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Il parametro prestazionale di massima importanza negli attuali sistemi RF, come i radar a matrice sfasata, i sistemi di formazione del fascio 5G e le comunicazioni satellitari, è la coerenza di fase del segnale. Nel caso di differenze di fase tra diversi cavi, gli effetti includono errori di puntamento del fascio, perdita di coerenza del segnale e riduzione dell’accuratezza delle misurazioni. Come RF azienda con oltre 20 anni di esperienza, Linkworld, con oltre 20 anni di esperienza, conosciamo bene come il processo di garanzia della coerenza di fase rappresenti un’attività specifica per ingegneri, che richiede pianificazione. Questa guida illustra le quattro principali considerazioni da tenere in conto durante l’installazione di più cavi, al fine di ottenere fasi identiche.
Stabilità di fase vs. Abbinamento di fase
Questi due concetti sono simili e al tempo stesso diversi. La capacità di un singolo cavo di mantenere una lunghezza elettrica costante, indipendentemente dalle sollecitazioni ambientali come flessione, vibrazione e variazioni di temperatura, può essere definita stabilità di fase. I cavi a fase stabile sono di alta qualità e presentano tipicamente una variazione di fase compresa tra 2 e 6 gradi in condizioni di flessione. Per confronto, l’abbinamento di fase è l’errore relativo tra diversi insiemi di cavi all’interno di un sistema. Può trattarsi di abbinamento assoluto (che soddisfa una determinata tolleranza), abbinamento relativo (insiemi abbinati in uno stesso lotto) oppure coppie con ritardo abbinato. Per giungere alla progettazione corretta di un sistema, la prima cosa da fare è identificare il tipo di sistema richiesto dall’applicazione. Linkworld supporta i clienti nella definizione delle specifiche di fase, in base alle loro esigenze, anche sotto forma di requisiti multicanale.
Selezione dei materiali e costruzione del cavo
Gli insiemi di cavi a fase coerente sono progettati in base ai materiali e alla costruzione. I materiali dielettrici dominano il comportamento di fase. I dielettrici realizzati con il comune materiale PTFE presentano una notevole variazione di fase rispetto alla temperatura a causa dell’espansione termica. In casi in cui è richiesta coerenza di fase in diverse condizioni operative, si utilizzano cavi speciali dotati di dielettrici ad alta stabilità di fase basati su fluoropolimeri, i cui parametri di fase risultano costanti su ampie gamme di temperatura. Questi cavi possono presentare una variazione di fase inferiore a 600 parti per milione nell’intervallo da -40 °C a +85 °C. Inoltre, la precondizionatura dei cavi—ovvero l’applicazione di calore e sollecitazioni meccaniche durante il processo produttivo—stabilizza la linea di trasmissione. Gli insiemi di cavi personalizzati Linkworld integrano tali materiali di alta qualità nonché specifici processi di reticolo (curing) per garantire un’elevata coerenza di fase.
Tecniche e tolleranze di abbinamento di fase
La fase di abbinamento accurato richiede misurazioni e produzione intensive. Le diverse esigenze possono essere soddisfatte in tre modi principali. L'abbinamento assoluto stabilisce una determinata tolleranza di lunghezza elettrica per ogni singolo assemblaggio; i sistemi attuali raggiungono tolleranze fino a ±5 picosecondi. L'abbinamento relativo accoppia assemblaggi per ottenere differenze di fase estremamente ridotte, tipicamente ≤1 picosecondo, nelle applicazioni più critiche. L'abbinamento per lotto garantisce uniformità su quantità maggiori di produzione. Le tolleranze empiriche del settore sono evolute da 1 grado/GHz a 0,5 grado/GHz per frequenze fino a 18 GHz. Linkworld produce vari assemblaggi abbinati, basandosi sui requisiti più stringenti, mediante misurazione e taratura precisa della fase.
Considerazioni sulla progettazione del sistema
L'architettura del sistema è importante per quanto riguarda la coerenza delle fasi, oltre che nella scelta dei componenti. Nella formazione del fascio (beam forming), è essenziale garantire l'uniformità della fase di ciascun elemento, come avviene nel caso di un array a fasi controllate (phased array). A causa di diversi parametri ambientali presenti nei cavi — ad esempio il gradiente termico lungo l'array — si verificano variazioni di fase che provocano una distorsione del diagramma di radiazione. Tali effetti vengono ridotti al minimo grazie all'impiego di cavi stabili in fase. Il percorso dei cavi viene realizzato nella stessa direzione e con lo stesso raggio di curvatura su tutti i canali, in modo da assicurare a tutti gli assemblaggi lo stesso carico meccanico. I connettori codificati a colori consentono di ridurre gli errori di collegamento durante l'installazione. Linkworld fornisce ai propri clienti servizi di supporto ingegneristico finalizzati a raggiungere la massima coerenza di fase nelle loro architetture di sistema, sia nella fase di progettazione che in quella di implementazione.
La dimensione delle prestazioni riguardo alla stabilità della fase del segnale riveste un’importanza notevole nei sistemi RF multicanale. La coerenza di fase può essere ottenuta soltanto mediante ingegnerizzazione specifica, ad esempio attraverso cavi a fase stabile, che non variano in funzione delle condizioni ambientali, oppure mediante insiemi a fase abbinata, che mantengono la stessa lunghezza elettrica. Poiché l’impiego del beamforming continua a diffondersi sempre più ampiamente e con frequenza crescente, la coerenza di fase assumerà un valore sempre maggiore. Linkworld vanta oltre 20 anni di esperienza nella produzione di insiemi RF, nonché di cavi a fase stabile e a fase abbinata, ed è inoltre specializzata nell’ottimizzazione della coerenza di fase nella progettazione di sistemi RF avanzati. Contattateci per informazioni sull’implementazione del vostro sistema multicable.