Estabilidad de frecuencia en despliegues de telecomunicaciones en climas extremos

La infraestructura de telecomunicaciones también se implementa en condiciones extremas, tanto en el desierto como en las regiones árticas y en ambientes de alta humedad tropical. La estabilidad de las frecuencias en esta línea entre tales extremos es fundamental para los operadores de redes, con el fin de ofrecerles servicios rentables. Los cambios de temperatura provocan la expansión del material, la variación de sus propiedades dieléctricas y la alteración del comportamiento de los componentes, lo que puede dar lugar a desviaciones en las frecuencias, una selectividad inadecuada de los filtros y un rendimiento deficiente. En climas adversos, fabricamos componentes estables en cuanto a frecuencia en Linkworld, donde contamos con una trayectoria de más de 20 años de RF . En esta guía se abordan los cuatro pasos que se siguen para preservar la precisión de la frecuencia a distintas temperaturas.

Comprensión de la deriva de frecuencia inducida por la temperatura

Los aspectos físicos de la temperatura afectan de distinta manera a los componentes. La expansión térmica afecta directamente el tamaño físico de las estructuras resonantes (como cavidades, resonadores dieléctricos y líneas de transmisión) y las frecuencias resonantes, provocando cambios en las dimensiones de dichas estructuras resonantes. Asimismo, varía la constante dieléctrica y distorsiona la longitud eléctrica, lo que también causa deriva. Los cambios en los conductores y los dieléctricos corresponden a variaciones en las propiedades materiales que influyen en las pérdidas y en el comportamiento resonante. Se evaluaron las cerámicas de filtros impresas en 3D respecto a sus efectos: los ciclos térmicos entre 23 °C y 80 °C revelaron desviaciones de frecuencia de −766 a −554 kHz/°C, tal como estaba previsto. Dicha deriva por grado se acumula hasta producir un error de frecuencia significativo en los rangos naturales al aire libre de −40 °C a +85 °C. Esta deriva puede provocar desplazamientos también en otras asignaciones de banda de los sistemas de banda estrecha, donde la separación entre canales es pequeña. Estos indeseables procesos de deriva se reducen determinando los elementos de Linkworld en función de la temperatura.

Técnicas de compensación pasiva de la temperatura

También es complejo y costoso fallar con la utilización de compensación (activa). La compensación pasiva constituye una alternativa más adecuada. Uno de estos métodos son los atenuadores variables con la temperatura (TVA, por sus siglas en inglés): la atenuación modificada de forma predictiva corrige la variación de la atenuación pasiva con la temperatura y la variación de la ganancia. La mayoría de los amplificadores de RF experimentan una disminución de la ganancia al aumentar la temperatura. Este efecto puede contrarrestarse mediante una serie de TVA con coeficiente de atenuación negativo (es decir, una atenuación que disminuye al aumentar la temperatura), lo que permite mantener constante la ganancia. Esto lo ofrece Smiths Interconnect Thermopad, cuyos valores de atenuación oscilan entre 1 y 10 dB y está disponible para frecuencias desde CC hasta 36 GHz. Dichos compensadores pasivos no introducen distorsión, no requieren polarización y ofrecen la ventaja de una mayor fiabilidad. Asimismo, la frecuencia se estabiliza mediante filtros compensados de forma pasiva. Los materiales con coeficientes opuestos de dilatación térmica compensan la variación térmica de los filtros de cavidad, evitando así los cambios dimensionales. Los elementos compensados de Linkworld emplean estos métodos para ofrecer un rendimiento predecible del circuito sin componentes activos.

Selección de Materiales para Estabilidad Térmica

Los componentes de frecuencia estable se desarrollan sobre materiales diseñados con baja sensibilidad a la temperatura. Las aleaciones de baja expansión, como el Invar, presentan un coeficiente de expansión térmica 10 veces menor que el de los metales convencionales y pueden utilizarse en estructuras basadas en cavidades donde la estabilidad dimensional es de máxima importancia. Los materiales dieléctricos estables frente a la temperatura mantienen una permitividad constante, ya que la variación de la temperatura no provoca cambios en la longitud eléctrica. En los filtros cerámicos impresos en 3D, los sustratos de alúmina son naturalmente estables, pero se ha comprobado que los factores de acoplamiento entre resonadores y la deriva del ancho de banda dependen de la orientación espacial de la estructura de resonadores acoplados respecto a las fuentes de calor. Esto subraya la importancia del diseño térmico de todo el conjunto, tanto en función de las propiedades de los materiales como del intercambio térmico durante el ensamblaje. Linkworld emplea materiales y geometrías seleccionados específicamente por su estabilidad térmica, de modo que el rendimiento no supere las especificaciones establecidas dentro del rango de temperaturas de funcionamiento.

Pruebas y Calificación Ambiental

La estabilidad de frecuencia es una ecuación incompleta y, dado que el diseño debe llevarse a cabo, el rendimiento debe verificarse en condiciones reales. La cualificación se proporciona mediante ensayos normalizados. La norma DIN EN IEC 60068-2-14 regula la variación de temperatura, reproduciendo las fluctuaciones térmicas diurnas y nocturnas, así como las estacionales. Las normas DIN EN IEC 60068-2-1 y -2-2 abarcan los extremos de frío y sequía, así como los extremos de temperatura, y certifican que el equipo opera correctamente dentro de los casos límite de temperatura. Como parte de los ensayos de componentes en condiciones de humedad, la norma DIN EN IEC 60068-2-30 establece ensayos cíclicos de calor húmedo, un ensayo que somete a los componentes a la acción combinada de temperatura y humedad. El entorno y los ensayos también están regulados por la serie ETSI EN 300 019, específica para equipos de telecomunicaciones. Linkworld aplica ensayos rigurosos a sus componentes conforme a estas normas, y el rendimiento documentado se especifica en función de la temperatura. En los casos de despliegues críticos para la misión, ofrecemos una cualificación superior, como ciclado térmico, envejecimiento acelerado (burn-in) y caracterización extendida de temperatura.

Las aplicaciones en condiciones climáticas extremas exigen la física básica, la selección de materiales, los métodos de compensación y ensayos rigurosos debido a su estabilidad de frecuencia. Debe tenerse en cuenta el impacto de los cambios de temperatura y responder a ellos en todos los niveles. Las recompensas pasivas son una estabilización que presenta una complejidad fiable, pero pasiva. La base es la estabilidad térmica lograda mediante materiales avanzados especialmente diseñados. Esto se logrará mediante ensayos ambientales exhaustivos para garantizar que los diseños funcionen según lo previsto tras su revisión. Linkworld cuenta con más de 20 años de experiencia en productos RF estables frente a variaciones de temperatura, una amplia experiencia en componentes estables térmicamente y ofrece soluciones regulares de estabilidad de frecuencia para despliegues exigentes. Póngase en contacto con nosotros para conocer sus necesidades en telecomunicaciones en condiciones meteorológicas adversas.