Blog

Główne cechy konstrukcyjne zapewniające odporność na warunki atmosferyczne kabli koncentrycznych

Ekranowanie metaliczne i dielektryczne systemy ciśnieniowe zapobiegające zawilgoceniu

Kable koncentryczne zaprojektowane tak, aby wytrzymywały trudne warunki atmosferyczne, posiadają wiele warstw ochronnych przed uszkodzeniami spowodowanymi przez warunki zewnętrzne. Osłona metalowa, zwykle wykonana z taśmy aluminiowej lub miedzianej przyklejonej do wewnętrznej części kabla, stanowi jednocześnie ekranowanie elektromagnetyczne oraz zapobiega przedostawaniu się wilgoci do wnętrza. Te osłony działają szczególnie skutecznie w połączeniu z systemami pod ciśnieniem wewnątrz kabla. Polegają one na wypełnianiu izolacji piankowej azotem lub suchym powietrzem, dzięki czemu panuje dodatnie ciśnienie uniemożliwiające dostanie się wody. Zgodnie z niektórymi testami terenowymi wspomnianymi w raporcie Infrastructure Report z zeszłego roku, kable pod ciśnieniem zmniejszają problemy z sygnałem spowodowane wilgocią o około 92% w rejonach nadmorskich, gdzie sól zawarta w powietrzu stanowi duży problem. Co do materiałów, większość kabli używa polietylenu piankowego jako dielektryka. Producentowie specjalnie przetwarzają ten materiał, dzięki czemu na poziomie mikroskopijnym odpycha on cząsteczki wody, co pomaga zachować stabilną wydajność nawet w przypadku długotrwałej wysokiej wilgotności.

Miedziany stalowy powlekany miedzią a całkowicie miedziane przewodniki środkowe pod wpływem zmian temperatury

Rodzaj materiałów używanych do produkcji przewodów środkowych ma istotne znaczenie, jeśli chodzi o ich działanie w ekstremalnych temperaturach. Materiał zwany stalą ocynkowaną miedzią, znany powszechnie jako CCS, posiada ciekawą wewnętrzną strukturę. W jego rdzeniu znajduje się stal, która zapewnia dużą wytrzymałość na rozciąganie, podczas gdy zewnętrzna warstwa miedzi odpowiada głównie za przewodnictwo. To, co czyni CCS wyjątkowym, to niewielkie rozszerzalność cieplną przy różnorodnych zmianach temperatury. Ta właściwość pomaga zachować stabilność sygnału, nawet gdy przewody są instalowane wysoko w powietrzu, gdzie warunki bywają bardzo surowe. Niektóre testy wykazały, że w zakresie od minus 40 stopni Celsjusza do plus 85 stopni Celsjusza, CCS rozszerza się jedynie o około 0,8 procent, podczas gdy zwykła solidna miedź rozszerza się o około 1,2 procent. Oczywiście, czysta miedź charakteryzuje się lepszym przewodnictwem (około 100% IACS w porównaniu do około 40% dla CCS), jednak istnieje tutaj kompromis. Problem z miedzią w postaci pełnego drutu polega na tym, że bardziej się rozszerza pod wpływem ciepła, co powoduje problemy ze spójnością sygnału, szczególnie w rejonach, gdzie temperatury gwałtownie wahają się między dniem a nocą. Dlatego coraz więcej inżynierów wybiera CCS do dużych wież rozciągających się na znaczne odległości. Takie instalacje często napotykają dzienne różnice temperatur przekraczające 60 stopni Celsjusza, dlatego użycie materiału, który nie będzie nadmiernie się rozszerzać i kurczyć, jest absolutnie niezbędne dla niezawodnej pracy.

Porównanie wydajności kabli koncentrycznych w warunkach ekstremalnych

Heliax® vs. kabel koncentryczny z folią dielektryczną wypełnioną masą uszczelniającą w testach oddziaływania mgły solnej nad morzem

