Aké výhody prinesie koaxiálny kábel s vzduchovou dielektrikou pre RF systémy?

Ako konštrukcia koaxiálneho kábla so vzduchovou dielektrikou zvyšuje integritu RF signálu

Koaxiálne káble so vzduchovou dielektrikou dosahujú vynikajúci výkon v oblasti rádiových frekvencií (RF) vďaka špecializovanému inžinierstvu. Na rozdiel od bežných konštrukcií s pevným dielektrikom tieto káble nahrádzajú nepretržitú izoláciu presne umiestnenými medzermi, ktoré udržiavajú vodivé časti oddelené vzduchom – prostredím s najnižšími stratami dostupným ako dielektrikum.

Dizajn s dutou vzduchovou dielektrikou a jeho úloha pri minimalizácii strát signálu

Duté vzduchové dielektrické štruktúry znižujú kolízie elektrónov pri prenose signálov, čo znamená menšie množstvo absorbovanej energie na ceste. Vzduch má dielektrickú konštantu blízku hodnote 1,0, zatiaľ čo materiály ako polyetylén majú hodnotu okolo 2,3 alebo vyššiu. Kvôli tomuto rozdielu spôsobuje vzduch výrazne menšie fázové skreslenie a v systéme sa vytvára nižšia kapacita. Priemyselné testy ukazujú, že tieto vzduchom plnené konštrukcie majú približne o 40 % nižšie straty signálu na frekvencii 6 GHz v porovnaní s tradičnými alternatívami z penového PE, podľa najnovších štúdií RF materiálov z minulého roku. Pre inžinierov pracujúcich s vysokofrekvenčnými systémami je to veľmi dôležité, pretože malé straty môžu postupom času výrazne ovplyvniť celkový výkon.

Porovnanie káblov so solidným dielektrikom z PE: Štrukturálne a elektrické rozdiely

Káble so vzduchovým dielektrikom a so solidným polyetylénom (PE) vykazujú zásadné rozdiely ovplyvňujúce RF výkon:

Mechanická tuhosť konštrukcií s vzduchovým dielektrikom zabraňuje deformácii dielektrika pri ohýbaní, čím sa udržiava konštantná impedancia. Naproti tomu káble s PE dielektrikom sú viac náchylné na kapacitné posuny spôsobené stlačením – čo zvyšuje pomer stojatej vlny napätia (VSWR).

Nízky útlm a vysoká výkonová záťaž pri vysokofrekvenčných RF aplikáciách

Znížený útlm signálu od 1 do 6 GHz: Prevádzkové údaje a zisky v efektivite RF

Koaxiálny kábel s vzduchovým dielektrikom sa vyznačuje vynikajúcou schopnosťou udržiavať kvalitu signálu v oblasti vysokých frekvencií, a to vďaka konštrukcii s vzduchovým jadrom, ktorá minimalizuje straty signálu. Podľa štandardného testovania podľa IEC 61196 tieto káble vykazujú útlm približne 0,15 dB na meter pri frekvencii 6 GHz, čo je takmer polovičná hodnota v porovnaní s tradičnými káblami s pevným polyetylénovým dielektrikom. Čo ich robí tak efektívnymi? Jednoducho povedané, straty energie v izolačnom materiáli sú nižšie, čo znamená, že signály môžu prejsť omnoho väčšie vzdialenosti, než kým bude potrebné ich zosilniť. Pre odborníkov v oblasti RF techniky to znamená menej problémov so slabnutím signálu na diaľku a zároveň potenciálne úspory na nákladoch za dodatočné zariadenia.

Systémy využívajúce túto technológiu dosahujú účinnosť prenosu energie 96 % v 5G spätných spojoch (IEEE 2023), čím sa každoročne ušetrí 740 000 USD na energetických nákladoch pri nasadení 1 000 uzlov.

