WiFi: Náhrada koaxiálního kabelu 50 ohm za 75 ohm

Adapter N-FKdo někdy řešil připojení 2 400MHz antény k WiFi routeru pomocí koaxiálního kabelu, určitě strávil nějakou dobu vzájemným porovnáváním a vybíráním toho nejvhodnějšího výrobku. Ať se zaměříme na kvalitu nebo cenu, vždy se poohlížíme ve skupině označené jako „impedance 50 Ω (ohm)“. To proto, že takřka většina zařízení sloužících pro současný příjem a vysílání radiového signálu má pro tuto impedanci přizpůsobené své obvody.

 

Kabely dvojí impedance

Důvodů pro existenci koaxiálních kabelů ve dvou variantách impedance je několik. Vyzdvihnu zde zejména dvě.

Tím prvním je útlum kabelu. Čím vyšší impedanci koaxiální kabel má, tím nižší je útlum pro vysokofrekvenční signál. I z proto se ještě před koaxiálními kabely používaly dvojlinky a napájecí „žebříčky“ různých typů (např. 150 Ω – 1200 Ω). Tyto typy kabelů se uplatňují zejména při příjmu signálu.

Druhým důvodem je množství přenesené energie. Zde platí závislost opačná, tzn. čím menší impedanci napáječ (koaxiální kabel) má, tím více energie přenese. Zde se nejlepší jeví impedance kolem 30 Ω. Zde je ale již značný problém s útlumem, a proto byla impedance koaxiálních kabelů sloužících v zařízení zejména pro vysílání zvolena 50 Ω. Důvodů bylo více, ale ty lze nalézt detailnějším hledáním na internetu.

Impedance koaxiálního kabelu se volí v zásadě v závislosti na druhu provozu – pouze příjem (75 Ω) nebo příjem/vysílání (50 Ω) – stovky W až kW.

Problémy spojené s impedancí

Jaký ale vzniká problém při kombinování jednotlivých impedancí? Tím problémem je zpětný odraz signálu na rozhraní dvou impedancí. V praxi to znamená, že se nám část přenášené energie odrazí a putuje po signálové cestě zpět ke svému zdroji. V případě vysílacích obvodů může velké množství této energie znamenat poškození výstupních obvodů. Obecně se tato problematika točí kolem zkratek PSV, VSWR, apod.

Rozdíl v impedančním nesouladu 50 Ω a 75 Ω vytváří ztráty v signálové cestě několik %. Taková část odražené energie může být vzhledem k ostatním ztrátám nesrovnatelně malá. A ano, i na jednotlivých konektorech impedančně stejných rozhraní lze zjistit malé odrazy.

Parametry koaxiálních kabelů

Každý koaxiální kabel má několik důležitých parametrů. Kromě impedance je dalším útlum. Ten je udáván v dB při určitém kmitočtu na 100 m (nebo 100 stop). Čím menší jeho hodnota je, tím je menší útlum. Každé zvýšení útlumu o 3 dB (logaritmus) znamená, že přijdeme o polovinu přenášené energie. Za koaxiální kabely s nízkým útlumem se ale platí podstatně vyšší cena. V tabulce níže ze uveden seznam několika nejběžnějších koaxiálních kabelů s impedancí, útlumem a cenou.

Typ kabelu Impedance [Ohm] Kapacita [pF/m] Útlum při 2400 MHz/100 m [dB] Činitel odrazu [dB] Cena /m [Kč]
Belden H1000 50 80 24 > 17 90
Belden H155 50 82 50 > 17 28
Belden RG58/U 50 100 79 > 15 7
LMR240 50 24 49 36
Belden H121 Cu 75 53 40 > 15 17
Belden H125 Cu 75 55 33 > 17 20
Draka 1.13/4.8 Cu 75 50 30 > 17 16
RG6/U (Belden H125) 75 52 33 > 17

Podíváme-li se na jednotlivé řádky zjistíme, že koaxiální kabely s impedancí 75 Ω mají podstatně nižší útlum na 100 m, ale také nižší cenu.

V případě, že bude naše vedení dlouhé pouze několik metrů, bude pro nás výhoda kabelu s impedancí 75 Ω pouze cena. Přijdeme ale o již znatelnější část vysokofrekvenční energie. Pokud ale bude anténa od WiFi routeru vzdálena např. 15 m, je výhodnější poohlédnou se po kvalitním kabelu 75 Ω.

Přenášené energie se v případě vysílání zařízení nemusíme obávat. WiFi vysílá v rozmezí několika mW až po cca 1 W (ano, není to povoleno, ale takové adaptéry také existují). Takový výkon přenese jakýkoli koaxiální kabel.

