کابل هم‌محور دی‌الکتریک هوایی چه مزایایی برای سیستم‌های فرکانس رادیویی (RF) به همراه دارد؟

ساختار کابل هم‌محور دی‌الکتریک هوایی چگونه یکپارچگی سیگنال RF را بهبود می‌بخشد

کابل‌های هم‌محور دی‌الکتریک هوایی با مهندسی تخصصی، عملکرد بسیار عالی در فرکانس رادیویی (RF) ارائه می‌دهند. برخلاف طراحی‌های متداول با دی‌الکتریک جامد، این کابل‌ها عایق‌بندی پیوسته را با فاصله‌گذارهای دقیق جایگزین می‌کنند که با استفاده از هوا — که کم‌ترین اتلاف را در بین مواد دی‌الکتریک موجود دارد — فاصله بین هادی‌ها را حفظ می‌کنند.

طراحی توخالی با دی‌الکتریک هوایی و نقش آن در کاهش اتلاف سیگنال

ساختارهای دی‌الکتریک هوای توخالی باعث کاهش برخوردهای الکترونی هنگام عبور سیگنال‌ها می‌شوند، بدین معنا که انرژی کمتری در طول مسیر جذب می‌شود. هوای آزاد دارای ثابت دی‌الکتریک نزدیک به ۱٫۰ است، در حالی که موادی مانند پلی‌اتیلن حدود ۲٫۳ یا بالاتر دارند. به دلیل این تفاوت، هوای آزاد باعث اعوجاج فاز بسیار کمتر و ظرفیت خازنی کمتری در سیستم می‌شود. آزمایش‌های صنعتی نشان می‌دهند که این طراحی‌های پر از هوا حدود ۴۰ درصد کمتر از جایگزین‌های سنتی فوم PE در فرکانس‌های ۶ گیگاهرتز افت سیگنال دارند، مطابق مطالعات اخیر مواد RF از سال گذشته. برای مهندسانی که با سیستم‌های فرکانس بالا کار می‌کنند، این موضوع بسیار مهم است، زیرا افت‌های کوچک می‌توانند در طول زمان عملکرد کلی را به شدت تحت تأثیر قرار دهند.

مقایسه با کابل‌های دی‌الکتریک پلی‌اتیلن فشرده: تفاوت‌های ساختاری و الکتریکی

کابل‌های دی‌الکتریک هوایی و پلی‌اتیلن (PE) فشرده تفاوت‌های بنیادینی دارند که بر عملکرد RF تأثیر می‌گذارند:

صلبیت مکانیکی طراحی‌های با فضای هوایی از تغییر شکل دی‌الکتریک در هنگام خمش جلوگیری می‌کند و امپدانس را ثابت نگه می‌دارد. در مقابل، کابل‌های پلی‌اتیلن مستعد تغییرات خازنی ناشی از فشار هستند که منجر به افزایش نسبت موج ایستاده ولتاژ (VSWR) می‌شود.

تضعیف پایین و توان بالا در کاربردهای فرکانس بالا RF

کاهش تضعیف سیگنال از 1 تا 6 گیگاهرتز: داده‌های عملکرد و بهبود بازده RF

کابل هم‌محور دی‌الکتریک هوایی به دلیل طراحی هسته‌ای از جنس هوا که باعث کاهش تلفات سیگنال می‌شود، در حفظ کیفیت سیگنال در محدوده فرکانس‌های بالا بسیار برجسته است. بر اساس آزمون استاندارد IEC 61196، این کابل‌ها دارای نرخ تضعیف حدود 0.15 دسی‌بل بر متر در فرکانس 6 گیگاهرتز هستند که تقریباً نصف مقدار مشاهده‌شده در کابل‌های سنتی با دی‌الکتریک پلی‌اتیلن جامد است. چه چیزی باعث کارایی بالای این کابل‌ها می‌شود؟ در واقع، این کابل‌ها انرژی کمتری را از طریق ماده عایق خود از دست می‌دهند، بدین معنا که سیگنال‌ها می‌توانند فواصل بسیار طولانی‌تری را قبل از نیاز به تقویت یا تقویت‌کننده طی کنند. و برای متخصصان مهندسی فرکانس رادیویی (RF)، این به معنای کاهش مشکلات ناشی از تضعیف سیگنال در فواصل طولانی و همچنین صرفه‌جویی بالقوه در هزینه‌های تجهیزات اضافی است.

سیستم‌هایی که از این فناوری استفاده می‌کنند، به بازده انتقال توان 96 درصدی در پشتیبانی شبکه‌های 5G دست می‌یابند (IEEE 2023)، که این امر منجر به کاهش 740 هزار دلاری در سال در هزینه‌های انرژی به ازای هر پیاده‌سازی 1000 گره‌ای می‌شود.

