Kabel działający jak antena

fot. ProSoft Technology

Dlaczego komuś mógłby być potrzebny kabel działający jak antena? Przecież poświęcono wiele wysiłku i czasu udoskonalając ekranowanie kabli, właśnie w celu zapobiegania tego typu efektom!

Okazuje się jednak, że w pewnych warunkach zastosowanie kabla promieniującego w systemie komunikacji przemysłowej może nieść ze sobą zalety. Najbardziej typowe przykłady aplikacji korzystających z kabli promieniujących to przemieszczanie się obiektu wzdłuż ustalonego toru, zastępowanie pierścieni ślizgowych w maszynach rotacyjnych oraz zapewnienie czystego sygnału wysokiej częstotliwości (w.cz.) tam, gdzie przeszkody lub topologia korytarzy i pomieszczeń utrudniają propagację sygnałów wytwarzanych przez tradycyjną antenę.

Czym jest kabel promieniujący?

Kabel promieniujący to długa, elastyczna antena ze szczelinami propagującymi sygnał w.cz., mogąca być instalowana wokół narożników, wzdłuż kolei jednoszynowych i w tunelach, gdzie propagacja sygnałów w.cz. byłaby trudna lub wręcz niemożliwa do realizacji przy użyciu tradycyjnych anten. Ponieważ kable promieniujące mogą być układane z dokładnością do centymetrów dokładnie tam, gdzie znajdują się odbiorniki, pozwalają izolować sygnał bezprzewodowy od pozostałych maszyn w zakładach przemysłowych. Dodatkowo, występują w wersjach o różnych długościach, pokrywających wymogi większości aplikacji.

W typowym kablu koncentrycznym metalowy ekran owinięty wokół przewodu izoluje przesyłany sygnał od wydostawania się na zewnątrz kabla w postaci fali elektromagnetycznej. Pomaga to utrzymać dużą moc sygnału w kablu i zapobiega powstawaniu interferencji elektromagnetycznych z pobliskimi urządzeniami radiowymi. Bez ekranu kabel pracowałby jako antena, wysyłając sygnał w przestrzeń i odbierając fale radiowe wytwarzane przez inne urządzenia. Ci, którzy pamiętają jeszcze czasy telewizji analogowej z pewnością doświadczyli tego efektu w postaci nakładania się obrazów na niektórych kanałach. Zamiast czystego sygnału wideo odbieranego od dostawcy telewizji kablowej i propagowanego przez kabel współosiowy, na ekranie widoczny był również ten sam sygnał wideo propagowany w postaci fali elektromagnetycznej i odbierany przez kabel współosiowy pracujący jak antena. Niezamierzone użycie kabla promieniującego powodowało występowanie niepożądanych efektów.

To samo zjawisko, które powodowało rozmycie obrazu telewizyjnego występuje w przypadku zamierzonej propagacji sygnałów za pomocą kabli promieniujących. Różnica pomiędzy kablem promieniującym i niskiej jakości kablem telewizyjnym ze słabym ekranowaniem polega na tym, że w kablu promieniującym specjalnie wykonuje się szczeliny zapewniające propagację sygnałów o określonych częstotliwościach. Dzięki temu kable są dostrajane do współpracujących z nimi urządzeń w.cz. Ekran kabla służy do blokowania sygnałów niepożądanych, natomiast dzięki odpowiednio rozplanowanym szczelinom możliwe jest zarówno emitowanie, jak i odbiór przez wewnętrzny przewód sygnałów o pożądanych częstotliwościach. W ten sposób kabel promieniujący pełni funkcję anteny.

