EN
Telekomunikační infrastruktura je také nasazována za extrémních podmínek, například v pouštních, polárních i tropických oblastech s vysokou vlhkostí. Stabilita kmitočtů v tomto rozsahu mezi takovými extrémy je pro provozovatele sítí důležitá, aby jim bylo možné poskytovat výdělečné služby. Změny teploty vedou k tepelnému roztažení materiálů, změně dielektrických vlastností a změně chování komponent, což může způsobit drift kmitočtů, nevhodnou selektivitu filtrů a nesprávný provoz. V nepříznivých klimatických podmínkách vyrábíme komponenty s vysokou kmitočtovou stabilitou ve společnosti Linkworld, která má více než 20letou historii. RF v tomto průvodci jsou popsány čtyři kroky, které se podnikají za účelem zachování přesnosti kmitočtu při různých teplotách.
Porozumění teplotně vyvolanému driftu kmitočtu
Fyzické aspekty teploty různým způsobem ovlivňují jednotlivé komponenty. Přímo ovlivňují fyzickou velikost rezonančních struktur (např. dutin, dielektrických rezonátorů a přenosových vedení) a rezonanční frekvence; tepelná roztažnost způsobuje změny rozměrů těchto rezonančních struktur. Mění se také permitivita a dochází k deformaci elektrické délky, což rovněž způsobuje drift. Změny vodičů a dielektrik představují změny materiálových vlastností, které ovlivňují ztráty i rezonanční chování. Keramické filtry vyrobené metodou 3D tisku byly vyhodnoceny z hlediska jejich účinků: teplotní cyklování v rozmezí 23 °C až 80 °C odhalilo frekvenční odchylky v rozmezí −766 až −554 kHz/°C, jak bylo plánováno. Takový drift na jeden stupeň se v přirozeném venkovním teplotním rozsahu od −40 °C do +85 °C akumuluje do významné frekvenční chyby. Tento drift může způsobit drift i v jiných pásmových přiděleních úzkopásmových systémů, kde je vzdálenost mezi kanály malá. Tyto nežádoucí driftové procesy jsou potlačeny určením prvků Linkworld v závislosti na teplotě.
Pasivní techniky kompenzace teploty
Je také složité a nákladné selhat při využití kompenzace (aktivní). Pasivní kompenzace je vhodnější alternativou. Jednou z těchto metod jsou teplotně proměnné tlumiče (TVA): prediktivně upravené tlumení koriguje změny pasivního tlumení v závislosti na teplotě a změny zisku. Většina RF zesilovačů vykazuje pokles zisku s rostoucí teplotou. Tento jev lze kompenzovat řadou TVA se záporným koeficientem tlumení (tj. tlumení, které s rostoucí teplotou klesá), čímž se dosáhne konstantního zisku. Tuto funkci nabízí produkt Thermopad od společnosti Smiths Interconnect s hodnotami tlumení v rozmezí 1 až 10 dB, dostupný pro frekvence od stejnosměrného proudu do 36 GHz. Takové pasivní kompenzátory nezpůsobují zkreslení, nepotřebují napájení (bias) a mají výhodu vyšší spolehlivosti. Frekvence je také stabilizována filtry s pasivní kompenzací. Materiály s opačnými koeficienty teplotní roztažnosti kompenzují teplotní změny dutinových filtrů a tak eliminují rozměrové změny. Kompenzované prvky od společnosti Linkworld využívají tyto metody k poskytnutí předvídatelného chování obvodů bez aktivních prvků.
Výběr materiálů pro tepelnou stabilitu
Součástky s stabilní frekvencí jsou vyvíjeny z materiálů navržených s nízkou citlivostí na teplotu. Slitiny s nízkou tepelnou roztažností, jako je například Invar, mají koeficient tepelné roztažnosti desetkrát nižší než běžné kovy a lze je použít ve strukturách založených na dutinách, kde je rozhodující dimenzionální stabilita. Dielektrické materiály s teplotní stabilitou udržují konstantní permitivitu, protože se při změně teploty nemění elektrická délka. U keramického filtru vyrobeného metodou 3D tisku jsou podložky z oxidu hlinitého přirozeně stabilní, avšak bylo zjištěno, že faktory vazby mezi rezonátory a drift šířky pásma závisí na prostorové orientaci struktury vazebního rezonátoru vzhledem ke zdrojům tepla. To zdůrazňuje důležitost tepelného návrhu celého zařízení jak z hlediska vlastností materiálů, tak i z hlediska přenosu tepla během montáže. Společnost Linkworld používá materiály a geometrie vybrané tak, aby byly tepelně stabilní, a to takovým způsobem, že v rámci provozního teplotního rozsahu nedochází k překročení specifikací výkonu.
Zkoušení a kvalifikace podle prostředí
Stabilita kmitočtu je neúplná rovnice a protože musí být návrh proveden, je nutné výkon ověřit za reálných podmínek. Kvalifikace je poskytnuta ve formě standardizovaných zkoušek. Norma DIN EN IEC 60068-2-14 upravuje teplotní změny, tj. reprodukci tepelných kolísání denního a nočního cyklu a ročních období. Normy DIN EN IEC 60068-2-1 a -2-2 pokrývají extrémně nízké teploty a suché podmínky, resp. extrémní teploty, a kvalifikují, že zařízení je funkční v rámci mezních teplotních podmínek. Součástí zkoušení komponent za vlhkých podmínek je norma DIN EN IEC 60068-2-30, která stanovuje cyklické zkoušky za vlhkého tepla – zkoušku, při níž jsou komponenty vystaveny zátěži způsobené kombinací teploty a vlhkosti. Prostředí a zkoušky jsou dále stanoveny řadou norem ETSI EN 300 019, která se specificky vztahuje na telekomunikační zařízení. Společnost Linkworld provádí přísné zkoušky svých komponent podle těchto norem a zdokumentovaný výkon je stanoven pro různé teplotní rozsahy. V případech nasazení kritických pro plnění mise nabízíme vyšší úroveň kvalifikace, např. teplotní cyklování, provozní zkoušku (burn-in) a rozšířenou charakterizaci za extrémních teplot.
Aplikace za extrémních počasí vyžadují základní fyzikální principy, výběr materiálů, kompenzační metody a přísné zkoušky kvůli stabilitě kmitočtu. Je třeba si uvědomit dopady změny teploty a na ni reagovat na všech úrovních. Pasivní kompenzace zajišťuje stabilizaci, která je spolehlivá, avšak složitá a pasivní. Základem je tepelná stabilita dosažená pomocí pokročilých inženýrských materiálů. To bude zajištěno rozsáhlými environmentálními zkouškami, aby bylo zaručeno, že návrhy budou po úpravách fungovat tak, jak byly zamýšleny. Společnost Linkworld má více než 20 let zkušeností s výrobky pro RF aplikace s vysokou teplotní stabilitou, bohaté zkušenosti s komponenty s vysokou teplotní stabilitou a pravidelně nabízí řešení s vysokou stabilitou kmitočtu pro náročné nasazení. Kontaktujte nás ohledně vašich požadavků na telekomunikační zařízení v extrémních povětrnostních podmínkách.