¿Qué ventajas aporta el cable coaxial con dieléctrico de aire a los sistemas de RF?

Cómo la construcción del cable coaxial con dieléctrico de aire mejora la integridad de la señal de RF

Los cables coaxiales con dieléctrico de aire logran un rendimiento superior en radiofrecuencia (RF) gracias a una ingeniería especializada. A diferencia de los diseños convencionales con dieléctrico sólido, estos cables sustituyen el aislamiento continuo por separadores colocados con precisión que mantienen la separación entre conductores utilizando aire, el medio dieléctrico con menor pérdida disponible.

Diseño hueco con dieléctrico de aire y su función en la minimización de la pérdida de señal

Las estructuras dieléctricas de aire hueco reducen las colisiones de electrones cuando las señales viajan a través de ellas, lo que significa que se absorbe menos energía en el trayecto. El aire tiene una constante dieléctrica cercana a 1,0, mientras que materiales como el polietileno están alrededor de 2,3 o más. Debido a esta diferencia, el aire provoca mucha menos distorsión de fase y acumula menos capacitancia en el sistema. Pruebas realizadas en la industria muestran que estos diseños llenos de aire tienen aproximadamente un 40 % menos de pérdida de señal a frecuencias de 6 GHz en comparación con las alternativas tradicionales de PE espumado, según estudios recientes sobre materiales RF del año pasado. Para ingenieros que trabajan con sistemas de alta frecuencia, esto es muy importante, ya que pequeñas pérdidas pueden afectar significativamente el rendimiento general con el tiempo.

Comparación con cables dieléctricos de PE sólido: diferencias estructurales y eléctricas

Los cables dieléctricos de aire y de polietileno (PE) sólido presentan diferencias fundamentales que afectan el rendimiento RF:

La rigidez mecánica de los diseños con espacio de aire evita la deformación dieléctrica bajo flexión, manteniendo una impedancia constante. En contraste, los cables de PE son más susceptibles a cambios de capacitancia inducidos por compresión—lo que aumenta la relación de onda estacionaria de voltaje (VSWR).

Baja atenuación y alta capacidad de manejo de potencia en aplicaciones de RF de alta frecuencia

Reducción de la atenuación de señal de 1 a 6 GHz: datos de rendimiento y ganancias en eficiencia de RF

El cable coaxial con dieléctrico de aire destaca especialmente en cuanto a la conservación de la calidad de la señal en esas gamas de alta frecuencia, gracias a su diseño con núcleo de aire que reduce la pérdida de señal. Según las pruebas estándar IEC 61196, estos cables presentan tasas de atenuación alrededor de 0,15 dB por metro a frecuencias de 6 GHz, lo que es casi la mitad de lo que observamos en los cables dieléctricos sólidos de polietileno tradicionales. ¿Qué los hace tan eficientes? Básicamente, pierden menos energía a través del material aislante, lo que significa que las señales pueden viajar distancias mucho mayores antes de necesitar algún tipo de refuerzo o amplificación. Y para quienes trabajan en ingeniería de radiofrecuencia, esto implica menos problemas con la degradación de la señal a distancia, además de un potencial ahorro en costos de equipos adicionales.

Los sistemas que utilizan esta tecnología alcanzan una eficiencia de transferencia de energía del 96 % en enlaces troncales 5G (IEEE 2023), reduciendo los costos energéticos en 740 000 USD anualmente por cada despliegue de 1000 nodos.

Estabilidad térmica superior y capacidad de potencia del cable coaxial con dieléctrico de aire

El diseño hueco permite un rendimiento térmico inigualable. Los cables con dieléctrico de aire soportan potencia continua de 5 kW a 40 °C ambiente, el doble de la capacidad de las alternativas basadas en espuma. Las ventajas clave incluyen:

• Envejecimiento dieléctrico nulo a temperaturas ≥ 200 °C
• Coeficiente de expansión térmica inferior a 5 ppm/°C
• Varianza de estabilidad de fase < 0,02° en un rango de 85 °C

Esta resistencia térmica evita cambios de impedancia durante la transmisión de alta potencia, reduciendo la ROE a 1,05:1 en sistemas de radar de 6 GHz. Pruebas en campo muestran una disponibilidad del 99,8 % en transmisores de radiodifusión tras 15 000 horas de funcionamiento.

Cables Coaxiales con Dieléctrico de Aire vs. Dieléctrico Espumado: Comparación de Ingeniería RF

Pérdida de Inserción, ROE y Rendimiento Total del Sistema en Diferentes Tipos de Infraestructura RF

La comparación de opciones de cables coaxiales con dieléctrico de aire frente a sus homólogos con dieléctrico de espuma, como los tipos LMR® o LDF/AL4, revela tres factores principales que realmente importan en los sistemas de RF: la cantidad de señal que se pierde a lo largo de la línea (pérdida por inserción), la Relación de Onda Estacionaria de Tensión (VSWR) y la resistencia ante desafíos ambientales. Los cables con dieléctrico de aire tienden a perder aproximadamente entre un 20 y un 30 por ciento menos de potencia de señal por encima de frecuencias de 2 GHz, debido a que absorben menos material dieléctrico, lo que los hace ideales para conexiones largas en torres de telefonía celular y sistemas de antenas distribuidas. Pero hay un inconveniente. Los cables con dieléctrico de espuma ofrecen un mejor rendimiento en cuanto a la estabilidad de las características de fase y la resistencia a la acumulación de humedad, algo especialmente importante en condiciones exteriores húmedas, donde los cables con aire pueden desarrollar problemas de condensación interna. Los valores de VSWR cuentan otra historia. En tramos rectos, los cables con aire mantienen relaciones bastante buenas del orden de 1.15:1, pero si se doblan demasiado, la impedancia comienza a variar por encima de 1.25:1. Por otro lado, los cables de espuma permanecen por debajo de 1.2:1 incluso en rutas de instalación complicadas. Al considerar la fiabilidad general del sistema, las opciones con espuma logran un mejor equilibrio a pesar de tener una pérdida de señal ligeramente mayor. Ofrecen una protección de blindaje más consistente y soportan mucho mejor las fuerzas de compresión que los dieléctricos de aire, que son notoriamente rígidos y hacen que la instalación sea realmente difícil en ciertas situaciones.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la ventaja principal de los cables coaxiales con dieléctrico de aire frente a los cables de PE sólido?

Los cables con dieléctrico de aire ofrecen una integridad superior de la señal de RF debido a una menor pérdida de señal y una mayor estabilidad de fase, gracias a su diseño con núcleo de aire.

¿Por qué los cables con dieléctrico de aire manejan mejor las frecuencias altas?

Los cables con dieléctrico de aire tienen una constante dieléctrica y una capacitancia más bajas, lo que minimiza la distorsión de fase y la atenuación en aplicaciones de alta frecuencia.

¿Cómo se comparan los cables con dieléctrico de aire con los cables con dieléctrico de espuma?

Los cables con dieléctrico de aire ofrecen una menor pérdida de señal, pero son menos resistentes a la humedad y pueden presentar dificultades durante la instalación debido a su rigidez.