Kable koncentryczne wykonane z całkowicie aluminiowych przewodów zewnętrznym wykazują znacznie lepszą odporność na korozję podczas testów z opadaniem mgły solnej, które wszyscy znamy. Te kable zachowują swoją siłę sygnału dość dobrze, tracąc mniej niż 0,1 dB na 100 stóp nawet po 1000 godzinach ciągłego przebywania w aerosolu słonej wody. To, co je wyróżnia, to sposób budowy bez szwów, przez co woda nie może przedostać się do tych złącz, gdzie zwykle zaczynają się problemy. Ma to duże znaczenie dla wież znajdujących się tuż przy oceanie, gdzie sprzęt nadawczy jest stale narażony na działanie powietrza morskiego. Z drugiej strony, wersje wypełnione pianką tracą około 15% więcej mocy sygnału w podobnych warunkach, ponieważ ciecz wchodzi przez mikroskopijne szczeliny siłą kapilarną. Obserwowaliśmy przypadki, gdy sól gromadziła się w małych przestrzeniach pomiędzy warstwami płaszcza polietylenowego, zmieniając sposób propagacji sygnałów przez kabel i powodując irytujące niezgodności impedancyjne, które wszyscy tak nienawidzą. Testy terenowe zgodne ze standardem ASTM B117 potwierdzają te obserwacje. Kable z osłoną aluminiową działają około pięciokrotnie dłużej przed osiągnięciem progu VSWR wynoszącego 3%, który oznacza początek problemów, w porównaniu do zwykłych kabli z rdzeniem piankowym poddanymi tym samym uciążliwym warunkom testowym.

Kabel koncentryczny pancer ny wspierany przez system nośników powietrznych a ułożony bezpośrednio w gruncie poddawany cyklom zamrażania i odmarzania

Kable koncentryczne zawieszone na nośnikach potrafią wytrzymać skrajne temperatury w zakresie od -40°C do +85°C dzięki projektowi z naprężeniem wiszącym. Te kable unikają problemów spowodowanych ruchem gruntu, ale wymagają specjalnych płaszczów stabilizowanych pod wpływem promieniowania UV, aby zachować elastyczność w warunkach niskich temperatur. Badania wykazały, że instalacje wyposażone w te cechy utrzymują pojemność na stałym poziomie w granicach około ±2 pF/m nawet po ponad 200 cyklach zamrażania-odmrażania, szczególnie gdy są otoczone osłoną z polietylenu o wysokiej gęstości. W zastosowaniach podziemnych kable pancerne oferują dobrą ochronę przed siłami miażdżącymi, ale mają tendencję do doświadczania około 8% większej liczby szczytów strat sygnału w okresach odmrażania, ponieważ roztopiona woda przenika do słabych miejsc w powłoce kabla. Zastosowanie dielektrycznej pianki odporną na ściskanie zamiast zwykłej pianki nadmuchiwanej gazem również znacząco wpływa na jakość. Zakopane kable z tą zaawansowaną pianką wykazują około 22% mniejszą niestabilność fazową pod wpływem wielokrotnego parcia mrozowego zgodnie ze standardem IEC 61196-1. Różne podejścia są potrzebne do zablokowania wilgoci w zależności od typu instalacji. Linie podziemne zazwyczaj wymagają taśm wypełnionych żelem, podczas gdy instalacje nadziemne korzystają ze złączek z barierą parową w punktach połączeń.

Kluczowe oceny środowiskowe i standardy zgodności dla nadawczych kabli koncentrycznych

Zgodność z normą MIL-DTL-17H oraz rzeczywiste standardy wdrażania na wieżach nadawczych

Standard MIL-DTL-17H określa bardzo rygorystyczne wymagania dotyczące odporności kabli na trudne warunki atmosferyczne. Mówimy tu o takich aspektach, jak skuteczna ochrona przed wilgocią, stabilność przy zmianach temperatury oraz wytrzymałość mechaniczna w dłuższym okresie użytkowania. To właśnie czyni go jednym z kluczowych standardów dla koncentrycznych kabli nadawczych stosowanych w ekstremalnych warunkach. Przyglądając się rzeczywistym instalacjom na masztach nadawczych, zwłaszcza tym położonym w pobliżu wybrzeży lub w górskich regionach, gdzie panują surowe warunki, można zauważyć, że kable spełniające te normy charakteryzują się znacznie dłuższą żywotnością. Dane branżowe z 2023 roku ujawniły również ciekawy fakt: kable certyfikowane zgodnie z normą MIL-DTL-17H wykazywały o około 35 procent mniej uszkodzeń niż zwykłe kable poddane wielokrotnym cyklom zamrażania i rozmrażania. Podsumowując, takie testy w warunkach rzeczywistych pomagają utrzymać silny i stabilny sygnał, jednocześnie ograniczając nieplanowane przestoje w krytycznych zastosowaniach nadawczych.

