ВЧ фидерен кабел: бюджет на загубите за антенни кули

Свързването на предавателното оборудване на нивото на земята с антените, монтирани отгоре, представлява един от най-големите потенциални източници на загуба на мощност в която и да е безжична мрежа. При антенни кули с височина между 50 и 300 фута сумарното затихване в RF фидерния кабел лесно може да надвиши 10 dB. На практика загубата на 10 dB означава, че повече от 90 процента от изходната мощност на предавателя се превръща в разсейвана топлина, преди да достигне до излъчващите елементи.

Изчисляването на точен бюджет за загуби в антенна кула е задължително за телекомуникационните планиращи специалисти, инженерите по радиовещание и операторите на мрежи. Балансирането на общото затихване във фидерния кабел спрямо физическото тегло на кабела, натоварването от вятър и бюджета за инсталация гарантира дългосрочна надеждност на връзката в комерсиални клетъчни, системи за обществена безопасност и частни безжични инсталации.

Разбиране на механиката на затихването във фидерния кабел

Деградацията на сигнала в RF фидерния кабел произтича от два отделни физически източника: загуби в проводника и диелектрични загуби.

• Загуби в проводника : Предизвикано от съпротивлението на повърхностния ефект по външната повърхност на централния проводник и вътрешната стена на екраниращия слой. Загубите в проводника нарастват пропорционално на квадратния корен от честотата.
• Диелектрична загуба : Предизвикано от абсорбцията на молекулярна енергия в изолационния материал, който разделя проводниците. Диелектричните загуби нарастват линейно с честотата.

На микровълнови честоти над 1 GHz диелектричната абсорбция доминира над общата загуба във фидерния кабел. Стандартните гъвкави коаксиални кабели като RG-213 или LMR-400 са подходящи за по-къси скокови връзки под 30 метра при по-ниски честоти. Високите изисквания към бюджета на загубите в антенни кули обаче изискват въздушно-диелектрични или нискозагубни пянообразни коаксиални кабели.

Коаксиален кабел с гофриран меден екраниращ слой, обикновено известен като хелиакс кабел, осигурява по-ниски загуби на фут в сравнение с гъвкавите оплетени алтернативи. Например, 7/8-инчов хелиакс кабел има приблизително 1,5 dB загуба във фидерния кабел на всеки 30 метра при 900 MHz, докато стандартният LMR-400 има приблизително 3,9 dB загуба при идентични условия.

Сравнение на загубите в захранващия кабел

Изборът на подходящия ВЧ захранващ кабел изисква балансиране между физическите размери на кабела, ограниченията за радиуса на огъване и метриките за загуби в работните честотни диапазони.

Преглеждането на тези стойности за затихване подчертава защо изборът на хелиакс кабелни конструкции с ниски загуби е от значение за по-дълги вертикални кулови трасета.

Изчисляване на бюджета за загуби в антенна кула

Оценката на инсталацията на антенна кула с височина 150 фута за Wi-Fi резервно връзка на честота 2,4 GHz илюстрира как изборът на кабел влияе върху общите резерви на системната връзка.

Приемайки изходна мощност на предавателя от 30 dBm (1 ват):

• Път с гъвкав коаксиален кабел : Използването на гъвкав коаксиален кабел LMR-400 UF води до загуба във фидерния кабел от 6,6 dB на всеки 100 фута при честота 2,4 GHz, което дава общо загуби от 9,9 dB за 150 фута. Добавянето на 1,0 dB за загуби при включване на съединители (по 0,5 dB за всеки от двата интерфейса) води до обща загуба по пътя от 10,9 dB. Мощността, доставена до точката за захранване на антената, намалява до 19,1 dBm (81 mW).
• Път с нискозагубен коругиран кабел : Замяната на основния кабел с гофриран хелиакс кабел с диаметър 1/2 инч намалява загубата по линията до 3,2 dB на всеки 100 фута при честота 2,4 GHz, което води до общо загуби по линията от 4,8 dB за 150 фута. Прибавянето на 1,0 dB за загуби в съединителите дава обща загуба по пътя от 5,8 dB. Чистата мощност, достигаща до фидера на антената, се увеличава до 24,2 dBm (263 mW).

Подобрението на основния RF фидерен кабел повече от три пъти увеличава ефективната мощност, доставена до излъчващите елементи на антената, превръщайки слаба безжична връзка в устойчива връзка.

Оценка на реализацията на усилватели за върха на кулата

Когато бюджетът за загуби по антенна кула показва прекомерни загуби по линията, инсталирането на усилвател за върха на кулата (TTA) предоставя алтернативен начин за запазване на резервите по връзката. Монтиран непосредствено върху кулата, близо до антената, усилвателят за върха на кулата усилва слабите входящи сигнали, преди те да претърпят загуби по фидерния кабел при дългото слизане надолу към приемниците на базовата станция.

Макар усилвателят на върха на кулата да подобрява чувствителността на приемника за възходящата връзка, той води до допълнителни разходи за оборудване, изисква инжектиране на постоянно напрежение на кулата и създава потенциална точка на отказ, която е изложена на гръмотевици и екстремни атмосферни условия. Изборът на RF фидерен кабел с по-ниски загуби по време на първоначалното строителство остава най-надеждната основна стратегия за оптимизиране на общата производителност на връзката.

Качеството на конекторите и практиките за тяхното монтиране

Дори кабелът хелиакс от най-висок клас губи производителност, ако се комбинира с лошо инсталирани конектори. Неплътно фланцево съединение или замърсена повърхност за съединяване на коругиран RF фидерен кабел могат да добавят 0,5 до 1,0 dB допълнителни загуби при включване и да предизвикат високи отражения на КСВР обратно към усилватели с висока мощност.

• Избор на интерфейс : Фидерните линии за базови станции с висока мощност обикновено използват 7-16 DIN, N-type или 4.3-10 конектори с ниско PIM и защита срещу атмосферни влияния, проектирани да издържат термично разширение при употреба на открито.
• Точна монтажа правилното подравняване на фланеца, правилният момент на стягане и защитните чехли срещу влага предотвратяват проникването на влага, което с времето уврежда диелектриците на кабелите.

Производствено съвършенство и възможности на веригата за доставки

Разполагането на безжични връзки на дълги разстояния изисква надеждно междинно оборудване, проектирано да издържа сурови климатични условия. Съвременните телекомуникационни мрежи разчитат на прецизно проектирани RF фидерни кабелни скокове, уплътнени срещу влага завършващи елементи и адаптери за свързващи устройства с ниски загуби, за да се запазят граничните параметри на системата.

Специализирани доставчици на коаксиално оборудване като WORLDPEAK подпомагат глобалното изграждане на инфраструктура с персонализирани RF фидерни кабелни съединения и прецизни възможности за конектори. С пълна CNC машинна обработка, автоматизирано плакиране и пълна инфраструктура за тестване с векторен анализатор на мрежи WORLDPEAK предлага персонализирани завършвания на хелиакс кабели и ниско-PIM скокови съединения, адаптирани точно според полевите спецификации. Строго спазвайки международните ISO системи за управление на качеството, WORLDPEAK доставя издръжливи, фабрично тествани коаксиални решения на клиенти от телекомуникационния, вещателния и отбранителния сектор по целия свят.