אילו יתרונות מביאי כבל קואקסיאלי עם דיאלקטריק של אוויר למערכות RF?

איך מבנה הכבל הקואקסיאלי עם דיאלקטריק של אוויר משפר את שלמות האות ב-RF

כבלים קואקסיאליים עם דיאלקטריק של אוויר מציעים ביצועים מרשימים בתחום תדרי הרדיו (RF) הודות להנדסה מיוחדת. בניגוד לעיצובים קונבנציונליים עם דיאלקטריק מוצק, כבלים אלו מחליפים את הבידוד המתמשך בסורגים ממוקדים בדיוק שמונחים את הפרדה בין מוליכים בעזרת אוויר — מדיום הדיאלקטריק עם האובדן הנמוך ביותר הזמין.

עיצוב עם חלל ריק מלא באוויר ותפקידו בהפחתת אובדן האות

מבנים דיאלקטריים חלולים עם אוויר מקטינים התנגשויות של אלקטרונים כאשר אותות נעים דרכם, מה שפירושו שאנרגיה פחותה נספגת בדרך. לאוויר יש קבוע דיאלקטרי קרוב ל-1.0, בעוד חומרים כמו פוליאתילן נמצאים סביב 2.3 או גבוה יותר. בגלל ההבדל הזה, האוויר גורם לעוות פאזה מינורי בהרבה ומייצר פחות קיבול במערכת. מבחנים בתעשייה מראים שעיצובים מלאי-אוויר מציגים איבוד אותות הנמוך ב-40% בקירוב בתדר 6 ג'יגה-הרץ בהשוואה לחלופות מסורתיות של פוליאתילן מבעבע, לפי מחקריו אחרונים של חומרי RF מהשנה שעברה. עבור מהנדסים העוסקים במערכות בתדר גבוה, זה משמעותי מאוד, שכן איבודים קטנים יכולים לפגוע משמעותית בביצועים הכוללים לאורך זמן.

השוואה בין כבלים עם דיאלקטריק מוצק של PE: הבדלים מבניים ואלקטריים

כבלים עם דיאלקטריק של אוויר וכבלים עם פוליאתילן (PE) מוצק מציגים הבדלים בסיסיים שמשפיעים על הביצועים של RF:

קשיחות מכנית של תוספות עם מרווח אויר מונעת עיוות דיאלקטרי כתוצאה מכיפוף, ומשמרת עכבה עקבית. לעומת זאת, כבלים PE עמידים פחות לשינויי קיבול הנגרמים מדחיסה—מה שמעלה את יחס גל העומד לתחום (VSWR).

דעיכה נמוכה ועומס כוח גבוה ביישומי RF בתדר גבוה

הפחתת דעיכת אות מ-1 עד 6 ג'יגה-הרץ: נתוני ביצועים ושיפורים ביעילות RF

כבל קואקסיאלי עם דיאלקטריק של אוויר מבליט במיוחד כשמדובר בשימור איכות האות בתדרים הגבוהים, הודות לעיצוב הליבה שלו المملאת אוויר שמפחית את אובדן האות. לפי תקני בדיקה IEC 61196, לכבלים אלו שיעורי דämpות של כ-0.15 דציבל למטר בתדר 6 גיגה-הרץ, מה שבעצם כמעט חצי ממה שמופיע בכבלים דיאלקטריים סולידים מסיבי פוליאתילן. מה שגורם להם להיות כל כך יעילים? ובכן, בעיקרון הם מאבדים פחות אנרגיה דרך חומר הבידוד, מה שאומר שהאותות יכולים לנוע למרחקים ארוכים בהרבה לפני שידרשו הגברה או הגברה כלשהי. ולמי שעובד בהנדסת RF, זה אומר פחות כאבי ראש עם דעיכת אות לאורך מרחק, ובנוסף לכך חיסכון פוטנציאלי בעלויות ציוד נוסף.

מערכות המשתמשות בטכנולוגיה זו מ logות יעילות העברת עוצמה של 96% ב-5G backhauls (IEEE 2023), ומצמצמות את עלות האנרגיה ב-740,000 דולר לשנה עבור פריסה של 1,000 צמתים.

