Cable alimentador RF: pressupost de pèrdues per a torres d'antena

Connectar l’equipament transmissor al nivell del terra amb les antenes muntades a la part superior representa una de les fonts potencials més importants de pèrdua de potència en qualsevol xarxa sense fil. En torres d’antena d’una alçada compresa entre 50 i 300 peus, l’atenuació acumulada dins d’un cable alimentador RF pot superar fàcilment els 10 dB. En termes pràctics, perdre 10 dB significa que més del 90 per cent de la potència de sortida del transmissor es converteix en calor dissipada abans d’arribar als elements radiants.

Calcular un pressupost exacte de pèrdues en la torre d’antena és essencial per als planificadors de telecomunicacions, els enginyers de ràdioemissió i els operadors de xarxes. Equilibrar l’atenuació total del cable alimentador amb el pes físic del cable, la càrrega de vent i el pressupost d’instal·lació garanteix la fiabilitat a llarg termini de l’enllaç en instal·lacions cel·lulars comercials, de seguretat pública i sense fil privades.

Comprendre la mecànica de l’atenuació del cable alimentador

La degradació del senyal dins d’un cable alimentador RF prové de dues fonts físiques diferents: les pèrdues en el conductor i les pèrdues dielèctriques.

• Pèrdues al conductor : Provocat per la resistència de l’efecte de pell al llarg de la superfície exterior del conductor central i de la paret interior de l’escut. Les pèrdues del conductor augmenten proporcionalment amb l’arrel quadrada de la freqüència.
• Pèrdua dielèctrica : Provocat per l’absorció d’energia molecular dins del material aïllant que separa els conductors. Les pèrdues dielèctriques augmenten linealment amb la freqüència.

A freqüències de microones superiors a 1 GHz, l’absorció dielèctrica domina l’atenuació total del cable d’alimentació. Els cables coaxials flexibles estàndard, com ara RG-213 o LMR-400, són adequats per a salts curts inferiors a 100 peus a freqüències més baixes. No obstant això, els requisits pressupostaris de pèrdua en torres d’antena altes exigeixen línies coaxials amb dielèctric d’aire o de baixa pèrdua amb espuma.

La línia coaxial de coure corrugat, coneguda habitualment com a cable heliax, ofereix menys pèrdua per peu que les alternatives flexibles trenades. Per exemple, un cable heliax de 7/8 polzades presenta aproximadament 1,5 dB d’atenuació del cable d’alimentació per cada 100 peus a 900 MHz, mentre que el LMR-400 estàndard presenta aproximadament 3,9 dB en condicions idèntiques.

Comparació del rendiment d’atenuació del cable d’alimentació

La selecció del cable d’alimentació RF adequat implica equilibrar la mida física del cable, els límits del radi de corbatura i les mesures d’atenuació en les bandes de funcionament.

Revisar aquests valors d’atenuació posa de manifest per què és fonamental triar estructures de cable heliax de baixa pèrdua per a recorreguts verticals més llargs en torres. Substituir el coaxial flexible per un cable corrugat de 7/8 polzades augmenta significativament la potència irradiada per l’antena en un tram vertical de 150 peus.

Càlcul del pressupost de pèrdues en una torre d’antena

L’avaluació d’una instal·lació de torre d’antena de 150 peus per a un enllaç de retroenllaç Wi-Fi a 2,4 GHz il·lustra com la selecció del cable afecta els marges globals de l’enllaç del sistema.

