Какие преимущества воздушного коаксиального кабеля с воздушным диэлектриком для СВЧ-систем?

Как конструкция воздушного коаксиального кабеля улучшает целостность ВЧ-сигнала

Воздушные коаксиальные кабели обеспечивают превосходные показатели в радиочастотном (ВЧ) диапазоне благодаря специальной инженерной разработке. В отличие от традиционных конструкций со сплошным диэлектриком, такие кабели заменяют сплошную изоляцию точно расположенными прокладками, которые поддерживают расстояние между проводниками за счёт воздуха — среды с наименьшими потерями среди доступных диэлектриков.

Конструкция с полым воздушным диэлектриком и её роль в минимизации потерь сигнала

Полые воздушные диэлектрические структуры уменьшают столкновения электронов при прохождении сигналов, что означает меньшее поглощение энергии по пути следования. Диэлектрическая проницаемость воздуха близка к 1,0, тогда как у материалов, таких как полиэтилен, она составляет около 2,3 и выше. Из-за этой разницы воздух вызывает значительно меньшее фазовое искажение и создаёт меньшую ёмкость в системе. Испытания в отрасли показывают, что у конструкций с воздушным заполнением потери сигнала на частотах 6 ГГц примерно на 40 % ниже по сравнению с традиционными альтернативами из пенополиэтилена, согласно недавним исследованиям РЧ-материалов за прошлый год. Для инженеров, работающих с высокочастотными системами, это имеет большое значение, поскольку небольшие потери со временем могут серьёзно снижать общую производительность.

Сравнение с кабелями с твёрдым полиэтиленовым (PE) диэлектриком: конструктивные и электрические различия

Кабели с воздушным диэлектриком и твёрдым полиэтиленом (PE) имеют принципиальные различия, влияющие на ВЧ-характеристики:

Механическая жесткость конструкций с воздушным зазором предотвращает деформацию диэлектрика при изгибе, обеспечивая стабильное волновое сопротивление. В отличие от этого, кабели с полиэтиленовой изоляцией более подвержены изменениям емкости из-за сжатия, что увеличивает коэффициент стоячей волны напряжения (КСВН).

Низкое затухание и высокая мощность в высокочастотных ВЧ-приложениях

Снижение затухания сигнала в диапазоне 1—6 ГГц: данные о производительности и повышение ВЧ-эффективности

Воздушный коаксиальный кабель с воздушным диэлектриком действительно выделяется при сохранении качества сигнала в высокочастотных диапазонах благодаря своей конструкции с воздушным сердечником, которая снижает потери сигнала. Согласно стандартным испытаниям по IEC 61196, эти кабели демонстрируют затухание около 0,15 дБ на метр на частоте 6 ГГц, что почти вдвое меньше, чем у традиционных кабелей с твердым полиэтиленовым диэлектриком. В чём причина их высокой эффективности? По сути, они теряют меньше энергии через изолирующий материал, что позволяет сигналам проходить значительно большие расстояния, прежде чем потребуется усиление или подкачка. Для специалистов в области ВЧ-инженерии это означает меньшее количество проблем, связанных с ослаблением сигнала на расстоянии, а также потенциальную экономию на дополнительном оборудовании.

Системы, использующие эту технологию, обеспечивают эффективность передачи мощности 96% в магистральных сетях 5G (IEEE 2023), что позволяет сократить расходы на энергию на 740 тыс. долларов США ежегодно на каждую установку из 1000 узлов.

Превосходная тепловая стабильность и мощностная емкость коаксиального кабеля с воздушным диэлектриком

Полая конструкция обеспечивает беспрецедентные тепловые характеристики. Кабели с воздушным диэлектриком выдерживают непрерывную мощность 5 кВт при температуре окружающей среды 40 °C — вдвое больше, чем у альтернатив с пенопластом. Ключевые преимущества включают:

• Отсутствие старения диэлектрика при температурах ≥ 200 °C
• Коэффициент теплового расширения менее 5 ppm/°C
• Отклонение фазовой стабильности < 0,02° в диапазоне 85 °C

Такая термостойкость предотвращает изменение импеданса при передаче высокой мощности, снижая КСВН до 1,05:1 в радиолокационных системах 6 ГГц. Испытания на месте показали 99,8% времени безотказной работы в вещательных передатчиках после 15 000 часов работы.

Воздушные диэлектрики и коаксиальные кабели с пенодиэлектриком: сравнение в области ВЧ-инженерии

Вносимые потери, КСВН и общая производительность системы в различных типах ВЧ-инфраструктуры

Сравнение коаксиальных кабелей с воздушным диэлектриком с их «пенными» аналогами, такими как LMR® или LDF/AL4, выявляет три основных фактора, которые особенно важны для ВЧ-систем: потери сигнала по длине линии (вносимые потери), коэффициент стоячей волны напряжения (КСВН) и устойчивость к воздействию окружающей среды. Кабели с воздушным диэлектриком теряют примерно на 20–30 процентов меньше сигнала на частотах выше 2 ГГц за счёт меньшего поглощения в диэлектрическом материале, что делает их отличным выбором для длинных соединений на вышках сотовой связи и распределённых антенных систем. Однако есть и подводные камни. Кабели с пенопластовым диэлектриком демонстрируют лучшие характеристики по стабильности фазовых параметров и устойчивости к накоплению влаги — это особенно важно в условиях повышенной влажности, когда внутри кабелей с воздушным диэлектриком может образовываться конденсат. Показатели КСВН рассказывают другую историю. Прямые участки воздушных кабелей сохраняют хорошие значения около 1,15:1, но при чрезмерном изгибе импеданс начинает меняться, превышая 1,25:1. Пенные кабели остаются ниже 1,2:1 даже при сложных трассах прокладки. С точки зрения общей надёжности системы, кабели с пенным диэлектриком обеспечивают более сбалансированное решение, несмотря на несколько большие вносимые потери. Они обеспечивают более стабильную защиту экранирования и гораздо лучше выдерживают механические нагрузки по сравнению с кабелями с воздушным диэлектриком, которые отличаются высокой жёсткостью и создают определённые трудности при монтаже в отдельных ситуациях.

Часто задаваемые вопросы

Какое основное преимущество у коаксиальных кабелей с воздушным диэлектриком по сравнению с кабелями с твердым полиэтиленовым диэлектриком?

Кабели с воздушным диэлектриком обеспечивают превосходную целостность ВЧ-сигнала благодаря меньшему затуханию сигнала и более высокой фазовой стабильности, что обусловлено их конструкцией с воздушным сердечником.

Почему кабели с воздушным диэлектриком лучше работают на высоких частотах?

Кабели с воздушным диэлектриком имеют более низкую диэлектрическую проницаемость и ёмкость, что минимизирует фазовые искажения и затухание в приложениях с высокой частотой.

В чем отличие кабелей с воздушным диэлектриком от кабелей с пенополиэтиленовым диэлектриком?

Кабели с воздушным диэлектриком обеспечивают меньшие потери сигнала, но обладают меньшей влагостойкостью и могут вызывать трудности при монтаже из-за жесткости.