Läckande kabel

Bakgrund

Läckande kablar tillverkades från början av vanliga koaxialkablar som man skar upp en slits i skärmen på innan man drog över skyddsplasten på dem. Dessa tidiga kablar hade relativt sett dåliga egenskaper jämfört med dagens kablar. I dag utförs mycket noggranna beräkningar och grupper av slitsar placeras med olika mellanrum och avstånd på kablarna för att dels klara mycket stora frekvensband samtidigt som man har få resonanta frekvenser och undviker de resonanta frekvenserna i de band man normalt använder kabeln till.

Användningsområde

Läckande kabel används framför allt när man har flera olika radiosystem som skall täcka en tunnel eller liknande där det blir opraktiskt att använda diskreta antenner. Exempelvis i vägtunnlar kan det hända att man vill ha in ett antal av följande system:

• FM-radio
• TETRA 300 (för polis, räddningstjänst mm)
• LTE 800 nyligen etablerat band i bl.a. Sverige
• E-GSM 900 det vanliga GSM-bandet
• DCS 1800 det andra bandet som användes för GSM
• UMTS 2100 "3G-bandet"
• LTE 2600 "4G-bantet"

Till detta kan även tillkomma helt andra frekvenser som exempelvis:

• Väghållarkanaler
• Äldre system för polis och brandkår
• MOBITEX för meddelande till bl.a. ambulans
• DAB / DAB+ detta system är dåligt utbyggt i Sverige

I järnvägstunnlar används i Europa också

• GSM-R och i bland numera E-GSM-R

För att kunna kombinera alla dessa system i en tunnel skulle det behövas en mängd olika antenner. Detta är förstås opraktiskt av flera olika skäl, inte minst från en underhållssynvinkel och det är som den läckande kabeln har sina fördelar eftersom den är:

• Bredbandig
• Effekttålig
• Undviker hotspots
• Kan matas redundant
• Nya frekvensband kan läggas till utan att ändra kabel
• Fungerar "runt hörn"

Egenskaper och Designparametrar

Kopplingsfaktor

En läckkabels egenskaper bestäms till stor del av den geometriska utformningen och därefter av materialval och elektriska värden. För varje aktuellt frekvensband man vill använda i kabeln brukar man titta på 2 parametrar:

• C50% eller C95%
• Sträckdämpningen

C50% och C95% är standardvärden och anger kopplingsgraden 2 meter från kabeln enligt en särskild mätnorm (oftast refererad till som enligt IEC). Vad de två värdena säger är att för C50% innebär det att minst 50% av kabelns sträcka uppfyller detta värde men det innebär även att 50% av längden kan vara sämre. C95% säger att minst 95% av kabelns sträcka uppfyller detta värde så endast 5% tillåts ligga under det angivna värdet.

För system som rundradio mm används ofta C50%-världet när man tittar på täckningsgraden och där det kanske inte är så farligt om mottagningen blir en smula brusig ibland. För säkerhetsradio av typen TETRA är det aldrig något annat än C95% som används och för mobilteleoperatörernas band varierar detta. Det beror på vad man har utlovat.

Relationen mellan C50% och C95% brukar vara ca 10 dB.^{[Osäker uppgift]}

Sträckdämpning

Sträckdämpningen är en ren elektisk förlust kombinerad med den signal som har sänts ut ur kabeln och dessa samverkar till en upplevt förlust per sträcka av kabeln. Parametern anger ofta dB/100m eller dB/100ft.

Resonansfrekvenser

Resonansfrekvenser finns i kabeln och dessa är icke önskvärda frekvenser där all radioenergi i kabeln strålar ut på en mycket kort sträcka och därefter blir det i stort sett ingen energi kvar i kabeln. Mycket av vetenskapen bakom en bra läckkabel handlar om att försöka göra resonanserna smalbandiga och på sådana frekvenser som sällan eller aldrig används. På så vis kan man undvika överraskningar. Det är mycket viktigt att kontrollera resonansfrekvenserna när man väljer läckande kabel.

Beräkningar

Den viktigaste beräkningen man gör med en läckkabel är att titta på länkbudgeten. Ur kabelns tabellerade egenskaper fås värden för sträckdämpning och kopplingsfaktor och dessa används sedan för att antingen beräkna hur lång man kommer på kabeln innan man når under en viss nivå, alternativt vilken nivå man har efter en viss sträcka.

Beräkningen över den totala förlusten S kan göras enligt följande:

$S=C+(l\cdot A_L)$

Där:

S är den totala dämpningen

C är kopplingsfaktorn (C95% eller C50%)

l är längden på kabeln

A_L är dämpningen per längdenhet

Exempel:

En kabel har en angiven kopplingsfaktor C95% på 2100 MHz som 76 dB. Sträckdämpningen på samma band anges till 8 dB/100m. Vad är den totala länkbudgeten över denna sträcka till en mottagare som befinner sig 2 meter från kabeln 400 meter från matningspunkten?

$S=76+(400\cdot 8/100) = 108\ \mathrm{dB}$

Den mottagna signalen på en isotrop antenn kan förväntas vara 108 dB lägre än den inmatade signalen i kabeln 400 meter bort. För god täckning för UMTS krävs åtminstone -95 dBm och det innebär att inmatad effekt måste vara minst 13 dBm för att uppfylla detta.

Länkbudgetar utarbetas i både upplänk och nedlänk för respektive frekvensband, jämfört med antenner så sjunker signalstyrkan linjärt på en läckande kabel pga elektriska förluster och inte enligt r² som vid vanlig frirumsutbredning. Fördelarna här är att man slipper kraftiga fält i närheten av antennerna som sedan hastight avtar.