RF-syöttökäyriä: häviöbudjetti antennitornien käyttöön

Maanpinnalla sijaitsevan lähettimen liittäminen katon päällä oleviin antenniin on yksi suurimmista mahdollisista tehohäviöiden lähteistä millä tahansa langattomassa verkossa. Antennitornien korkeus vaihtelee 15–90 metrin välillä, ja RF-syöttökaapelin kokonaishäviö voi helposti ylittää 10 dB:n. Käytännössä 10 dB:n tehohäviö tarkoittaa, että yli 90 prosenttia lähettimen lähtötehosta muuttuu hukkalämmöksi ennen kuin signaali saavuttaa säteilyelementit.

Tarkan antennitornin häviöbudjetin laskeminen on välttämätöntä telekommunikaatioasuunnittelijoille, radiolähetysohjaajille ja verkkotoimijoille. Syöttökaapelin kokonaishäviön tasapainottaminen kaapelin fyysisen painon, tuulikuorman ja asennusbudjetin kanssa varmistaa pitkäaikaisen linkin luotettavuuden kaupallisissa soluverkoissa, julkisen turvallisuuden verkkoissa ja yksityisissä langattomissa verkkoasennuksissa.

Syöttökaapelin häviömekaniikat

Signaalihäviö RF-syöttökaapelissa johtuu kahdesta erillisestä fysikaalisesta lähteestä: johtimen häviöstä ja eristeen häviöstä.

• Johtimen häviö : Johtuu ihoilmiön aiheuttamasta vastuksesta keskusjohtimen ulkopinnalla ja sisäisen suojan seinämässä. Johtimen tappio kasvaa suhteessa taajuuden neliöjuureen.
• Dielektrinen menetyksien kerroin : Johtuu molekulaarisesta energian absorptiosta eristävässä materiaalissa, joka erottaa johtimia toisistaan. Dielektrisen tappion kasvu on lineaarista taajuuden suhteen.

Mikroaaltotaajuuksilla yli 1 GHz dielektrinen absorptio hallitsee kokonaissyöttökaapelin vaimennusta. Standardit joustavat koaksiaalikaapelit, kuten RG-213 tai LMR-400, soveltuvat lyhyille siirtojohdolle, jotka ovat alle 100 jalkaa pitkiä, alhaisemmissa taajuuksissa. Kuitenkin korkeiden antennitornien tappiobudjetin vaatimukset edellyttävät ilmadielktristä tai alhaisen tappion vaahtoista koaksiaalijohdinta.

Rakomuotoinen kuparikoaksiaalijohdin, jota yleisesti kutsutaan heliax-kaapeliksi, aiheuttaa pienemmän tappion jalkaa kohden kuin joustavat punokset vaihtoehdot. Esimerkiksi 7/8-tuumainen heliax-kaapeli aiheuttaa noin 1,5 dB:n syöttökaapelin vaimennusta 100 jalkaa kohden 900 MHz:n taajuudella, kun taas standardi LMR-400 aiheuttaa samanlaisissa olosuhteissa noin 3,9 dB:n vaimennusta.

Syöttökaapelin vaimennussuorituskyvyn vertailu

Sopivan RF-syöttökaapelin valinta vaatii fyysisen kaapelin koon, taivutussäteen rajojen ja vaimennusarvojen tasapainottamista käyttötaajuuksien mukaan.

Näiden vaimennuslukujen tarkastelu korostaa, miksi alhaisen tappion heliax-kaapelirakenteiden valinta on tärkeää pidemmillä pystysuorilla tornin johdoilla. Joustavan koaksiaalikaapelin vaihtaminen 7/8-tuumaiseen ripppukaapeliin lisää säteilevän antennin tehoa merkittävästi 150 jalan pystysuoralla matkalla.

Antennitornin tappiobudjetin laskeminen

2,4 GHz:n Wi-Fi-takaisinkytkentäyhteyden 150 jalan antennitorniasennuksen arviointi havainnollistaa, kuinka kaapelivalinta vaikuttaa kokonaislinkin marginaaleihin.

