RF-toitekaabel: kaugusantennide tornide jaoks kaotusbudget

Maapinnal asuva saatja seadme ühendamine katusel paiknevate antennidega on üks suurimaid võimalikke võimsuskaotuste allikaid igasugustes raadiosidesüsteemides. Antennimastide puhul, mille kõrgus jääb vahemikku 50–300 jalga, võib RF-toitejuhtme sisemine kogukaotus lihtsalt ületada 10 dB. Praktiliselt tähendab 10 dB kaotus, et üle 90 protsendi saatja väljundvõimsusest muutub soojuseks enne kui see jõuab kiirgavatesse elementidesse.

Täpse antennimasti kaotusbudžeti arvutamine on oluline sideplaneerijatele, ringhäälinguinseneridele ja võrguoperaatoritele. Üldise toitejuhtme kaotuse tasakaalustamine füüsilise juhtme kaalaga, tuulekoormusega ja paigaldusbudgetiga tagab pikaajaliselt sidetöökindluse kaubanduslikes rakendustes (rakendused mobiilside, avaliku turvalisuse ja privaatsete raadiosidesüsteemide jaoks).

Toitejuhtme kaotuste mehaanika mõistmine

Signaali halvenemine RF-toitejuhtmes tuleneb kahest erinevast füüsilisest allikast: juhtme kaotus ja dielektrilise kaotus.

• Juhtkaotus : Põhjustatud nahaeffekti takistusest keskjuhi välimisel pinnal ja sisemise ekraadi seinal. Juhi kaotus kasvab sageduse ruutjuurega proportsionaalselt.
• Dielektrikukaotus : Põhjustatud molekulaarse energiakahjutusest juhtide eraldavas isoleerivas materjalis. Dielektrilised kaotused kasvavad lineaarselt sagedusega.

Mikrolaine-sagedustel üle 1 GHz domineerib dielektriline neeldumine kogu toitejuhtme kaotustes. Tavalised paindlikud koaksiaalkaablid, näiteks RG-213 või LMR-400, sobivad lühikesteks ühenduskaabliteks alla 30 meetri pikkusega madalamatel sagedustel. Kuid kõrgete antennimastide kaotuskulude eesmärgid nõuavad õhu-dielektrilisi või väikese kaotusega vahtkoaksiaalkaableid.

Lainetud vasest koaksiaalkaabel, mida tavaliselt nimetatakse heliax-kaabliks, annab madalamat kaotust jalas kui paindlikud punutud alternatiivid. Näiteks näitab 7/8-tolline heliax-kaabel umbes 1,5 dB toitejuhtme kaotust iga 30 meetri kohta 900 MHz juures, samas kui standardne LMR-400 näitab samadel tingimustel umbes 3,9 dB kaotust.

Toitejuhtme summutusjõudluse võrdlemine

Sobiva RF-toitejuhtme valimisel tuleb tasakaalustada füüsilist juhtme suurust, painde raadiuse piiranguid ja summutusparameetreid tööribade piires.

Nende vähenemisarvude analüüs näitab, miks madala kaotusega heliax-kaablistruktuuride valik on oluline pikemate vertikaalsete tornide jaoks. Paindliku koaksiaalkaabli asendamine 7/8-tollise rõngasjäigaga kaabliga suurendab kiiratud antennivõimsust oluliselt 150 jalga pikkuses vertikaalses ulatuses.

Antennitorni kaotusbudžeti arvutamine

2,4 GHz Wi-Fi tagaühenduslingi jaoks 150 jalga pikkuse antennitorni paigalduse hindamine illustreerib, kuidas kaabli valik mõjutab kogu süsteemi lingi marginaale.

Eeldades saatja väljundvõimsust 30 dBm (1 vatt):

• Paindlik koaksiaalkaabel : LMR-400 UF paindliku koaksiaalkaabli kasutamine annab toitekaabli vähenemiskiiruseks 6,6 dB iga 100 jalga kohta 2,4 GHz juures, mis teeb 150 jalga pikkusel lõigul 9,9 dB kaotuse. Lisades 1,0 dB ühenduskaablite sisestuskaotuse arvestamiseks (kaks liidest igaüks 0,5 dB) saadakse kogu teepikkuse kaotuseks 10,9 dB. Antenni toitepunktisse antav netovõimsus langeb 19,1 dBm-ni (81 mW).
• Madala kaotusega rõngasjäig kaabel põhijuhituse asendamine 1/2-tollise lainepinnaga heliax-juhtmega vähendab joonelähekaotust 2,4 GHz juures 3,2 dB iga 100 jalga kohta, mis tähendab 150 jalga pikkusel juhtmel 4,8 dB joonelähekaotust. Ühenduskaotuse 1,0 dB arvestamisel saadakse kogu teekonna lähekaotuseks 5,8 dB. Antenni toitepunktis saabuv netovõimsus tõuseb 24,2 dBm-ni (263 mW).

