Cáp đồng trục điện môi không khí mang lại lợi ích gì cho hệ thống RF?

Cấu tạo Cáp Đồng trục Điện môi Không khí và Cách nó Cải thiện Độ Toàn vẹn Tín hiệu RF

Cáp đồng trục điện môi không khí đạt được hiệu suất tần số vô tuyến (RF) vượt trội nhờ kỹ thuật thiết kế chuyên biệt. Khác với các thiết kế điện môi rắn thông thường, những cáp này thay thế lớp cách điện liên tục bằng các miếng đệm được định vị chính xác để duy trì khoảng cách giữa các dây dẫn bằng không khí — môi trường điện môi có tổn thất thấp nhất hiện có.

Thiết kế điện môi dạng rỗng - không khí và vai trò của nó trong việc giảm thiểu tổn thất tín hiệu

Các cấu trúc điện môi rỗng chứa không khí giúp giảm va chạm electron khi tín hiệu truyền qua, điều này có nghĩa là ít năng lượng bị hấp thụ hơn dọc đường đi. Không khí có hằng số điện môi gần bằng 1,0 trong khi các vật liệu như polyethylene vào khoảng 2,3 hoặc cao hơn. Do sự khác biệt này, không khí gây biến dạng pha ít hơn đáng kể và tạo ra điện dung thấp hơn trong hệ thống. Các thử nghiệm trong ngành cho thấy những thiết kế sử dụng không khí này có tổn hao tín hiệu thấp hơn khoảng 40% ở tần số 6 GHz so với các loại cáp PE xốp truyền thống, theo các nghiên cứu gần đây năm ngoái về vật liệu RF. Đối với các kỹ sư làm việc với hệ thống tần số cao, điều này rất quan trọng vì những tổn thất nhỏ có thể ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất tổng thể theo thời gian.

So sánh với cáp điện môi PE đặc: Sự khác biệt về cấu trúc và điện

Cáp điện môi không khí và cáp polyethylene (PE) đặc thể hiện những khác biệt cơ bản ảnh hưởng đến hiệu suất RF:

Độ cứng cơ học của các thiết kế có khoảng cách bằng không khí ngăn ngừa biến dạng điện môi khi uốn, duy trì trở kháng ổn định. Ngược lại, cáp PE dễ bị thay đổi điện dung do nén hơn—dẫn đến tăng tỷ số sóng đứng điện áp (VSWR).

Suy hao thấp và khả năng chịu công suất cao trong các ứng dụng RF tần số cao

Giảm suy hao tín hiệu từ 1—6 GHz: Dữ liệu hiệu suất và cải thiện hiệu quả RF

Cáp đồng trục điện môi không khí thực sự nổi bật khi duy trì chất lượng tín hiệu ở các dải tần số cao nhờ thiết kế lõi không khí giúp giảm thiểu tổn hao tín hiệu. Theo tiêu chuẩn kiểm thử IEC 61196, những loại cáp này có mức suy hao khoảng 0,15 dB mỗi mét ở tần số 6 GHz, thực tế chỉ bằng gần một nửa so với các loại cáp điện môi polyethylene rắn truyền thống. Điều gì khiến chúng hiệu quả đến vậy? Về cơ bản, chúng mất ít năng lượng hơn qua vật liệu cách điện, nghĩa là tín hiệu có thể truyền đi xa hơn nhiều trước khi cần khuếch đại hay tăng cường. Và đối với các kỹ sư RF, điều này có nghĩa là ít phải lo lắng hơn về hiện tượng suy giảm tín hiệu theo khoảng cách, đồng thời có tiềm năng tiết kiệm chi phí thiết bị bổ sung.

Các hệ thống sử dụng công nghệ này đạt hiệu suất truyền tải điện năng 96% trong các tuyến truyền dẫn 5G (IEEE 2023), giảm chi phí năng lượng 740.000 USD hàng năm cho mỗi triển khai 1.000 nút.