Oletetaan lähetimen lähtöteho 30 dBm (1 watti):

• Joustava koaksiaalipolku : LMR-400 UF -joustavan koaksiaalikaapelin käyttö tuottaa 6,6 dB:n tappion 100 jalkaa kohden 2,4 GHz:n taajuudella, mikä johtaa 9,9 dB:n johdotappioon 150 jalan matkalla. Lisäämällä 1,0 dB:n liitoskohtatappio (kaksi liitosta, 0,5 dB kumpaankin) saadaan kokonaistappioksi 10,9 dB. Antennin syöttöpisteeseen toimitettu nettoteho laskee 19,1 dBm:iin (81 mW).
• Alhaisen tappion ripppupolku vaihtamalla pääjohto puoli tuumaa (1/2 inch) aallonpituusjohtimeen (corrugated heliax) vähentää linjäristä vaimennusta 3,2 dB:llä 100 jalkaa kohden taajuudella 2,4 GHz, mikä tuottaa 4,8 dB:n linjavaimennuksen 150 jalan matkalla. Ottaen huomioon 1,0 dB:n liitinmenetyksen kokonaismatka-vaimennus on 5,8 dB. Antennin syöttöön saapuva nettoteho nousee 24,2 dBm:iin (263 mW).

Pää-RF-syöttöjohtimen päivittäminen lisää tehokkaasti antennin säteilyelementteihin toimitettavaa tehoa yli kolminkertaisesti, mikä muuttaa rajallisesti toimivan langattoman yhteyden vahvaksi linkiksi.

Tornin huipulla sijaitsevan vahvistimen käyttöönoton arviointi

Kun antennitornin tappiobudjetissa havaitaan liiallista linjavaimennusta, tornin huipulle asennettu vahvistin (TTA) tarjoaa vaihtoehtoisen tavan säilyttää linkin marginaalit. Tornin huipulla antennin läheisyydessä sijaitseva vahvistin vahvistaa heikkoja tulevia signaaleja ennen kuin ne kärsivät pitkän laskun aikana syöttöjohtimen aiheuttamaa vaimennusta kohti tukiasemien vastaanottimia.

Vaikka tornin huippuun asennettu vahvistin parantaa ylösvientisen vastaanottimen herkkyyttä, se lisää laitteistokustannuksia, vaatii torniin asennetun tasavirta-biasauksen ja muodostaa mahdollisen vian kohteen, joka on altis salamaiskuille ja äärimmäisille sääolosuhteille. Alkuperäisessä rakentamisessa valittu alhaisemmän tappion omaava RF-syöttökaapeli on edelleen luotettavin ensisijainen strategia kokonaissuorituskyvyn optimoimiseksi.

Liittimien laatu ja asennuskäytännöt

Jopa korkealaatuisin heliax-kaapeli menettää suorituskykyään, jos sen liittimet on asennettu huonosti. Löysä kärjistysliitos tai likainen liitospinta aaltomaisessa RF-syöttökaapelissa voi aiheuttaa 0,5–1,0 dB:n lisäkuormitusta ja aiheuttaa korkean VSWR-heijastuksen takaisin tehokkaisiin vahvistimiin.

• Liitosvalinta : Suuritehoiset tukiasemat käyttävät yleensä säätiukkuja 7–16 DIN-, N-tyyppisiä tai matalan PIM:n 4,3–10-liitinliitäntöjä, jotka on suunniteltu kestämään ulkokäytön lämpölaajenemista.
• Tarkka montausta oikea flaritasaus, oikea kiinnitystorque ja sääsuojatut suojakuoret estävät kosteuden tunkeutumisen, joka heikentää kaapelien eristystä ajan myötä.

Valmistuksen erinomaisuus ja toimitusketjun kyvykkyydet

Pitkän matkan langattomien yhteyksien käyttöönotto vaatii luotettavaa liitäntälaitteistoa, joka on suunniteltu kestämään ankaria ympäristöolosuhteita. Nykyaikaiset tietoliikenneverkot ovat riippuvaisia tarkasti suunnitelluista RF-syöttökaapelien hyppylangasta, säätiukkuista päätöksistä ja vähämenetyksisistä liitinmuuntimista, jotta järjestelmän yhteysvaraa voidaan säilyttää.

Erityistä koaksiaalista laitteistoa valmistavat toimittajat, kuten WORLDPEAK, tukevat maailmanlaajaisia infrastruktuurihankkeita räätälöidyillä RF-syöttökaapelikokoelmilla ja tarkkuusliittimillä. WORLDPEAK omistaa täydellisen CNC-koneistuksen, automatisoidun pinnoituksen ja kokonaisen vektoriverkkoanalysaattorin testausinfrastruktuurin ja tarjoaa räätälöityjä heliax-kaapelien päätteitä sekä alhaisen PIM:n omaavia hyppypitkiä, jotka vastaavat tarkasti kenttävaatimuksia. Noudattaen tiukkoja kansainvälisiä ISO-laatusertifiointijärjestelmiä WORLDPEAK toimittaa kestäviä, tehtaalla testattuja koaksiaalisia ratkaisuja telekommunikaatio-, lähetyselektroniikka- ja puolustusalan asiakkaille ympäri maailmaa.