Põhijuhituse raadiosagedusliku toitejuhtme täiustamine suurendab antenni kiirgavate elementidele tarnitud efektiivset võimsust üle kolmekordselt, muutes piiratud juhusliku side robustseks ühenduseks.

Torni tipu võimendite rakenduste hindamine

Kui antennitorni kaotusarvutus näitab liialdatud joonelähekaotust, siis torni tipu võimendi (TTA) paigaldamine on alternatiivne viis sidemarginaali säilitamiseks. Torni tipu võimendit paigaldatakse otse torni tipus antenni läheduses ning see tugevdab sisenevaid nõrgu signaale enne nende läbimist pikkade toitejuhtmete kaudu alla baasjaama vastuvõtjateni.

Kuigi torni tipus asetatud võimendaja parandab üleslinkimise vastuvõtja tundlikkust, teeb see kaasa lisaseadmete kulud, nõuab tornile paigaldatavat alalisvoolu eelpinge sisseviimist ja loob potentsiaalse katkepunkti, mis on alt väljapoole kaitstud äikese- ja ilmastikuäärsete tingimuste ees. Esialgse ehituse ajal madala kaotusega raadiosagedusliku toitejuhtme valimine jääb kõige usaldusväärsemaks esmaseks strateegiaks kogu sideliini jõudluse optimeerimiseks.

Ühendusliidete kvaliteet ja paigaldustavad

Isegi kõrgeima klassiga heliax-juhe kaotab jõudlust, kui sellele on paigaldatud halvasti monteeritud ühendusliited. Lõtv liitumiskoht või musta pinnaga kokkupuutepind koruga raadiosageduslikus toitejuhtmes võib lisada 0,5–1,0 dB täiendavat sisendkaotust ning tekitada kõrged VSWR-peegeldused tagasi kõrgvõimsustes võimenditesse.

• Liideste valik : Kõrgvõimsused baasjaamade toitejuhtmed kasutavad tavaliselt ilmastikukindlaid 7–16 DIN-, N-tüüpi või madala PIM-i 4,3–10 ühendusliiteid, mida on spetsiaalselt disainitud välistingimustes tekkiva soojuspaisumise talumiseks.
• Täpne montaaž sobiv flarri paigaldus, õige kinnitustork ja niiskuskindlad kaitsed takistavad niiskuse sattumist kaabli dielektrikusse, mis aeglaselt halvendab selle omadusi.

Tootmise eriteadmus ja tarneketteteenused

Pika kaugusega sideühenduste loomiseks on vajalik usaldusväärne ühendusvarustus, mille on loonud vastupidavaks keerulistele keskkonnatingimustele. Kaasaegsed sidevõrgud sõltuvad täpselt konstrueeritud RF-kaabli ühenduslõikestest, niiskuskindlatel lõpetustel ja väikese kaotusega ühendusadapteritest, et säilitada süsteemi ühenduse marginaalid.

Spetsialiseerunud koaksiaalse varustuse tarnijad, näiteks WORLDPEAK, toetavad globaalseid infrastruktuuri ehitusprojekte kohandatud RF-toitejuhtmete komplektide ja täpsuskontaktide valikutega. WORLDPEAK säilitab täieliku CNC-töötlemise, automaatse plaatimise ja täieliku vektorvõrguanalüsaatori testimisinfrastruktuuri ning pakub kohandatud heliax-juhtmete lõpetusi ja madala PIM-i hüppeliini komplekte, mis on täpselt kohandatud välitingimustele. Kinnitades rangeid rahvusvahelisi ISO kvaliteedihaldussüsteeme, tarnib WORLDPEAK vastupidavaid, tehases testitud koaksiaalseid lahendusi telekommunikatsiooni-, ringhäälingu- ja kaitsevaldkonna klientidele üle kogu maailma.