساس سفتی)
1. کواکسیال هوانوردی انعطاف پذیر (معمولاً در داخل هواپیما، سری RG / سری EN4604 اروپایی استفاده می شود)
مناسب برای سیم کشی کابین، خم شدن مکرر، نفوذ فضای باریک و خستگی ضد لرزش.
مدل کلاسیک RG نظامی (MIL-استاندارد نظامی DTL-17 ایالات متحده)
RG179:75 Ω، قطر خارجی 2.54 میلی متر، میکرو سبک، GPS، سیم کشی داخلی گیرنده ناوبری، -55~200 درجه، تضعیف 1 گیگاهرتز کمتر یا مساوی 0.52dB/m، صفحه زرد 88 shift ..;
RG316: 50 Ω، عایق PTFE، مقاومت در برابر درجه حرارت بالاتر از RG174، سیم کوتاه جهانی اویونیک و آنتن ماهواره ای.
RG400: کابل استاندارد هوابرد دو محافظ 50 Ω، فیدر ارتباطی رادار و ماهواره ای، تلفات کم مسافت طولانی، پیکربندی استاندارد برای هواپیما در هواپیماهای نظامی.
RG142: قطر درشت و تلفات کم، برای فرستنده‌های{1} RF با قدرت بالا در هوا استفاده می‌شود.
استاندارد هوانوردی اروپا سری EN4604 (ایرباس، بوئینگ، هواپیماهای بزرگ داخلی)
سری سبک وزن WD، WM، KX، عمدتا 50 Ω، حداکثر فرکانس کاری 6 گیگاهرتز، محدوده دمایی -65 ~ 200 درجه، طراحی سبک وزن، کاهش وزن 20٪ تا 60٪ در مقایسه با RG سنتی، مطابق با تجزیه و تحلیل و آزمایش دود کم مقاوم در برابر شعله هوانوردی FAR25.
2. کواکسیال نیمه صلب/نیمه انعطاف پذیر (رادار، آرایه فازی، بار ماهواره ای)
هادی بیرونی لوله مسی با روکش نقره بدون درز است که می تواند به صورت دستی خم شده و پس از شکل دهی ثابت شود. رانش دمای فاز بسیار کوچک است و نشتی محافظ بسیار کم است، که آن را برای سیستم‌های مایکروویو با دقت بالا ضروری-می‌کند-
مشخصات: 0.86mm، 1.19mm، 2.2mm، 3.0mm قطر بیرونی.
پوشش باند فرکانس DC~40GHz (رادار باند X/Ka);
کاربرد: رادار آرایه فازی فعال هوابرد، محموله RF ماهواره‌ای، جستجوگر موشک، تجهیزات آزمایش با دقت بالا-.
مزایا: تغییر فاز محدوده دمای کامل<0.3 °, resistance to external electromagnetic interference, no weaving gap signal leakage micro coax.
3. میکرو کواکسیال بسیار سبک وزن (کاهش وزن برای وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین، هواپیماهای تجاری، ماهواره های فضای عمیق)
محصولات نهایی{0}Gore و Kesley، فوم ePTFE متوسط، ساختار دیواره نازک-، در مقایسه با RG400 با انرژی یکسان، 60% وزن را کاهش می‌دهند. جایگزینی یک هواپیمای مسافربری بزرگ می تواند وزن را تا بیش از 20 کیلوگرم کاهش دهد، به طور مستقیم مصرف سوخت را کاهش دهد، از انتقال RF تا 12 گیگاهرتز پشتیبانی کند، و به طور گسترده برای سرگرمی های داخلی و فیدرهای آنتن ماهواره ای استفاده می شود.

(3) دو امپدانس استاندارد با تقسیم کار واضح
50 Ω (مورد استفاده در 90 درصد سناریوهای هوافضا): مطابق با تقویت کننده قدرت RF، رادار، ارتباطات ماهواره ای، اقدامات متقابل الکترونیکی، رادیو VHF/UHF هوابرد، ظرفیت متعادل کننده قدرت و تلفات کم، RG400، EN4604، نیمه سفت و سخت همه 50 Ω.
75 Ω: ناوبری، دریافت ماهواره GPS، انتقال ویدیوی داخل هواپیما، سیستم سرگرمی هوانوردی غیرنظامی، مدل نماینده RG179، فوم سبک وزن 75 Ω کواکسیال.