Suposant una potència de sortida del transmissor de 30 dBm (1 watt):

• Camí amb coaxial flexible : L’ús de cable coaxial flexible LMR-400 UF produeix una taxa d’atenuació del cable alimentador de 6,6 dB per cada 100 peus a 2,4 GHz, provocant una atenuació de 9,9 dB en 150 peus. Afegint 1,0 dB per tenir en compte la pèrdua d’inserció dels connectors (dos interfícies a 0,5 dB cadascuna), la pèrdua total del camí ascendeix a 10,9 dB. La potència neta subministrada al punt d’alimentació de l’antena es redueix fins a 19,1 dBm (81 mW).
• Camí corrugat de baixa pèrdua substituir el cable principal per un cable corrugat heliax de 1/2 polzada redueix l’atenuació de la línia a 3,2 dB per cada 100 peus a 2,4 GHz, provocant una pèrdua de línia de 4,8 dB en 150 peus. Tenint en compte 1,0 dB de pèrdua als connectors, la pèrdua total del trajecte és de 5,8 dB. La potència neta que arriba a la connexió de l’antena augmenta fins a 24,2 dBm (263 mW).

Millorar el cable alimentador RF principal augmenta més de tres vegades la potència efectiva subministrada als elements radiants de l’antena, transformant una connexió sense fil marginal en un enllaç robust.

Avaluació de les implementacions d’amplificadors de part superior de torre

Quan el pressupost de pèrdues d’una torre d’antena mostra una atenuació excessiva a la línia, la instal·lació d’un amplificador de part superior de torre (TTA) ofereix una alternativa per preservar els marges d’enllaç. Muntat directament a la part superior de la torre, a prop de l’antena, un amplificador de part superior de torre reforça les senyals entrants febles abans que patin l’atenuació del cable alimentador durant el llarg descens cap als receptors de l’estació base.

Tot i que un amplificador de cap de torre millora la sensibilitat del receptor d'enllaç ascendent, introdueix despeses addicionals en maquinari, requereix la injecció de polarització de CC muntada a la torre i crea un possible punt de fallada exposat a descàrregues elèctriques i condicions meteorològiques extremes. Triar un cable d'alimentació RF de menor pèrdua durant la construcció inicial continua sent l'estratègia principal més fiable per optimitzar el rendiment global de l'enllaç.

Qualitat dels connectors i pràctiques de terminació

Fins i tot el cable heliax de major qualitat perd rendiment si es combina amb connectors mal instal·lats. Una unió de brancal fluixa o una superfície d'acoblament bruta en un cable d'alimentació RF corrugat pot afegir de 0,5 a 1,0 dB de pèrdua d'inserció addicional, alhora que genera reflexions de VSWR elevat cap als amplificadors d'alta potència.

• Selecció de la interfície : Les alimentacions d'estacions base d'alta potència solen basar-se en interfícies de connectors estancs a l'aigua de tipus 7-16 DIN, N o 4.3-10 de baixa PIM, dissenyades per suportar l'expansió tèrmica exterior.
• Muntatge de precisió l’alineació adequada de les brancals, el parell de subministrament correcte i les fundes estanques a l’aigua eviten la penetració d’humitat, que amb el temps degrada els dielèctrics dels cables.

Excel·lència en la fabricació i capacitats de la cadena d’aprovisionament

La desplegament d’enllaços sense fil de llarga distància requereix maquinari d’interconnexió fiable dissenyat per suportar condicions ambientals severes. Les xarxes de telecomunicacions modernes depenen de salts de cable alimentador RF dissenyats amb precisió, de terminacions estanques a l’aigua i d’adaptadors de connectors de baixa pèrdua per mantenir els marges d’enllaç del sistema.

Proveïdors especialitzats d’equipaments coaxials com WORLDPEAK donen suport a les construccions d’infraestructures globals amb muntatges personalitzats de cables d’alimentació RF i opcions de connectors de precisió. Gràcies a una infraestructura completa de mecanitzat CNC, galvanitzat automàtic i proves amb analitzadors vectorials de xarxa, WORLDPEAK ofereix terminacions personalitzades de cables heliax i munts de salts de baixa PIM adaptats exactament a les especificacions del camp. En compliment estrictes sistemes internacionals de gestió de la qualitat ISO, WORLDPEAK subministra solucions coaxials duradores i provades a fàbrica a clients dels sectors de telecomunicacions, emissió i defensa arreu del món.