Quali vantaggi porta il cavo coassiale con dielettrico in aria ai sistemi RF?

Come la struttura del cavo coassiale con dielettrico in aria migliora l'integrità del segnale RF

I cavi coassiali con dielettrico in aria raggiungono prestazioni radiofrequenza (RF) superiori grazie a un'ingegnerizzazione specializzata. A differenza dei comuni design con dielettrico solido, questi cavi sostituiscono l'isolamento continuo con distanziatori posizionati con precisione che mantengono la separazione tra i conduttori utilizzando l'aria — il mezzo dielettrico con le minori perdite disponibile.

Design con dielettrico in aria cavo e il suo ruolo nella minimizzazione delle perdite del segnale

Le strutture dielettriche a vuoto d'aria riducono le collisioni degli elettroni quando i segnali viaggiano attraverso di esse, il che significa che viene assorbita meno energia lungo il percorso. L'aria ha una costante dielettrica vicina a 1,0 mentre materiali come il polietilene si attestano intorno a 2,3 o superiori. A causa di questa differenza, l'aria provoca molto meno distorsione di fase e accumula meno capacità nel sistema. Test effettuati nel settore mostrano che queste soluzioni riempite d'aria presentano circa il 40% in meno di perdita di segnale alle frequenze di 6 GHz rispetto alle alternative tradizionali in PE espanso, secondo recenti studi sui materiali RF dell'anno scorso. Per gli ingegneri che lavorano con sistemi ad alta frequenza, questo aspetto è molto importante poiché piccole perdite possono erodere significativamente le prestazioni complessive nel tempo.

Confronto con cavi dielettrici in PE solido: differenze strutturali ed elettriche

I cavi dielettrici ad aria e quelli in polietilene (PE) solido presentano differenze fondamentali che influiscono sulle prestazioni RF:

La rigidità meccanica delle strutture con spaziatura ad aria impedisce la deformazione dielettrica in caso di flessione, mantenendo un'impedenza costante. Al contrario, i cavi in PE sono più soggetti a variazioni della capacità causate da compressione, con conseguente aumento del rapporto d'onda stazionaria di tensione (VSWR).

Bassa attenuazione e alta gestione della potenza nelle applicazioni RF ad alta frequenza

Riduzione dell'attenuazione del segnale da 1 a 6 GHz: dati sulle prestazioni e guadagni di efficienza RF

Il cavo coassiale con dielettrico in aria si distingue particolarmente nel mantenimento della qualità del segnale a elevate frequenze grazie al suo design con nucleo d'aria, che riduce le perdite di segnale. Secondo i test standard IEC 61196, questi cavi presentano tassi di attenuazione pari a circa 0,15 dB al metro a frequenze di 6 GHz, valore che è praticamente la metà rispetto a quello dei tradizionali cavi con dielettrico in polietilene solido. A cosa si deve questa efficienza? Semplicemente al fatto che disperdono meno energia attraverso il materiale isolante, consentendo ai segnali di viaggiare su distanze molto maggiori prima di richiedere un potenziamento o amplificazione. Per chi lavora nell'ingegneria RF, ciò significa minori problemi legati al degrado del segnale su lunghe distanze e potenziali risparmi sui costi di apparecchiature aggiuntive.

I sistemi che utilizzano questa tecnologia raggiungono un'efficienza di trasferimento dell'energia del 96% nei collegamenti in backhaul 5G (IEEE 2023), riducendo i costi energetici di 740.000 dollari annualmente per ogni implementazione di 1.000 nodi.

Elevata stabilità termica e capacità di potenza del cavo coassiale con dielettrico in aria

La struttura cava consente prestazioni termiche senza pari. I cavi con dielettrico in aria gestiscono potenza continua di 5 kW a 40°C ambiente, il doppio della capacità delle alternative a schiuma. I principali vantaggi includono:

• Assenza di invecchiamento dielettrico a temperature ≥ 200°C
• Coefficiente di espansione termica inferiore a 5 ppm/°C
• Variazione di stabilità di fase < 0,02° su un intervallo di 85°C

Questa resistenza termica impedisce variazioni dell'impedenza durante la trasmissione ad alta potenza, riducendo il VSWR a 1,05:1 nei sistemi radar a 6 GHz. Test sul campo mostrano un tempo di attività del 99,8% nei trasmettitori broadcast dopo 15.000 ore di funzionamento.

Cavi Coassiali con Dielettrico in Aria vs. Dielettrico in Schiuma: Confronto di Ingegneria RF

Perdita d'Inserzione, ROS e Prestazioni Totali del Sistema nei Diversi Tipi di Infrastrutture RF

Il confronto tra cavi coassiali con dielettrico ad aria e i loro equivalenti con dielettrico in schiuma, come i tipi LMR® o LDF/AL4, rivela tre fattori principali che risultano cruciali per i sistemi RF: la quantità di segnale persa lungo il cavo (perdita d'inserzione), il rapporto d'onda stazionaria di tensione (VSWR) e la resistenza alle sollecitazioni ambientali. I cavi con dielettrico ad aria tendono a perdere circa il 20-30 percento in meno di potenza del segnale oltre le frequenze di 2 GHz, poiché assorbono meno materiale dielettrico, rendendoli ideali per collegamenti su lunga distanza verso torri cellulari e sistemi di antenne distribuite. Tuttavia, esiste un inconveniente. I cavi con dielettrico in schiuma offrono prestazioni migliori nel mantenimento delle caratteristiche di fase stabili e nella resistenza all'accumulo di umidità, aspetti particolarmente importanti in condizioni esterne umide, dove i cavi ad aria possono sviluppare problemi di condensa interna. L'analisi dei valori VSWR racconta una storia diversa. Nei tratti rettilinei, i cavi ad aria mantengono rapporti piuttosto buoni intorno a 1,15:1, ma se piegati troppo stretti l'impedenza comincia a variare oltre 1,25:1. I cavi in schiuma rimangono al di sotto di 1,2:1 anche in percorsi di installazione complessi. Considerando l'affidabilità complessiva del sistema, le opzioni in schiuma offrono un bilanciamento migliore nonostante una leggermente maggiore attenuazione del segnale. Forniscono una protezione schermante più costante e resistono molto meglio a forze di schiacciamento rispetto ai dielettrici ad aria, notoriamente rigidi e difficili da installare in determinate situazioni.

Domande Frequenti

Qual è il vantaggio principale dei cavi coassiali ad aria rispetto ai cavi in PE solido?

I cavi ad aria offrono una migliore integrità del segnale RF grazie a una minore perdita di segnale e una maggiore stabilità di fase, dovute alla loro struttura con anima in aria.

Perché i cavi ad aria gestiscono meglio le alte frequenze?

I cavi ad aria presentano una costante dielettrica e una capacità più basse, riducendo al minimo la distorsione di fase e l'attenuazione nelle applicazioni ad alta frequenza.

In che modo i cavi ad aria si confrontano con i cavi a dielettrico in schiuma?

I cavi ad aria offrono una minore perdita di segnale ma sono meno resistenti all'umidità e possono presentare difficoltà di installazione a causa della rigidità.