(4) شاخص های دقیق عملکرد محیطی درجه هوافضا (متمایز از هسته های غیرنظامی)
1. تحمل دما
معمولی روی هواپیما: -55 درجه ~+200 درجه ;
فضاپیمای اعماق/قطبی: گسترش تا -65 درجه، اوج دمای کوتاه مدت 260 درجه؛ نوسانات امپدانس و میرایی کمتر یا مساوی 3% پس از صدها چرخه دمای بالا و پایین.
2. قابلیت اطمینان مکانیکی
لرزش: ارتعاش تصادفی 10 ~ 2000 هرتز، شبیه سازی ضربه موتور و پرتاب موشک، با میلیون ها خم و بدون رشته های شکسته.
مقاوم در برابر فشار و مقاوم در برابر سایش: مقاوم در برابر فشار بدنه، اصطکاک دسته سیم‌کشی کابین و خوردگی مواد شیمیایی هوانوردی روی غلاف محافظ؛
بازدارنده شعله: هوانوردی غیرنظامی FAR قسمت 25 ضمیمه F را برآورده می کند، دود کم، بدون هالوژن-با سمیت کم، و گازهای بسیار سمی در هنگام احتراق آزاد نمی کند.
3. عملکرد انحصاری فضایی (ماهواره ها، فضاپیمای سرنشین دار)
اگزوز کم خلاء: کل از دست دادن جرم مواد TML<1%, condensable volatile matter CVCM<0.1%, does not contaminate the lens and sensor;
مقاومت در برابر تشعشع: قادر به مقاومت در برابر تشعشعات پروتون و الکترون در فضا، با عایق بدون پودر شدن و تلفات افزایش نمی یابد.
ضد اکسیژن اتمی: هادی آلیاژی با روکش نقره برای ماهواره های مدار پایین برای جلوگیری از خوردگی و خرابی هادی بیرونی.
4. نشانگرهای هسته الکتریکی RF
تحمل امپدانس دقیق: 50 Ω± 2 Ω، فقط ± 5 Ω برای استفاده غیرنظامی.
تضعیف فوق العاده کم: محیط PTFE فوم به طور قابل توجهی تلفات فرکانس-بالا را کاهش می دهد.
اثربخشی حفاظتی بالا: هوابرد معمولی بیشتر یا مساوی 90 دسی بل، سپر کامپوزیت رادار/ماهواره بیشتر یا مساوی 120 دسی بل.
پایداری فاز: تغییرات دما و حداقل تغییر فاز پس از خم شدن، کنترل دقیق پرتوهای رادار آرایه فازی را برآورده می کند.

(5) استانداردهای اجرای اصلی
استاندارد نظامی ایالات متحده (هواپیمای نظامی، ماهواره): MIL-DTL-17 (قبلاً MIL-C-17) مشخصات کواکسیال سری RG؛ استاندارد اجزای کابل RF نظامی داخلی GJB1215A.
استانداردهای هوانوردی غیرنظامی اروپا (ایرباس، هواپیماهای بزرگ داخلی): سری ASD EN4604، WD/WM/KX سبک وزن بالا-کواکسیال دما؛
استاندارد فضایی ناسا: SP-8007 خلاء گاز کم، مشخصات حفاظت از اکسیژن اتمی.
استانداردهای هوافضای داخلی: استاندارد کابل هوافضای HB، مشخصات کابل هوافضای QJ، پشتیبانی از پروازهای فضایی سرنشین دار، ماهواره و مدل های وسیله نقلیه پرتاب.
(6) سناریوهای کاربردی معمولی
1. هواپیمای غیرنظامی/هواپیمایی عمومی: ناوبری GPS، ارتباطات ماهواره‌ای SATCOM، رادیو ارتباطی VHF، سرگرمی داخلی IFE، رادار آب‌وهوا، سیستم هشدار برخورد، هالوژن کم دود اولویت‌دار EN4604-کواکسیال رایگان.
2. هواپیماهای نظامی، موشک ها، پهپادها: رادار آرایه فازی فعال هوابرد، ECM اقدامات متقابل الکترونیکی، پیوند داده، اجزای RF جستجوگر. تعداد زیادی کابل کواکسیال کوچک RG400، نیمه سفت و بسیار سبک وزن برای متعادل کردن کاهش وزن و ضد تداخل استفاده می شود.
3. ماهواره‌ها، فضاپیمای سرنشین دار، کاوشگرهای فضای عمیق: محموله‌های ارتباطی داخل هواپیما، رادار داخل هواپیما، گیرنده‌های سنجش از دور RF. اگزوز کم خلاء، فوم PTFE کواکسیال مقاوم در برابر تشعشع، نیمه{1}}نیمه سفت برای بارگذاری مایکروویو با دقت بالا-.
4. وسیله نقلیه پرتاب: مجهز به تله متری، ارتباطات رادیویی و سیستم های هدایت، قادر به مقاومت در برابر ضربه های پرتاب شدید و تشعشعات شعله دم با دمای بالا-.

(7) روند توسعه صنعت
سبک وزنی نهایی: ساختار کامپوزیت ePTFE گسترش یافته و دیواره نازک-به طور مداوم وزن را کاهش می دهد، بار هواپیما و مصرف سوخت را کاهش می دهد.
فرکانس بالا: توسعه کابل‌های کواکسیال ویژه باند Ka/Ku برای 6{1}}رادار موج میلی‌متری 40 گیگاهرتز و ماهواره‌های پرتوان.
یکپارچه: دسته سیم‌کشی کامپوزیتی دیفرانسیل کواکسیال+سرعت بالا-، ساده‌سازی چیدمان دسته‌های سیم‌کشی در داخل کابین.
ارتقا یافته برای مقاومت در برابر محیط های شدید: گسترش -85-260 درجه محدوده دمای فوق العاده گسترده، اکسیژن اتمی قوی تر، تحمل تشعشع، مناسب برای اکتشاف اعماق فضا.
حفاظت از محیط زیست بدون دود و هالوژن-: هوانوردی غیرنظامی ترویج غلاف های محافظ بدون فلوئور و سمیت کم را برای افزایش بقای آتش الزامی می کند.