Jednoduchý test

Abych pouze „nevařil z vody“, vytvořil jsem jednoduchý test.

Běžný stav: Double-biquad anténa 2,4 GHz připojená přes 20 cm pigtail N<>U.FL přímo k WiFi routeru.

Testovací provoz: Double-biquad anténa 2,4 GHz, konektor N<>F, 1 m 75 Ω koaxiální kabel Draka 1.13/4.8 Cu, konektor F<>RP-SMA, pigtail RP-SMA<>U.FL připojen k routeru.

Jak vidno, testovací signálová cesta je podstatně delší a obsahuje o několik rozhraní víc.

I přes tyto nesrovnatelné podmínky byl přenášený signál po testované cestě pouze o cca 1 dB – 1,5 dB utlumen. Píši „pouze“, protože kolísání stabilního signálu vlivem atmosférických poruch a interferencí bývá 1 dB – 2 dB.

Konektory

Ubiquiti SR5Ve světě WiFi zařízení se nejčastěji používají čtyři typy vysokofrekvenčních konektorů. Z toho dva nalezneme přímo na WiFi adaptéru/routeru. Těmi jsou U.FL (IPX) a MMCX. Oba dva se vyznačují malými rozměry, přičemž o něco větší MMCX má o něco stabilnější konstrukci. Pomocí těchto konektorů se připojuje vysokofrekvenční „propojka“ mezi adaptérem a krabičkou zařízení – pigtail.

Konektory určené pro připojení externích antén a koaxiálních kabelů jsou RP-SMA a N (jeden z mála vodotěsných konektorů). Konektor typu RP-SMA má oproti původnímu SMA prohozen středový kolík (RP = reverse polarity; nemá nic společného s polaritou/směrem signálu). Na rozdíl RP-SMA a SMA je v případě koupě konektorů brát zřetel, protože tyto dva typy nelze mezi sebou kombinovat.

Tyto konektory mají shodnou impedanci 50 Ω.

Pro kabely s impedancí 75 Ω se v poslední době používají hlavně konektory typu F (pomineme-li IEC).

Pokud budeme chtít použít koaxiální kabel s impedancí 75 Ω, musíme buď vybrat takový, který svými rozměry vyhovuje rozměrům konektorů RP-SMA a N, nebo použijeme adaptér RP-SMA<>F či N<>F.

Tyto adaptéry lze nalézt např. na portálu eBay (o kvalitě, tedy zejména o vrstvě naneseného zlata, bych si ale iluze nedělal):

Adapter F - NN-Type N Male Plug to F Female Jack RF Coaxial Adapter Connector

 

Adapter F - RP-SMA_femaleSMA-F Adapter F Type Female to RP SMA Jack Straight RF Coax Connector

 

Adapter F - RP-SMA_maleF Female Jack to RP SMA Male Plug Straight RF Coax Adapter

 

Závěr

Pokud porovnám útlum cesty mého jednoduchého testu, a podívám se do tabulky na jednotlivé koaxiální kabely, nebudu mít strach příště použít kabel o jiné než doporučené impedanci. A to zejména při větších vzdálenostech mezi anténou a Wifi zařízením. V profesionálním nasazení bych od dodavatelů a integrátorů nicméně čekal použití kvalitních prvků s patřičnými parametry, mezi které samozřejmě patří i dodržení stanovené impedance jednotlivými výrobci.

Důležitou vlastností použitého koaxiálního kabelu je také nejvyšší kmitočet signálu. Vždy je nutné prohlédnout datový list konkrétního výrobce.

Parametry jednotlivých koaxiálních kabelů jsou zjištěny z datových listů výrobců. Ceny běžné pro koncového zákazníka, včetně DPH – z internetu.

75Ω koaxiální kabely jsou běžně používány např. radioamatéry, kteří vysílají v řádech stovek W až několika kW. I v takovém případě je samozřejmě stále možné po stejném koaxiálním kabelu přijímat DVB-T nebo FM rozhlas – a to vše současně.

Veškeré hodnoty útlumů v závislosti na změně impedance lze jednoduchým způsobem vypočítat, ale pro přehlednost a jednodušší pochopení jsem se podrobnější teorii raději vyhl.

Čemu se je ale dobré vyhnout ještě větším obloukem než teoretickému znázornění je koaxiální kabel RG58, který je velmi levný, ale použití lze doporučit pouze pro HF a na kratší vzdálenosti pro VHF.

Související

Radiové obvody a jejich vlastnosti – rozhraní

1 komentář u „WiFi: Náhrada koaxiálního kabelu 50 ohm za 75 ohm

  1. Pingback: Jak se loví letadla aneb Přijímáme ADS-B | brichacek.net

Napsat komentář