יציבות תרמית וקיבולת עוצמה מרשימה של כבל קואקסיאלי עם דיאלקטריק אוויר

העיצוב החלול מאפשר ביצועים תרמיים ייחודיים. כבלי הדיאלקטריק האוויר יכולים לעמוד ב עוצמה רציפה של 5 ק"ו בתנאי סביבה של 40° צלזיוס – פי שניים מהקיבולת של חלופות מבוססות שטיפון. יתרונות עיקריים כוללים:

• ללא זקנה דיאלקטרית בטמפרטורות ≥ 200° צלזיוס
• מקדם התפשטות תרמית מתחת ל-5 ppm/°C
• סטיית יציבות פאזה < 0.02° בטווח של 85° צלזיוס

עמידות תרמית זו מונעת שינויים בהתנגדות במהלך העברת עוצמה גבוהה, ומצמצמת את VSWR ל-1.05:1 במערכות רדאר של 6 GHz. מבחני שטח מראים 99.8% זמינות במשדרי שידור לאחר 15,000 שעות פעילות.

כבלים קואקסיאליים עם דיאלקטריק אוויר לעומת כבלים עם דיאלקטריק פלסטיק: השוואה בהנדסת RF

הפסד הכנסה, VSWR וביצועי מערכת כוללים ב סוגי תשתית RF

השוואה בין כבלי קואקסיל דיאלקטריים אויר לבין גרסאותיהם הדיאלקטריות מפושטות כמו LMR® או סוגי LDF/AL4 חושפת שלושה גורמים עיקריים שחשובים באמת במערכות RF: כמה אות מאבדים לאורך הקו (אובדן הכנסה), יחס גל עומד במתח (VSWR), וכמה הם עמידים בפני אתגרים סביבתיים. לכבלי דיאלקטרי אויר יש נטייה לאבד 20 עד 30 אחוז פחות עוצמת אות בתדרים מעל 2 GHz עקב ספיגת חומר דיאלקטרי נמוכה יותר, מה שעושה אותם אידיאליים לחיבורים ארוכים מתowers תאים ומערכות אנטנה מבוזרות. אך קיימת כאן בעיה. כבלים דיאלקטריים מפושטים מציגים ביצועים טובים יותר מבחינת שמירה על תכונות פאזה יציבות ועמידות בבניית לחות, משהו שנעשה מאוד חשוב בתנאים חיצוניים רטובים שבהם כבלים ממולאים באוויר עלולים לפתח בעיות של התעבות פנימית. בחינת ערכי VSWR מספרת סיפור נוסף. קווים ישרים של כבלים אויר שומרים על יחסי דיוק טובים סביב 1.15:1, אך אם מעקממים אותם בצורה צמודה מדי, האימפדנס מתחיל להשתנות ולעלות מעל 1.25:1. כבלים מפושטים נשארים מתחת ל-1.2:1 גם בנתיבי התקנה מורכבים. כששקלים את העמידות הכוללת של המערכת, אופציות מפושטות מציעות איזון טוב יותר למרות אובדן אות מעט גבוה יותר. הן מציעות הגנה על שילדה עקיבה יותר ומסוגלות לעמוד בכוחות דחיסה בהרבה יותר טוב מאשר דיאלקטריות אויר, שהן קשיחות במיוחד ויוצרות קושי אמיתי בהתקנה בסיטואציות מסוימות.

שאלות נפוצות

מה היתרון העיקרי של כבלים קואקסיאליים עם דיאלקטריק אויר בהשוואה לכבלים PE מלאים?

כבלים עם דיאלקטריק אויר מציעים אמינות גבוהה יותר של אות RF בזכות הפסדי אות נמוכים ויציבות מופע גבוהה יותר, הודות לעיצוב ליבת האויר שלהם.

למה כבלים עם דיאלקטריק אויר מטפלים בתדרים גבוהים טוב יותר?

לכבלים עם דיאלקטריק אויר קבוע דיאלקטרי וניכיון נמוכים יותר, מה שמפחית עיוות מופע והթמעה ביישומי תדר גבוה.

איך משווים כבלים עם דיאלקטריק אויר לכבלים עם דיאלקטריק שטיפתי?

כבלים עם דיאלקטריק אויר מציגים הפסדי אות נמוכים יותר אך פחות עמידים בפני לחות, וייתכן ויתמודדו עם קשיים בהתקנה עקב הקשיחות.