پایداری حرارتی و ظرفیت توان بالاتر کابل کواکسیال دی‌الکتریک هوایی

طراحی توخالی امکان عملکرد حرارتی بی‌همتا را فراهم می‌کند. کابل‌های دی‌الکتریک هوایی قادر به تحمل توان پیوسته 5 کیلووات در دمای محیط 40 درجه سانتی‌گراد هستند — دو برابر ظرفیت گزینه‌های مبتنی بر فوم. مزایای کلیدی شامل:

• عدم فرسودگی دی‌الکتریک در دماهای بیش از 200 درجه سانتی‌گراد
• ضریب انبساط حرارتی کمتر از 5 قسمت در میلیون بر سانتی‌گراد
• واریانس پایداری فاز کمتر از 0.02 درجه در محدوده 85 درجه‌ای

این مقاومت حرارتی از تغییرات امپدانس در طول انتقال توان بالا جلوگیری می‌کند و VSWR را در سیستم‌های راداری 6 گیگاهرتزی به 1.05:1 کاهش می‌دهد. آزمایش‌های میدانی نشان می‌دهند که پس از 15000 ساعت کارکرد، دستگاه‌های پخش 99.8 درصد زمان در دسترس بوده‌اند.

کابل‌های هم‌محور دی‌الکتریک هوا در مقابل دی‌الکتریک فوم: مقایسه مهندسی RF

تلفات برود، VSWR و عملکرد کلی سیستم در انواع زیرساخت‌های RF

مقایسه‌ی کابل‌های هم‌محور با دی‌الکتریک هوایی با نمونه‌های فوم دی‌الکتریک مانند انواع LMR® یا LDF/AL4، سه عامل اصلی را برجسته می‌کند که برای سیستم‌های RF واقعاً مهم هستند: میزان اتلاف سیگنال در طول خط (اتلاف درجی)، نسبت موج ایستاده ولتاژ (VSWR) و مقاومت در برابر چالش‌های محیطی. کابل‌های دی‌الکتریک هوایی تمایل دارند در فرکانس‌های بالای 2 گیگاهرتز حدود 20 تا 30 درصد کمتر از کابل‌های دی‌الکتریک فوم اتلاف سیگنال داشته باشند، زیرا جذب ماده دی‌الکتریک در آن‌ها کمتر است و این ویژگی آن‌ها را برای اتصالات طولانی دکل‌های سلولی و سیستم‌های آنتن توزیع‌شده بسیار مناسب می‌کند. اما یک مشکل وجود دارد. کابل‌های دی‌الکتریک فوم در حفظ مشخصات فاز پایدار و مقاومت در برابر تجمع رطوبت عملکرد بهتری دارند که این موضوع در شرایط بیرونی مرطوب بسیار مهم می‌شود، زیرا کابل‌های پر از هوا ممکن است مشکلاتی نظیر تشکیل میعان داخلی پیدا کنند. نگاهی به اعداد VSWR داستان دیگری را روایت می‌کند. در مسیرهای مستقیم، کابل‌های هوایی نسبت‌های خوبی در حدود 1.15:1 دارند، اما اگر بیش از حد خم شوند، امپدانس شروع به تغییر می‌کند و از 1.25:1 فراتر می‌رود. کابل‌های فوم حتی در مسیرهای پیچیده نصب نیز زیر 1.2:1 باقی می‌مانند. از دیدگاه قابلیت اطمینان کلی سیستم، گزینه‌های فوم علیرغم اتلاف سیگنال کمی بیشتر، تعادل بهتری ایجاد می‌کنند. آن‌ها محافظت شیلدینگ پایدارتری ارائه می‌دهند و در برابر نیروهای فشاری مقاومت بسیار بیشتری نسبت به کابل‌های دی‌الکتریک هوایی دارند که به‌طور مشهوری سفت هستند و در شرایط خاص، نصب آن‌ها واقعاً دشوار می‌شود.

سوالات متداول

مزیت اصلی کابل‌های هم‌محور دی‌الکتریک هوایی نسبت به کابل‌های پلی‌اتیلن جامد چیست؟

کابل‌های دی‌الکتریک هوایی به دلیل طراحی هسته‌ای با هوای درونی، از صحت سیگنال RF بالاتری برخوردارند که ناشی از تلفات سیگنال کمتر و پایداری فاز بیشتر است.

چرا کابل‌های دی‌الکتریک هوایی عملکرد بهتری در فرکانس‌های بالا دارند؟

کابل‌های دی‌الکتریک هوایی دارای ثابت دی‌الکتریک و خازنیت کمتری هستند که باعث کاهش اعوجاج فاز و تضعیف سیگنال در کاربردهای فرکانس بالا می‌شود.

کابل‌های دی‌الکتریک هوایی در مقایسه با کابل‌های دی‌الکتریک فوم چگونه هستند؟

کابل‌های دی‌الکتریک هوایی تلفات سیگنال کمتری دارند اما مقاومت در برابر رطوبت کمتری دارند و به دلیل سفتی بیشتر ممکن است در نصب مشکلاتی ایجاد کنند.