Precyzyjna generacja sygnałów wysokiej częstotliwości w gęstych instalacjach przemysłowych

Zaletą używania kabli promieniujących jest możliwość precyzyjnej generacji sygnałów w.cz. Coraz szersze wykorzystywanie sieci bezprzewodowych w zakładach przemysłowych powoduje coraz większe interferencje sygnałów na typowo wykorzystywanych częstotliwościach. Dla konstruktorów maszyn chcących wykorzystać bezprzewodową transmisję danych jest to dużym problemem. Dzięki zastosowaniu kabli promieniujących nowe maszyny mogą wzajemnie koegzystować w gęstej zabudowie przemysłowej bez zakłócania się nawzajem. Jest to możliwe, gdyż kabel promieniujący emituje falę elektromagnetyczną w jednym kierunku i generuje tylko taką moc, która jest niezbędna do ustanowienia łącza z inną anteną na relatywnie krótkim dystansie. Podczas, gdy ogólnozakładowa sieć Wi-Fi nadaje z mocą niezbędną do pokrycia zasięgiem całej instalacji, moc nadawania pojedynczej maszyny może być znacznie mniejsza, niezbędna jedynie do zapewnienia lokalnej komunikacji.

Ta zaleta jest szczególnie cenna w maszynach rotacyjnych, w których tradycyjnie używa się pierścieni ślizgowych do przewodzenia sygnałów komunikacyjnych pomiędzy blokiem I/O sekcji ruchomej a kontrolerem PLC znajdującym się w sekcji stacjonarnej. Pierścienie ślizgowe są drogie w instalacji, wymagają regularnego serwisowania, a dodatkowo nie mogą zapewnić dużej prędkości transmisji ze względu na szumy występujące na pierścieniach i szczotkach. Może tu znaleźć zastosowanie tradycyjne łącze bezprzewodowe, jednak często jego jakość pogarsza ruch maszyny. Wymaga to stosowania anten o większym wzmocnieniu, generujących niestety również większe zaburzenia w.cz. Z pomocą przychodzi tu kabel promieniujący, realizujący skuteczne połączenie bezprzewodowe z wirującą anteną bez równoczesnego zakłócania pracy sąsiednich urządzeń.

Elastyczność

Kolejną zaletą kabla promieniującego jest jego elastyczność. Może on być rozmieszczony wzdłuż dowolniej ścieżki zapewniając propagację fali tam, gdzie nie może zapewnić tego tradycyjna antena. Jednym z pierwszych zastosowań kabli promieniujących było zapewnienie dwukierunkowej łączności radiowej pomiędzy ratownikami pracującymi w tunelach drogowych i kolejowych. W instalacjach przemysłowych występuje wiele miejsc o utrudnionym dostępie, w tym zarówno rzeczywiste tunele jak i "tunele w.cz." stworzone przez przeszkody. Przykładem może być magazyn, w którym propagację fal radiowych generowanych przez tradycyjne anteny blokują metalowe konstrukcje szaf oraz same znajdujące się w nich towary. Jednak kabel promieniujący może być tu zainstalowany wzdłuż optymalnych ścieżek, zapewniając dotarcie silnego sygnału w.cz. tam, gdzie jest to konieczne.

W niektórych zastosowaniach komunikacyjnych kabel promieniujący oferuje unikalne zalety. Zapewnia stałą prędkość transmisji na długich dystansach, może być dowolnie kształtowany umożliwiając propagację fali radiowej tam, gdzie jest to niezbędne oraz ogranicza interferencje elektromagnetyczne tylko do niewielkich obszarów. Cechy te są szczególnie cenne w instalacjach, w których maszyny przemieszczają się po zdefiniowanej ścieżce, tam gdzie ze względu na uwarunkowania terenowe ciężko jest zapewnić pokrycie radiowe określonego obszaru przez tradycyjną antenę oraz w maszynach rotacyjnych, gdzie jedyną alternatywą dla transmisji bezprzewodowej są pierścienie ślizgowe. Należy zachować ostrożność przy wyborze i instalacji kabli promieniujących, jednak przy odrobinie przygotowania i dzięki poradom udzielanym przez doświadczonych dostawców tego typu system transmisyjny zapewni bezproblemową komunikację nawet w najbardziej wymagających zastosowaniach.

Źródło: ProSoft Technology