RF napájací kábel: rozpočet strát pre anténne veže

Pripojenie vysielačového zariadenia na úrovni zeme k anténam namontovaným na vrchole predstavuje jeden z najväčších potenciálnych zdrojov strát výkonu v akomkoľvek bezdrôtovom sieti. Pri vežiach s výškou od 50 do 300 stôp sa kumulatívna útlmivosť v RF napájacích kábloch ľahko môže prekročiť 10 dB. V praxi strata 10 dB znamená, že viac ako 90 percent výstupného výkonu vysielača sa premieňa na rozptýlené teplo ešte pred tým, než dosiahne vyžarujúce prvky.

Výpočet presného rozpočtu strát anténnej veže je nevyhnutný pre plánovateľov telekomunikačných sietí, inžinierov vysielacích zariadení a prevádzkovateľov sietí. Vyváženie celkovej útlmivosti napájacieho kábla vo vzťahu k fyzickej hmotnosti kábla, zaťaženiu vetrom a rozpočtu na inštaláciu zabezpečuje dlhodobú spoľahlivosť spojenia v komerčných mobilných, bezpečnostných a súkromných bezdrôtových inštaláciách.

Porozumenie mechanizmu útlmivosti napájacieho kábla

Zhoršenie signálu v RF napájacích kábloch má dva odlišné fyzikálne príčiny: straty vodiča a straty dielektrika.

• Straty vo vodiči : Spôsobené odporom povrchového efektu pozdĺž vonkajšej plochy stredového vodiča a vnútorného štítového plášťa. Straty vo vodiči stúpajú úmerné druhej odmocnine frekvencie.
• Dielektrická strat : Spôsobené absorpciou molekulárnej energie v izolačnom materiáli medzi vodičmi. Dielektrické straty sa zvyšujú lineárne s frekvenciou.

Pri mikrovlnných frekvenciách vyšších ako 1 GHz prevláda dielektrická absorpcia nad celkovými stratami napájacieho kábla. Štandardné flexibilné koaxiálne káble, ako napríklad RG-213 alebo LMR-400, sú vhodné pre kratšie skokové úseky do 30 metrov pri nižších frekvenciách. Avšak náročné požiadavky na rozpočet strát pri vysokých anténnych vežiach vyžadujú vzduchové dielektrikum alebo nízkostatové penukové koaxiálne káble.

Rúrkový mediálny koaxiálny kábel s rýhovaným meďovým plášťom, bežne známy ako heliax kábel, má nižšie straty na stopu (foot) než flexibilné alternatívy s plieteným plášťom. Napríklad 7/8-palcový heliax kábel vykazuje približne 1,5 dB strát napájacieho kábla na 30 metrov pri frekvencii 900 MHz, zatiaľ čo štandardný LMR-400 vykazuje za rovnakých podmienok približne 3,9 dB.

Porovnanie útlmu napájacieho kábla

Výber vhodného RF napájacieho kábla vyžaduje vyváženie fyzických rozmerov kábla, obmedzení ohybového polomeru a metrík útlmu v rámci prevádzkových frekvenčných pásiem.

Prehľad týchto hodnôt útlmu zdôrazňuje, prečo je dôležité pri dlhších vertikálnych vežových trasách zvoliť káble heliax s nízkym útlmom. Výmena flexibilného koaxiálneho kábla za vlnitý kábel s priemerom 7/8 palca výrazne zvyšuje vysielaný výkon antény na vertikálnej trase dĺžky 150 stôp.

Výpočet rozpočtu útlmu anténnej veže

Hodnotenie inštalácie anténnej veže dĺžky 150 stôp pre Wi-Fi spätné spojenie v pásme 2,4 GHz ilustruje, ako výber kábla ovplyvňuje celkové linkové rozpätie systému.

