從基站機房到天線之間傳輸射頻信號時為什麼採用同軸電纜傳遞?
為啥網線不行,是因為網線信道提供的帶寬不夠高,射頻信號會直接穿透網線而使信號泄露嗎?而同軸信道提供的帶寬大,可以把射頻信號約束在內外導體之間傳播?
網線用的是雙絞線結構,該結構損耗較大、最大可載波頻率較低、最大載波功率較低,但具有成本低、集成度高的優點,多適用於短距離低功率電磁能量傳輸,一般傳輸距離不大於90m。
同軸電纜用的雙理想E面夾帶介質結構,該結構損耗小,最大可載波頻率逼近40GHz,最大可載波功率中等,成本較高,集成度一般,多適用於中等距離電磁能量傳輸,最大傳輸距離一般小250m
波導結構多為單導體理想E面結構,該結構損耗極小,載波頻率可逼近100GHz,最大可載波功率較高,成本較高,集成度差,多適用於近距離、高功率、高頻率電磁能量傳輸。
基站機房到天線之間屬於通信發射鏈路,需滿足:可載波功率大、損耗低(在大功率下電磁能量損耗成本極大),且距離短,故適合同軸線、波導電磁傳輸結構,兩者的選擇可綜合考慮載波功率、頻率與成本之間的關係。
雙絞線這種結構多適用於通信接收鏈路,由於接收鏈路功率小、距離短,且多面向個體消費者,需控制成本,該結構最為合適。
綜上所述,若在基站與天線之間採用雙絞線結構,輕則導致:衰減功率過大,EIRP、EVM等指標嚴重下滑。重則導致:線上阻抗不匹配,鏈路直接自激燒穿。
最後從成本角度考慮,基站末端的功率放大器,P1dB壓縮點每上升3dB,成本都是五位數的指數上升,差那點錢用雙絞線嗎?合著就是一百多萬的豪車都買了,加不起油?
超大功率輻射基站同軸線那都不行,檔次低了損耗大了還容易擊穿,必須上波導,還得是內壁鍍銀的波導,畢竟損耗1dB徒增散熱壓力不說,折的錢都是一大筆。
網線這種東西個體消費者用一下就可以了,畢竟信號到接收端功率比噪底也高不了多少了,損耗了就損耗了無所謂,接收端的低雜訊放大器那成本可低多了。
光纖網線只能傳播光信號,頻率很高。射頻同軸電纜傳播信號頻率50MHZ—18GHz。頻率不一樣,傳播用的媒介不一樣,就像汽車走馬路,高鐵走鐵路一樣。
為啥採用同軸電纜?
那就要說天線這一整套系統不容易啊!
那一點有效能量發出去不容易啊!
天線增益要大,發射功率要大,系統鏈路損失要小。如何降低鏈路損失呢?那就各方面減小每一段的損耗,同軸電纜是一種選擇。波導是另一種選擇。一般頻率高於C波導後,就偏向選擇波導以減小損耗。(暫時不討論)
相同功率下,天線有效面積要增加一倍,EIRP才能提升一倍。但是實際情況是天線口徑增加一倍何其困難。想想FAST天線口徑500米,面積是250*250*Pi,如果有效口徑增加一倍,面積達到約353*353*Pi。想想口徑到達706米,這個難度可想而知。
反過來,再看看天線損耗多麼容易。鏈路損耗設計不好,損失動不動就兩三分貝,相當於能量就損失一半。天線做大不容易,能量損失起來可就如流水嘩嘩……說多了都是淚啊……
現在都講究一個高效率,天線口徑那麼大,最後系統增益那麼低,效率那麼差,讓人笑話啊……你怎麼好意思說你是個天線工程師……
所以要想辦法,挖空心思,提高效率,降低損耗。那鏈路各個環節必須嚴格把關,同軸線傳輸那是最基本的,要求嚴格的必須上波導,且波導內壁鍍金!
此外,網線傳輸的是小信號啊,同軸線和波導可以傳輸大功率。這個可以彌補系統天線增益不足的問題。
支持的頻域寬,電流更高,阻抗更低,系統靈敏度高,還便宜。因為是短距離傳輸,這樣的成本收益最大化。
題主的問題是為什麼不用5類網線和6類網線做饋線嗎?
如果是這樣,那答案是無論阻抗還是容量還是結構,網線都不是為了射頻饋線而設計的。直接接上去輕則信號衰減嚴重(阻抗不匹配),重則直接燒掉
應題主的要求再多說兩句。雖然這是基礎的電工學常識了,HAM友和電工們都知道,但對於網工來說未必人人都清楚。另外這是一個很簡化的解釋,比如說特性阻抗和直流電阻不是一個概念,不一定很準確。但就看著這麼回事吧。
我們可以把一個射頻系統理解成一個 電源-&>負載 這樣的電路,電源來自於發射機,天線和饋線共同組成了負載。P=I^2*R。但發射機裡面不是還有一個內阻r嗎?所以實際電路上的P=(R+r)*I^2。從這裡出發推導,直接跳到結論的話,功率最大化,負載R就要等於r。
同樣道理,天線要獲得最大功率,就必須匹配發信機、電纜和天線三者的阻抗。如果不匹配,這部分能量就會加在發射機的輸出端,嚴重時擊穿或者燒掉輸出端的元器件。這是從能量轉換的角度來說。其實繼續研究下去還會碰到駐波比這個概念,也就是從天線的工作原理這個角度來分析為什麼要阻抗匹配的問題。這裡就不展開了。
乙太網有沒有阻抗匹配這個問題?其實也要考慮,但不嚴重。由於BASE-T類的設計對特性阻抗指標不是特別敏感,所以要求也就不怎麼嚴格了。
首先要說明的是,任何的連接方法,不管是同軸線,網線還是飛線,都不是理想導線。單根導線的參數不僅有電阻,還有電感,與外界介質的寄生電容。要是多根導線距離較近的話,導線之間還有電容與電導。