Entscheidung zwischen Wellenleiter- und Koaxial-Mikrowellenkomponenten

Eine der grundlegenden Entscheidungen, die HF- und Mikrowellendesigner treffen müssen, ist die Wahl zwischen einer Koaxialtechnologie oder einem Wellenleiter. Diese Alternative wirkt sich auf Leistung, Größe, Kosten und Frequenzbereich des Systems aus. Koaxialkabel sind einfach zu handhaben und weisen einen breiteren Frequenzbereich auf, während Wellenleiter bei hohen Frequenzen und Leistungsstufen hohe Effizienz bieten. Bei LINKWORLD verfügt das Unternehmen über mehr als 20 Jahre Erfahrung im HF-Bereich, was uns die Möglichkeit gibt, unvoreingenommene Beratung zu beiden Technologien anzubieten. Dieser Leitfaden erläutert vier Gründe, warum diese Entscheidung getroffen werden sollte.

Frequenzbereich und Bandbreite

Die Einsatzfrequenz spiegelt normalerweise die richtige Technologie wider. Diese Breitband-Koaxialkomponenten werden bis zu ihrer maximalen Frequenzbewertung betrieben. Moderne Präzisionssteckverbinder mit einem Design von 1,00 mm können bis zu 110 GHz arbeiten. Die Grenzfrequenz eines Koaxialkabels hängt jedoch vom Durchmesser ab: Je größer der Durchmesser des Koaxialkabels ist, desto höher ist die Modenordnung (z. B. Schaumstoff-Koaxialkabel mit einem Durchmesser von 1/2 Zoll bis zu 9 GHz und 1-1/4 Zoll bis zu etwa 3,3 GHz).

Wellenleiter sind frequenzbegrenzte Strukturen, die nur Energie oberhalb einer bestimmten Grenzfrequenz übertragen können. Jede Größe kann ein Frequenzband unterstützen (z. B. WR-42 unterstützt 18,0–26,5 GHz). Bei Frequenzen oberhalb von 70 GHz kommen traditionell stets Wellenleiter zum Einsatz. Linkworld unterstützt Kunden bei der Auswahl von Breitband-Koaxialkomponenten und bandoptimierten Wellenleitern entsprechend ihren Frequenzanforderungen.

Einfügedämpfung und Übertragungseffizienz

Bei hohen Frequenzen ist der Übertragungsverlust stark zugunsten von Wellenleitern verzerrt, insbesondere bei längeren Kabeln. Wellenleiter weisen im Vergleich zu Koaxialkabeln einen deutlich geringeren Verlust auf. Selbst ein hochwertiges Koaxialkabel verliert schätzungsweise etwa 1 dB/m bei 10 GHz; oberhalb von 60 GHz übersteigt der Verlust jedoch 10 dB/m. Bei 60 GHz beträgt der Unterschied zwischen Wellenleitern und Koaxialkabeln bis zu das 200-Fache: Der Verlust eines Wellenleiters liegt bei nur 0,05 dB/m. Dies liegt daran, dass Wellenleiter die Leiterverluste (Verteilung auf große Wände) minimieren und die Dielektrikumverluste wirksam eliminieren (Ausbreitung in Luft).

Dieser Unterschied ist bei Punkt-zu-Punkt-Verbindungen von erheblicher Bedeutung: Bei Koaxialkabeln (7/8 Zoll) mit 2 GHz beträgt die Dämpfung 6,1 dB/100 m, während sie bei elliptischen Wellenleitern nur 1,2 dB/100 m beträgt. Die Low-Loss-Baugruppen von Linkworld sind so entwickelt, dass sie die geringstmögliche Dämpfung in Abhängigkeit von Frequenz, Entfernung und Leistungsbudget gewährleisten.

Leistungsübertragungsfähigkeiten

Das Leistungsmanagement ist ebenfalls ein wesentlicher Unterscheidungspunkt, insbesondere im Hinblick auf Radar und Sendungen. Die Wellenleiter sind aufgrund ihrer hohen Leistungsübertragungsfähigkeit gut, die sich aus ihrer robusten Struktur und der Abwesenheit von Dielektrika ergibt, die beschädigt werden könnten. Die hohle metallische Bauweise bietet bessere Wärmeleitfähigkeit und geringeres Risiko einer Spannungsdurchschlagsschädigung, da der geringe Abstand zwischen den Leitern in Koaxialkabeln entfällt.

Da koaxiale Komponenten im Wesentlichen eine Beschränkung des Abstands zwischen den Leitern darstellen, ist die Lichtbogenfestigkeit durch den engen Leiterabstand begrenzt (insbesondere in großer Höhe); die dielektrischen Komponenten neigen bei dauerhaft hohen Leistungsbedingungen zum Ausfall. Wellenleiter stellen die einzige mögliche Lösung für Anwendungen dar, die Spitzenleistungen im Bereich mehrerer zehn Kilowatt oder Dauerleistungen im Bereich von mehreren hundert Watt erfordern. Linkworld fertigt beide Technologien, um bestimmte Leistungsanforderungen zu erfüllen.

Physikalische Integration und Systemkomplexität

Die Entscheidung wird in der Regel durch pragmatische Erwägungen getroffen. Der Einsatz koaxialer Komponenten ist deutlich einfacher und flexibler. Sie können problemlos um Hindernisse herumgeführt, vor Ort mit Standardsteckverbindern unterbrochen und auf Leiterplatten montiert werden. Koaxiale Schnittstellen bieten eine hohe Umkonfigurierungsgeschwindigkeit, und ihre breitbandige Natur vereinfacht das Bestandsmanagement.

Die Installation von Wellenleitern beansprucht viel Platz. Sie sind schwerer, größer und erfordern besondere mechanische Sorgfalt (z. B. Berücksichtigung der Windlast auf Türme). Es ist strikt auf die Einhaltung der minimalen Biegeradien zu achten, und bei der Installation ist äußerste Sorgfalt hinsichtlich der Flanschausrichtung und der Abdichtung gegen Feuchtigkeit geboten. Bei kurzen geraden Strecken ist jedoch der Wellenleiter ungeschlagen. In Linkworld werden die Montagegruppen der kundenspezifischen Baugruppen unter Berücksichtigung der späteren Installation verbaut.

Die Frequenzabdeckung, der Verlust, die Leistungsbelastbarkeit und die Integration stellen einen Kompromiss zwischen Wellenleiter- und Koaxialtechnik dar. Die Koaxialtechnik ist im Hinblick auf Breitbandigkeit bequem und flexibel und eignet sich daher für mittlere Frequenzen und niedrige Leistungen. Der Wellenleiter weist hervorragende Verlusteigenschaften sowie eine höhere Leistungsdichte auf und wird deshalb bei Millimeterwellenfrequenzen und Hochleistungssystemen eingesetzt. Die Auswahl der am besten geeigneten Technologie wird Ihnen vom Fachteam des Unternehmens Linkworld unterstützt, das bereits seit 20 Jahren in beiden Technologien tätig ist. Kontaktieren Sie uns bezüglich Ihrer Anforderungen.