Vynikajúca tepelná stabilita a výkonová kapacita koaxiálneho kábla s vzduchovým dielektrikom

Dutý dizajn umožňuje nezrovnateľný tepelný výkon. Káble s vzduchovým dielektrikom vydržia trvalý výkon 5 kW pri okolitej teplote 40 °C – dvojnásobná kapacita oproti penovým alternatívam. Kľúčové výhody zahŕňajú:

• Žiadne starnutie dielektrika pri teplotách ≥ 200 °C
• Súčiniteľ tepelnej rozťažnosti pod 5 ppm/°C
• Odchýlka fázovej stability < 0,02° v rozsahu 85 °C

Táto tepelná odolnosť zabraňuje posunom impedancie počas prenosu vysokého výkonu, čo zníži VSWR na 1,05:1 v radarových systémoch s frekvenciou 6 GHz. Poľné testy ukázali 99,8 % dostupnosť vysielacích zariadení po 15 000 prevádzkových hodinách.

Vzduchová dielektrika vs. koaxiálne káble s penovou dielektrikou: Porovnanie z hľadiska RF techniky

Útlm pri vkladaní, stojaté vlny (VSWR) a celkový výkon systému cez rôzne typy RF infraštruktúry

Porovnanie možností koaxiálnych káblov s vzduchovým dielektrikom s ich kolegami s penužitým dielektrikom, ako sú typy LMR® alebo LDF/AL4, odhaľuje tri hlavné faktory, ktoré majú vplyv na RF systémy: miera strát signálu po drôte (vložná strata), pomer stojatej vlny napätia (VSWR) a odolnosť voči environmentálnym výzvam. Káble so vzduchovým dielektrikom zvyčajne stratia o 20 až 30 percent menej signálu nad frekvenciou 2 GHz, pretože absorbujú menej dielektrického materiálu, čo ich robí ideálnymi pre dlhé spojenia na mobilné veže a distribuované anténne systémy. Ale existuje jedna nevýhoda. Káble s penovým dielektrikom sa ukazujú ako lepšie pri udržiavaní stabilných fázových charakteristík a odolnosti voči tvorbe vlhkosti, čo je mimoriadne dôležité vo vlhkých vonkajších podmienkach, kde môžu káble plnené vzduchom trpieť problémami s vnútornou kondenzáciou. Pohľad na hodnoty VSWR odhaľuje iný príbeh. Priame úseky vzduchových káblov udržiavajú dosť dobré pomery okolo 1,15:1, ale ak ich ohnete príliš tesne, impedancia začne stúpať nad 1,25:1. Penové káble zostávajú pod hodnotou 1,2:1 aj pri komplikovaných inštalačných trasách. Z hľadiska celkovej spoľahlivosti systému ponúkajú penové varianty lepšiu rovnováhu napriek mierne vyššej strate signálu. Poskytujú konzistentnejšiu ochranu clonenia a dokážu odolať väčším tlakovým silám oveľa lepšie ako káble so vzduchovým dielektrikom, ktoré sú známe svojou tuhosťou a môžu spôsobovať skutočné problémy pri inštalácii v určitých situáciách.

Často kladené otázky

Aká je hlavná výhoda koaxiálnych káblov s vzduchovou izoláciou oproti káblom s pevnou PE izoláciou?

Káble s vzduchovou izoláciou ponúkajú vynikajúcu integritu RF signálu vďaka nižšiemu útlmu signálu a vyššej fázovej stabilite, čo je dôsledkom ich konštrukcie so vzduchovým jadrom.

Prečo lepšie zvládajú káble s vzduchovou izoláciou vyššie frekvencie?

Káble s vzduchovou izoláciou majú nižšiu dielektrickú konštantu a kapacitu, čo minimalizuje fázové skreslenie a útlm pri vysokofrekvenčných aplikáciách.

Ako sa porovnávajú káble s vzduchovou izoláciou s káblami s penu izoláciou?

Káble s vzduchovou izoláciou majú nižší útlm signálu, no sú menej odolné voči vlhkosti a kvôli tuhosti môžu mať pri inštalácii problémy.