Predpokladajúc výstupný výkon vysielača 30 dBm (1 W):

• Trasa s flexibilným koaxiálnym káblom : Použitie flexibilného koaxiálneho kábla LMR-400 UF poskytuje útlm napájacieho kábla 6,6 dB na 100 stôp pri frekvencii 2,4 GHz, čo zodpovedá útlmu 9,9 dB na trase 150 stôp. Pridaním 1,0 dB na kompenzáciu útlmu zapojenia konektorov (dva rozhrania po 0,5 dB každé) sa celkový útlm trasy zvýši na 10,9 dB. Čistý výkon dodaný do napájacieho bodu antény klesne na 19,1 dBm (81 mW).
• Trasa s nízkou stratou – vlnitý kábel : Nahradenie hlavnej vedenia káblom z hrdzavejšej vlnovodovej rúrky s priemerom 1/2 palca zníži útlm vedenia na 3,2 dB na 100 stôp pri frekvencii 2,4 GHz, čo spôsobí celkový útlm vedenia 4,8 dB na dĺžke 150 stôp. Zohľadnenie straty 1,0 dB v konektoroch vedie k celkovému útlmu trasy 5,8 dB. Výsledný výkon dodávaný do napájacieho vstupu antény sa zvýši na 24,2 dBm (263 mW).

Vylepšenie hlavného RF napájacího kábla viac ako trojnásobne zvyšuje efektívny výkon dodávaný do žiariacich prvkov antény a premení neisté bezdrôtové pripojenie na spoľahlivé spojenie.

Hodnotenie implementácií zosilňovačov na vrchole veže

Ak rozpočet strát anténnej veže ukazuje nadmerný útlm vedenia, inštalácia zosilňovača na vrchole veže (TTA) poskytuje alternatívny spôsob udržania rezervy spojenia. Zosilňovač na vrchole veže je namontovaný priamo na vrchole veže v blízkosti antény a posilňuje slabé prichádzajúce signály predtým, než utrpia útlm v napájacích kábloch počas dlhého zostupu k prijímačom základne.

Hoci zosilňovač na vrchole veže zvyšuje citlivosť prijímača v smere nahor, spôsobuje dodatočné náklady na hardvér, vyžaduje vstrekovanie jednosmerného prúdu na veži a vytvára potenciálny bod poruchy vystavený bleskom a extrémnym počasiu.

Kvalita konektorov a postupy ukončovania

Aj káblový systém heliax najvyššej kvality stratí výkon, ak je spojený s nesprávne nainštalovanými konektormi. Voľný spoj alebo špinavý povrch spoja na profilovanom RF kábli môže spôsobiť dodatočné vložné straty 0,5 až 1,0 dB a vytvoriť vysoké odrazy VSWR späť do vysokovýkonných zosilňovačov.

• Výber rozhrania : Pre napájanie základných staníc s vysokým výkonom sa zvyčajne používajú počasieodolné konektorové rozhrania 7-16 DIN, typ N alebo nízkoparazitné 4.3-10, ktoré sú navrhnuté tak, aby vydržali tepelné rozťažnosť vonkajších podmienok.
• Presná montáž správne zarovnanie rozšírenia, správny krútiaci moment upínania a ochranné kryty proti počasiu zabraňujú vnikaniu vlhkosti, ktorá postupne degraduje dielektriká káblov.

Výrobná excelencia a kapacity dodávateľského reťazca

Nasadenie bezdrôtových spojov na dlhé vzdialenosti vyžaduje spoľahlivý prepojovací hardware navrhnutý tak, aby odolával náročným vonkajším podmienkam. Moderné telekomunikačné siete závisia od presne navrhnutých RF napájacích káblovo-krátkych spojok, tesne uzatvorených koncových prvkov chránených proti počasiu a spojovacích adaptérov s nízkymi stratami, aby sa udržali linkové rozpätia systému.

Špecializovaní dodávatelia koaxiálnych zariadení, ako je WORLDPEAK, podporujú globálne výstavby infraštruktúry pomocou špeciálne vyrobených RF prívodných káblov a presných možností konektorov. WORLDPEAK disponuje úplnou CNC obrábacou technológiou, automatickým pokovovaním a komplexnou infraštruktúrou testovania pomocou vektorového analyzátora sietí a dodáva špeciálne ukončenia heliax káblov a nízkopimové skokové káble prispôsobené presne požiadavkám na mieste. Dodržiavaním prísnych medzinárodných systémov manažmentu kvality ISO WORLDPEAK dodáva trvanlivé, v továrni otestované koaxiálne riešenia pre klientov v telekomunikačnom, vysielacom a obrannom sektore po celom svete.