Nauka o materiałach na płaszcze: odporność na promieniowanie UV, ozon i chemikalia w kablu koncentrycznym

Płaszcze LSZH, PE i PVDF oceniane pod kątem stacji nadawczych w górach o wysokim nasileniu promieniowania UV

Stacje nadawcze w górach wymagają kabli koncentrycznych z płaszczami zaprojektowanymi na ekstremalne nasłonecznienie. Trzy materiały dominują w zastosowaniach o wysokim natężeniu UV:

• LSZH (niski dym, bez halogenów) gwarantuje kluczowe bezpieczeństwo przeciwpożarowe przy minimalnych emisjach toksycznych, jednocześnie odpierając degradację UV na wysokościach powyżej 2000 metrów.
• PE (Polyetylen) zapewnia opłacalną ochronę przed wilgocią i umiarkowaną odporność na promieniowanie UV, choć długotrwałe narażenie może powodować kruche uszkodzenia w cienkościennych odmianach.
• PVDF (Polyvinylidene Fluoride) wyróżnia się w trudnych warunkach, blokując 99% promieniowania UV i zachowując elastyczność przy wahaniach temperatur od –40°C do +150°C.

Badania przeprowadzone w terenie wykazują, że osłony z PVDF zachowują około 95% wytrzymałości na rozciąganie nawet po ponad dziesięciu latach przebywania w lokalizacjach nadajników na szczytach gór. To całkiem imponujące wyniki w porównaniu do polietylenu, który w podobnych testach przyspieszonego starzenia zachowuje jedynie około 60% swojej wytrzymałości. Gdy chodzi o odporność na ozon, kwestia staje się szczególnie istotna w pobliżu urządzeń wysokiego napięcia. Zarówno materiały PVDF, jak i LSZH zapobiegają powstawaniu drobnych pęknięć, które mogłyby umożliwić przedostawanie się wilgoci przez warstwy ochronne. Odporność chemiczna tych materiałów również znacznie się różni. PVDF dobrze radzi sobie z substancjami takimi jak paliwo lotnicze czy środki do odśnieżania, natomiast zwykły PE szybko ulega degradacji w kontakcie z rozpuszczalnikami węglowodorowymi. Dla firm nadawczych polegających na długotrwałym użytkowaniu kabli koncentrycznych wybór odpowiedniego materiału osłony ma kluczowe znaczenie dla utrzymania integralności sygnału rok po roku.

Często zadawane pytania

Jakie czynniki przyczyniają się do odporności kabli koncentrycznych na warunki atmosferyczne?

Kable koncentryczne osiągają odporność na warunki atmosferyczne dzięki metalowemu ekranowaniu i dielektrykom pod ciśnieniem, które wykluczają wilgoć i zapewniają stabilne sygnały.

Dlaczego stal pokryta miedzią jest preferowana od miedzi solidnej w skrajnych temperaturach?

Stal pokryta miedzią łączy wytrzymałość na rozciąganie i przewodność z niższymi współczynnikami rozszerzalności, co gwarantuje stabilne sygnały przy zmieniających się temperaturach.

Jak różne typy kabli koncentrycznych działają w środowiskach nadmorskich?

Częściowe przewodniki aluminiowe odporniejsze są na korozję i utratę sygnału w warunkach nadmorskich, lepiej sprawdzając się niż kable z dielektrykiem piankowym, które cierpią na siły kapilarne.

Jakie są zalety kabli koncentrycznych wspieranych przez linę nośną zawieszanych na powietrzu?

Radzą sobie z ekstremalnymi temperaturami, zachowują stabilność i wymagają osłon ze stabilizatorem UV, aby pozostać elastyczne w zimowych warunkach.

Jakie standardy zgodności są kluczowe dla kabli koncentrycznych stosowanych w emisji sygnału?

MIL-DTL-17H określa rygorystyczne wymagania dotyczące odporności na wilgoć i stabilność, zapewniając trwałość w surowych warunkach.

Jak ważny jest materiał płaszcza w kablu koncentrycznym?

Materiał płaszcza wpływa na odporność na promieniowanie UV, ozon oraz działanie chemikaliów, co ma znaczenie dla trwałości kabla oraz integralności sygnału w trudnych warunkach.