Jakie zalety przewody koncentryczne z dielektrykiem powietrznym przynoszą systemom RF?

Jak budowa przewodu koncentrycznego z dielektrykiem powietrznym poprawia integralność sygnału RF

Przewody koncentryczne z dielektrykiem powietrznym osiągają doskonałe parametry w zakresie częstotliwości radiowych (RF) dzięki specjalistycznemu projektowaniu. W przeciwieństwie do tradycyjnych rozwiązań z dielektrykiem stałym, te przewody zastępują ciągłą izolację precyzyjnie rozmieszczonymi dystansami utrzymującymi odstęp między przewodnikami za pomocą powietrza — ośrodka dielektrycznego o najniższych stratach dostępnych obecnie.

Konstrukcja z pustym dielektrykiem powietrznym i jej rola w minimalizowaniu strat sygnału

Konstrukcje dielektryczne z wewnętrznym powietrzem redukują kolizje elektronów podczas przesyłania sygnałów, co oznacza mniejsze zużycie energii w trakcie transmisji. Powietrze ma przenikalność dielektryczną bliską 1,0, podczas gdy materiały takie jak polietylen mają wartość około 2,3 lub wyższą. Ze względu na tę różnicę, powietrze powoduje znacznie mniejsze zniekształcenia fazy i generuje mniejszą pojemność w systemie. Badania przemysłowe wykazują, że konstrukcje napełnione powietrzem charakteryzują się o około 40% mniejszym tłumieniem sygnału przy częstotliwości 6 GHz w porównaniu z tradycyjnymi alternatywami z piankowego PE, zgodnie z najnowszymi badaniami materiałowo-RF z ubiegłego roku. Dla inżynierów pracujących z systemami wysokiej częstotliwości ma to duże znaczenie, ponieważ niewielkie straty mogą znacząco wpływać na ogólną wydajność w dłuższej perspektywie czasu.

Porównanie kabli z dielektrykiem powietrznym i stałym PE: różnice konstrukcyjne i elektryczne

Kable z dielektrykiem powietrznym i z polietylenu (PE) wykazują podstawowe różnice wpływające na parametry RF:

Sztywność mechaniczna konstrukcji z powietrznym odstępem zapobiega odkształceniom dielektryka podczas gięcia, zapewniając stałą impedancję. W przeciwieństwie do tego, kable PE są bardziej podatne na zmiany pojemności spowodowane uciskiem—co zwiększa współczynnik fali stojącej napięcia (VSWR).

Niskie tłumienie i wysoka nośność mocy w zastosowaniach RF o wysokiej częstotliwości

Zmniejszone tłumienie sygnału w zakresie 1—6 GHz: dane dotyczące wydajności i zyski efektywności RF

Kabel koncentryczny z dielektrykiem powietrznym naprawdę wyróżnia się pod względem utrzymania jakości sygnału w wysokich zakresach częstotliwości dzięki swojej konstrukcji z powietrznym rdzeniem, która zmniejsza straty sygnału. Zgodnie z normą IEC 61196, te kable wykazują tłumienie rzędu 0,15 dB na metr przy częstotliwości 6 GHz, co jest niemal o połowę mniej niż w przypadku tradycyjnych kabli z dielektrykiem z litego polietylenu. Co czyni je tak wydajnymi? Otóż, tracą one mniej energii poprzez materiał izolacyjny, co oznacza, że sygnały mogą przebyć znacznie dłuższe odległości zanim będzie wymagane wzmocnienie. Dla specjalistów zajmujących się inżynierią RF oznacza to mniej problemów z degradacją sygnału na dużych odległościach oraz potencjalne oszczędności związane z kosztami dodatkowego sprzętu.

Systemy wykorzystujące tę technologię osiągają 96% sprawność przesyłu mocy w sieciach backhaul 5G (IEEE 2023), co redukuje roczne koszty energetyczne o 740 tys. dolarów na każde wdrożenie 1000 węzłów.

