Koje prednosti donosi koaksijalni kabel s zračnim dielektrikom za RF sustave?

Kako konstrukcija koaksijalnog kabla s zračnim dielektrikom poboljšava integritet RF signala

Koaksijalni kabeli s zračnim dielektrikom postižu izvrsne performanse u radiofrekvencijskom (RF) području kroz specijalizirano inženjerstvo. Za razliku od konvencionalnih dizajna s čvrstim dielektrikom, ovi kabeli zamjenjuju kontinuiranu izolaciju točno pozicioniranim razdjelnim elementima koji održavaju razmak između vodiča koristeći zrak — dielektrični medij s najmanjim gubicima koji je dostupan.

Šuplji dizajn s zračnim dielektrikom i njegova uloga u smanjenju gubitka signala

Šuplje strukture s zračnim dielektrikom smanjuju sudare elektrona kada signali putuju kroz njih, što znači da se manje energije apsorbira na putu. Zrak ima dielektričnu konstantu blizu 1,0 dok materijali poput polietilena imaju vrijednost oko 2,3 ili više. Zbog ove razlike, zrak uzrokuje znatno manje faznih izobličenja i stvara manju kapacitivnost u sustavu. Ispitivanja provedena u industriji pokazuju da ovi dizajni ispunjeni zrakom imaju otprilike 40% manje gubitaka signala na frekvencijama od 6 GHz u usporedbi s tradicionalnim alternativama s penom PE, prema nedavnim istraživanjima RF materijala iz prošle godine. Za inženjere koji rade s visokofrekventnim sustavima, ovo je vrlo važno jer male gubitke tijekom vremena mogu znatno utjecati na ukupnu učinkovitost.

Usporedba s kabelima s čvrstim PE dielektrikom: Strukturalne i električne razlike

Kablovi s zračnim dielektrikom i čvrstim polietilenom (PE) pokazuju temeljne razlike koje utječu na RF performanse:

Mehanička krutost dizajna s zračnim razmacima sprječava deformaciju dielektrika pri savijanju, čime se održava stalni impedancijski omjer. Naprotiv, kabeli s polietilenom su osjetljiviji na promjene kapaciteta uzrokovane stiskanjem — što povećava omjer stojećih valova napona (VSWR).

Niska atenuacija i visoka sposobnost prijenosa snage u visokofrekventnim RF aplikacijama

Smanjena atenuacija signala od 1—6 GHz: Podaci o performansama i poboljšanja u učinkovitosti RF signala

Koaksijalni kabel s zračnim dielektrikom ističe se u održavanju kvalitete signala na visokim frekvencijskim opsezima zahvaljujući svom dizajnu s jezgrom od zraka koji smanjuje gubitak signala. Prema standardnom testiranju IEC 61196, ovi kabeli pokazuju slabljenje od oko 0,15 dB po metru na frekvenciji od 6 GHz, što je zapravo skoro pola onoga što se vidi kod tradicionalnih koaksijalnih kabela s čvrstim polietilenskim dielektrikom. Što ih čini tako učinkovitim? U osnovi, gube manje energije kroz izolacijski materijal, što znači da signali mogu putovati znatno veće udaljenosti prije nego što im treba pojačanje. Za stručnjake u RF inženjerstvu, to znači manje problema s degradacijom signala na velikim udaljenostima, kao i potencijalne uštede u troškovima dodatne opreme.

Sustavi koji koriste ovu tehnologiju postižu 96% učinkovitost prijenosa snage u 5G backhaulima (IEEE 2023), smanjujući troškove energije za 740 tisuća USD godišnje po svakoj ugradnji od 1.000 čvorova.

Nadmoćna termička stabilnost i kapacitet snage koaksijalnog kabla s zračnim dielektrikom

Šuplji dizajn omogućuje neusporedivu termičku učinkovitost. Kabeli s zračnim dielektrikom podnose kontinuiranu snagu od 5 kW pri okolišnoj temperaturi od 40°C — dvostruko veći kapacitet u odnosu na alternative s pjenu. Ključne prednosti uključuju:

• Nulto starenje dielektrika pri temperaturama ≥ 200°C
• Koeficijent termičkog širenja ispod 5 ppm/°C
• Varijacija fazne stabilnosti < 0,02° unutar raspona od 85°C

Ova termička otpornost sprječava pomake impedancije tijekom prijenosa visoke snage, smanjujući VSWR na 1,05:1 u radarima na 6 GHz. Testovi u terenu pokazuju 99,8% dostupnosti u emiterskim predajnicima nakon 15.000 sati rada.

Zračni dielektrik nasuprot koaksijalnim kabelima s dielektrikom od pjene: Usporedba u RF inženjerstvu

Gubitak uslijed umetanja, VSWR i ukupna učinkovitost sustava na različitim vrstama RF infrastrukture

Usporedba zračnih koaksijalnih kabela s izolacijom od pjene, kao što su LMR® ili LDF/AL4 tipovi, otkriva tri glavna faktora koja zaista imaju značaja za RF sustave: gubitak signala duž vodova (gubitak pri umetanju), omjer stojnog vala napona (VSWR) i otpornost na okolišne izazove. Zračni koaksijalni kabeli obično gube oko 20 do 30 posto manje jakosti signala na frekvencijama iznad 2 GHz jer apsorbiraju manje dielektričkog materijala, što ih čini izvrsnim za dugačke veze na baznim stanicama i distribuirane antenske sustave. No postoji jedan problem. Kabeli s izolacijom od pjene zapravo bolje rade kad je u pitanju održavanje stabilnih faznih karakteristika i otpornost na nakupljanje vlage, što postaje iznimno važno u vlažnim vanjskim uvjetima gdje zračni kabeli mogu razviti probleme s unutarnjim kondenzacijom. Pogledajmo brojke VSWR-a – ravni dijelovi zračnih kabela održavaju prilično dobre omjere oko 1,15:1, ali ako se previše saviju, impedancija počinje odstupati preko 1,25:1. Kabeli s izolacijom od pjene ostaju ispod 1,2:1 čak i pri složenim putanjama instalacije. Kada se uzme u obzir ukupna pouzdanost sustava, opcije s pjenom pružaju bolju ravnotežu, unatoč nešto većem gubitku signala. One nude konzistentniju zaštitu od ometanja i mogu podnijeti tlak mnogo bolje od zračnih dielektrika, koji su poznati po svojoj krutosti i zbog čega je njihova instalacija pravi izazov u određenim situacijama.

Česta pitanja

Koja je primarna prednost koaksijalnih kabela s zračnim dielektrikom u odnosu na kabele s čvrstim PE dielektrikom?

Kabeli s zračnim dielektrikom nude bolju integritet RF signala zbog manjeg gubitka signala i veće fazne stabilnosti, zahvaljujući konstrukciji s jezgrom od zraka.

Zašto kabeli s zračnim dielektrikom bolje podnose više frekvencije?

Kabeli s zračnim dielektrikom imaju nižu dielektričnu konstantu i kapacitivnost, čime se smanjuje fazna distorzija i slabljenje u primjenama s visokom frekvencijom.

Kako se kabeli s zračnim dielektrikom uspoređuju s kabelima s pjenušavim dielektrikom?

Kabeli s zračnim dielektrikom imaju manji gubitak signala, ali su manje otporni na vlagu i mogu imati poteškoća pri instalaciji zbog krutosti.