Độ ổn định nhiệt vượt trội và dung lượng công suất của cáp đồng trục điện môi không khí

Thiết kế rỗng cho phép hiệu suất nhiệt vượt trội. Cáp điện môi không khí xử lý công suất liên tục 5 kW ở nhiệt độ môi trường 40°C—gấp đôi dung lượng của các sản phẩm thay thế dùng lớp cách điện dạng bọt. Các ưu điểm chính bao gồm:

• Không bị lão hóa điện môi ở nhiệt độ ≥ 200°C
• Hệ số giãn nở nhiệt dưới 5 ppm/°C
• Sai lệch ổn định pha < 0,02° trong dải 85°C

Khả năng chịu nhiệt này ngăn chặn sự thay đổi trở kháng trong quá trình truyền công suất cao, giảm VSWR xuống 1,05:1 trong các hệ thống radar 6 GHz. Các bài kiểm tra thực tế cho thấy thời gian hoạt động đạt 99,8% trong các máy phát phát sóng sau 15.000 giờ vận hành.

Cáp Đồng Trục Dielectric Không Khí so với Dielectric Xốp: So Sánh Kỹ Thuật RF

Tổn Hao Chèn, VSWR và Hiệu Suất Toàn Hệ Thống Trên Các Loại Cơ Sở Hạ Tầng RF

So sánh các lựa chọn cáp đồng trục điện môi không khí với các loại cáp điện môi xốp tương tự như LMR® hoặc LDF/AL4 cho thấy ba yếu tố chính thực sự quan trọng đối với các hệ thống RF: mức độ suy hao tín hiệu dọc theo đường truyền (tổn hao chèn), Tỷ số sóng đứng điện áp (VSWR), và khả năng chịu đựng các điều kiện môi trường. Cáp điện môi không khí thường bị mất khoảng 20 đến 30 phần trăm tín hiệu ít hơn ở tần số trên 2 GHz do hấp thụ ít hơn vật liệu điện môi, điều này khiến chúng rất phù hợp cho các kết nối trạm thu phát di động khoảng cách xa và các hệ thống ăng-ten phân bố. Nhưng có một điểm bất lợi. Cáp điện môi xốp thực sự hoạt động tốt hơn khi duy trì đặc tính pha ổn định và chống tích tụ độ ẩm, điều trở nên cực kỳ quan trọng trong điều kiện ngoài trời ẩm ướt, nơi cáp chứa không khí có thể gặp vấn đề ngưng tụ bên trong. Nhìn vào các con số VSWR lại cho thấy một khía cạnh khác. Các đoạn cáp không khí đi thẳng giữ tỷ lệ khá tốt, khoảng 1,15:1, nhưng nếu uốn cong quá mức thì trở kháng bắt đầu thay đổi vượt quá 1,25:1. Trong khi đó, cáp xốp vẫn giữ dưới mức 1,2:1 ngay cả khi đi qua các tuyến lắp đặt phức tạp. Khi xem xét độ tin cậy tổng thể của hệ thống, các lựa chọn cáp xốp mang lại sự cân bằng tốt hơn mặc dù tổn hao tín hiệu hơi cao hơn. Chúng cung cấp khả năng bảo vệ chắn sóng ổn định hơn và có thể chịu được lực nén tốt hơn nhiều so với cáp điện môi không khí, vốn nổi tiếng là cứng nhắc và gây khó khăn trong việc lắp đặt ở một số tình huống nhất định.

Câu hỏi thường gặp

Ưu điểm chính của cáp đồng trục điện môi không khí so với cáp PE đặc là gì?

Cáp điện môi không khí cung cấp độ toàn vẹn tín hiệu RF vượt trội nhờ tổn hao tín hiệu thấp hơn và độ ổn định pha cao hơn, nhờ thiết kế lõi không khí.

Tại sao cáp điện môi không khí xử lý tần số cao tốt hơn?

Cáp điện môi không khí có hằng số điện môi và điện dung thấp hơn, giảm thiểu méo pha và suy hao trong các ứng dụng tần số cao.

So sánh cáp điện môi không khí với cáp điện môi xốp như thế nào?

Cáp điện môi không khí có tổn hao tín hiệu thấp hơn nhưng khả năng chống ẩm kém hơn và có thể gặp khó khăn khi lắp đặt do độ cứng.