Lepsza stabilność termiczna i pojemność mocy kabla koncentrycznego z dielektrykiem powietrznym

Konstrukcja ze światłem wewnętrznym zapewnia nieosiągalną wydajność termiczną. Kable z dielektrykiem powietrznym wytrzymują ciągłą moc 5 kW przy temperaturze otoczenia 40°C – dwukrotnie większą niż rozwiązania z dielektrykiem piankowym. Główne zalety to:

• Brak starzenia się dielektryka w temperaturach ≥ 200°C
• Współczynnik rozszerzalności cieplnej poniżej 5 ppm/°C
• Wariancja stabilności fazy < 0,02° w zakresie 85°C

Ta odporność termiczna zapobiega zmianom impedancji podczas transmisji wysokiej mocy, zmniejszając VSWR do 1,05:1 w systemach radarowych 6 GHz. Testy terenowe wykazały 99,8% czasu działania nadajników nadawczych po 15 000 godzinach pracy.

Kable koncentryczne z dielektrykiem powietrznym a z dielektrykiem piankowym: porównanie inżynieryjne RF

Straty wnoszone, VSWR i całkowita wydajność systemu w różnych typach infrastruktury RF

Porównanie kabli koncentrycznych z dielektrykiem powietrznym z ich odpowiednikami z dielektrykiem piankowym, takimi jak typy LMR® lub LDF/AL4, ujawnia trzy główne czynniki mające istotne znaczenie dla systemów RF: wielkość tłumienia sygnału wzdłuż linii (tłumienie włożenia), współczynnik fali stojącej napięcia (VSWR) oraz odporność na warunki środowiskowe. Kable z dielektrykiem powietrznym charakteryzują się o około 20 do 30 procent mniejszą utratą sygnału powyżej częstotliwości 2 GHz, ponieważ absorbuje się w nich mniej energii przez materiał dielektryczny, co czyni je idealnym wyborem do długich połączeń wież komórkowych i rozproszonych systemów antenowych. Istnieje jednak haczyk. Kable z dielektrykiem piankowym w rzeczywistości lepiej sprawują się pod względem stabilności charakterystyk fazowych i odporności na gromadzenie wilgoci – cecha ta nabiera szczególnej wagi w wilgotnych, zewnętrznych warunkach, w których kable powietrzne mogą mieć problem z kondensacją wewnętrznej pary wodnej. Analiza wartości VSWR ukazuje inną sytuację. Proste odcinki kabli powietrznych utrzymują dobre wartości wokół 1,15:1, ale zbyt ciasne wygięcie prowadzi do zmian impedancji powyżej 1,25:1. Kable piankowe utrzymują wartość poniżej 1,2:1 nawet przy skomplikowanych trasach instalacji. Biorąc pod uwagę ogólną niezawodność systemu, rozwiązania piankowe oferują lepszy kompromis pomimo nieco większego tłumienia sygnału. Zapewniają one bardziej spójną ochronę ekranowania i znacznie lepiej wytrzymują siły ucisku niż kable z dielektrykiem powietrznym, które są notorycznie sztywne i utrudniają instalację w pewnych sytuacjach.

Często zadawane pytania

Jaka jest główna zaleta kabli koncentrycznych z dielektrykiem powietrznym w porównaniu do kabli z polietylenu stałego?

Kable z dielektrykiem powietrznym zapewniają lepszą integralność sygnału RF dzięki niższym stratom sygnału i wyższej stabilności fazy, co wynika z ich konstrukcji z rdzeniem powietrznym.

Dlaczego kable z dielektrykiem powietrznym lepiej nadają się do pracy na wyższych częstotliwościach?

Kable z dielektrykiem powietrznym charakteryzują się niższą przenikalnością dielektryczną i pojemnością, co minimalizuje zniekształcenia fazowe i tłumienie w zastosowaniach wysokoczęstotliwościowych.

W jaki sposób kable z dielektrykiem powietrznym porównują się do kabli z dielektrykiem piankowym?

Kable z dielektrykiem powietrznym charakteryzują się niższymi stratami sygnału, ale są mniej odporne na wilgoć i mogą stwarzać trudności podczas instalacji ze względu na sztywność.