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Der Leistungsparameter, der bei aktuellen HF-Systemen wie Phased-Array-Radar, 5G-Beamforming und Satellitenkommunikation von höchster Bedeutung ist, ist die Signalphasenkonsistenz. Bei einer Phasendifferenz zwischen mehreren Kabeln treten Effekte wie Fehler bei der Strahlrichtungssteuerung, Verlust der Signal-Kohärenz und Einbußen bei der Messgenauigkeit auf. Als RF Unternehmen mit über 20 Jahren Erfahrung – Linkworld mit über 20 Jahren Erfahrung – kennen wir den Prozess der Phasenkonsistenz als eine ingenieursspezifische Aufgabe, die sorgfältige Planung erfordert. In dieser Anleitung werden die vier wesentlichen Aspekte behandelt, die bei der Installation mehrerer Kabel berücksichtigt werden müssen, um gleiche Phasen zu gewährleisten.
Phasenstabilität vs. Phasenanpassung
Diese beiden Konzepte sind sich ähnlich und doch unterschiedlich. Die Fähigkeit eines einzelnen Kabels, unabhängig von Umwelteinflüssen wie Biegung, Vibration und Temperaturschwankungen eine elektrisch konstante elektrische Länge aufzuweisen, wird als Phasenstabilität bezeichnet. Phasenstabile Kabel weisen eine hohe Qualität auf und weisen typischerweise bei Biegung einen Phasenfehler von 2 bis 6 Grad auf. Im Vergleich dazu bezieht sich die Phasenanpassung auf den relativen Fehler verschiedener Kabelbaugruppen innerhalb eines Systems. Sie kann als absolute Anpassung (Einhaltung einer vorgegebenen Toleranz), relative Anpassung (Anpassung der Baugruppen innerhalb einer Charge) oder als verzugsangepasste Paare realisiert werden. Um das richtige Systemdesign zu erreichen, sollten Sie zunächst ermitteln, welche Art von System Ihre Anwendung erfordert. Linkworld unterstützt Kunden bei der Bestimmung der erforderlichen Phasenspezifikationen entsprechend ihren Anforderungen in Form von Mehrkanal-Anforderungen.
Materialauswahl und Kabelkonstruktion
Phasenkonsistente Kabelbaugruppen basieren auf Materialien und Konstruktion. Dielektrische Materialien bestimmen das Phasenverhalten maßgeblich. Dielektrika aus dem herkömmlichen PTFE-Material weisen aufgrund der thermischen Ausdehnung eine starke Phasenänderung mit der Temperatur auf. Spezielle Kabel mit hochphasenstabilen dielektrischen Materialien auf Fluorpolymerbasis werden dort eingesetzt, wo unter unterschiedlichen Bedingungen eine hohe Phasenkonsistenz erforderlich ist; dabei erweist sich die Phaseneigenschaft über einen erweiterten Temperaturbereich als stabil. Diese Kabel weisen eine Phasenvariation von weniger als 600 ppm im Temperaturbereich von −40 °C bis +85 °C auf. Zudem stabilisiert die Vorbehandlung der Kabel – also das gezielte Einwirken von Wärme und mechanischen Kräften während des Herstellungsprozesses – die Übertragungsleitung. Die kundenspezifischen Kabelbaugruppen von Linkworld enthalten diese hochwertigen Materialien sowie spezielle Aushärtungsverfahren, um eine hohe Qualität hinsichtlich der Phasenkonsistenz zu erreichen.
Phasenanpassungstechniken und Toleranzen
Die Phase sorgfältiger Abstimmung erfordert intensive Messungen und Fertigung. Die unterschiedlichen Anforderungen können auf drei wesentliche Weisen erfüllt werden. Bei der absoluten Abstimmung wird eine bestimmte elektrische Längentoleranz für jede einzelne Baugruppe festgelegt; aktuelle Systeme erreichen hier Toleranzen von ±5 Pikosekunden. Bei der relativen Abstimmung werden Baugruppenpaare so abgestimmt, dass sie Phasendifferenzen mit sehr feinen Unterschieden – typischerweise ≤1 Pikosekunde – bei kritischen Anwendungen erreichen. Die Losabstimmung gewährleistet eine einheitliche Qualität bei größeren Produktionsmengen. Branchenübliche Faustregel-Toleranzen haben sich von 1 Grad/GHz auf 0,5 Grad/GHz für Frequenzen bis zu 18 GHz verbessert. Linkworld fertigt verschiedene abgestimmte Baugruppen entsprechend den anspruchsvollsten Anforderungen unter Einsatz hochpräziser Phasenmess- und -trimmverfahren.
Systemdesign-Überlegungen
Die Systemarchitektur ist hinsichtlich der Konsistenz der Phasen – abgesehen von der Komponentenauswahl – von entscheidender Bedeutung. Bei der Strahlformung ist es unerlässlich, dass die Phase jedes Elements einheitlich ist, wie dies auch bei einer Phased-Array-Antenne der Fall ist. Unter unterschiedlichen Umgebungsbedingungen innerhalb der Kabel – beispielsweise durch Temperaturgradienten über das gesamte Array – treten Phasenvariationen auf, die zu einer Verzerrung des Abstrahlmusters führen. Diese Effekte werden durch den Einsatz phasenstabiler Kabel minimiert. Um sicherzustellen, dass alle Baugruppen dieselbe mechanische Belastung erfahren, wird die Verlegung aller Kanäle in dieselbe Richtung und mit demselben Biegeradius gewährleistet. Farbcodierte Steckverbinder reduzieren Fehler bei der Installation durch falsche Verbindungen. Linkworld bietet seinen Kunden während der Konzeption und Implementierung technische Supportleistungen an, um die bestmögliche Phasenkonsistenz ihrer Systemarchitekturen zu erreichen.
Die Dimension der Leistung hinsichtlich der Signalphasenstabilität ist in Mehrkanal-HF-Systemen von großer Bedeutung. Phasenkohärenz kann nur durch spezielle Konstruktion erreicht werden – entweder mittels phasenstabiler Kabel, deren Eigenschaften sich nicht mit den Umgebungsbedingungen ändern, oder mittels phasenabgeglichener Baugruppen, die dieselbe elektrische Länge beibehalten. Da immer mehr Anwendungen der Strahlformung zunehmend häufiger eingesetzt werden, gewinnt die Phasenkonsistenz noch weiter an Bedeutung. Linkworld verfügt über mehr als 20 Jahre Erfahrung in der Herstellung von HF-Baugruppen sowie phasenstabilen und phasenabgeglichenen Kabelbaugruppen und besitzt zudem Erfahrung in der Gestaltung der Phasenkonsistenz fortschrittlicher HF-Systeme. Rufen Sie uns an, um mehr über die Realisierung Ihrer Mehrkabel-Lösung zu erfahren.