تتطلب محطات القاعدة كابلات تحافظ على سلامة الإشارة عبر ترددات تصل إلى 6 جيجاهرتز، مع مقاومة المؤثرات البيئية مثل تغيرات درجة الحرارة والرطوبة. تتطلب هذه الأنظمة عودة الفقد أقل من 20 ديسيبل وثبات المعاوقة عند 50 أوم لمنع انعكاسات الإشارة، وهي شرط أساسي للنقل الموثوق للصوت والبيانات في الشبكات الخلوية.
يجمع التصميم الطبقي لكابلات RF المحورية بين موصلات دقيقة ومواد عازلة متطورة لتحقيق توازن بين المرونة وكفاءة التدريع. وعلى عكس الموجّهات الصلبة، فإن الأنواع المحورية تتكيّف مع الانحناءات الضيقة في تركيبات الأبراج، مع تقديم توهين أقل من 0.3 ديسيبل/متر عند 3.5 جيجاهرتز، مما يستوفي مقاييس الأداء الحرجة لتشغيل شبكات الجيل الخامس (5G NR).
أبلغ المشغلون عن انخفاض بنسبة 38٪ في عدد زيارات المواقع عند استخدام كابلات RF محورية مزدوجة التدريع في خلايا المليمتر الصغيرة خلال اختبارات الحقل لعام 2023. وينبع هذا التحسن في الموثوقية من ابتكارات مثل العوازل ذات الحقن الرغوي، التي تساعد على تقليل قفزات التأخير تحت أحمال حركة المرور القصوى.
| المعيار | كوكسيال | الموجّه | ألياف |
|---|---|---|---|
| تكلفة التركيب | $12/م | $45/م | 28 دولار/ش |
| نطاق التردد | تيار مستمر إلى 110 جيجاهرتز | 1 إلى 100 جيجاهرتز | غير متاح (يعتمد على الضوء) |
| مقاومة الطقس | مرتفع | معتدلة | منخفض |
| تُهيمن الكابلات المتمركزة على اتصالات الكيلومتر الأخير نظرًا لنسبة التكلفة إلى الأداء في البيئات الراديوية، خاصةً حيث توجد بالفعل قنوات معدنية. وعلى الرغم من تفوق الألياف الضوئية في تطبيقات النقل الخلفي، فإن عرضتها لأكسدة الموصلات يجعل الكابلات المتمركزة هي الحل المفضل للروابط المواجهة للهوائيات. |
تتعرض الكابلات المحورية لفقد الإشارة بشكل رئيسي بسبب ثلاثة أسباب. أولًا، هناك امتصاص العازل، حيث تُفقد حوالي 0.8 إلى 1.5 بالمئة من الطاقة في مواد البولي إيثيلين الرغوية القياسية. ثم لدينا مقاومة الموصل، التي يمكن أن تقلل فعليًا من قوة الإشارة بنسبة تصل إلى 25% في كابلات النحاس المجدولة. وأخيرًا، تؤدي الحماية غير الكافية إلى فقد الإشعاع أيضًا. ومع ذلك، كشف تقرير حديث صادر عن معهد معايير الاتصالات السلكية واللاسلكية عن أمر مثير للاهتمام. أظهر بحثهم لعام 2023 أن محطات القاعدة الحديثة العاملة عند الترددات العالية بين 3.5 و28 جيجاهرتز تقوم بتدهور الإشارة بسرعة أكبر بنسبة تقريبًا 23% مقارنةً بالأنظمة الأقدم التي تعمل تحت 6 جيجاهرتز عندما تتجمع كل هذه العوامل. وهذا يُعد أمرًا مهمًا جدًا لمزودي الشبكات الذين يسعون للحفاظ على جودة الاتصال عبر الترددات المختلفة.
تُفقد الكابلات المحورية القياسية للترددات الراديوية قوة الإشارة بمعدل حوالي 18٪ لكل غيغاهرتز زيادة في التردد. وغالبًا ما تفقد النماذج الشائعة أكثر من 3 ديسيبل بعد مسافة 100 قدم فقط عند العمل على ترددات 6 غيغاهرتز. ومع ذلك، فإن الوضع يبدو أفضل بكثير عند الترددات المنخفضة، حيث تتعرض الإشارات الأقل من 1 غيغاهرتز لفقدان أقل من نصف ديسيبل تقريبًا على نفس المسافة. لمكافحة هذه الفقدانات، يصمم المهندسون كابلات ذات خصائص عَكْم مستقرة. ويمكن لكابلات عالية الجودة أن تحافظ على تقييمها البالغ 50 أوم ضمن هامش زائد أو ناقص 1 أوم من التيار المستمر حتى 40 غيغاهرتز، مما يجعلها موثوقة عبر مجموعة واسعة من التطبيقات التي تكون فيها سلامة الإشارة أمرًا بالغ الأهمية.
مع كل إضافة قدرها 50 قدمًا من الكابل، تنخفض قوة الإشارة بنحو 0.75 إلى 1.2 ديسيبل في شبكات الجيل الرابع والجيل الخامس هذه. وهذا فعلاً انخفاض كبير إذا تذكرنا أن لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) تشترط أن تكون الخسارة أقل من 2 ديسيبل للاتصالات النهائية عند طرف العميل. يُفضّل معظم الفنيين في الميدان الحفاظ على طول الكابلات أقل من 150 قدمًا عند العمل مع الترددات دون 6 جيجاهرتز. كما يعمد هؤلاء عادةً إلى استخدام بعض الأساليب المتقدمة لمطابقة المعاوقة، والتي تقلل من خسائر الانعكاس المزعجة بنسبة تصل إلى الثلثين تقريبًا. وقد أشارت رابطة البنية التحتية اللاسلكية إلى ذلك في تقريرها الصادر عام 2022، وبالتالي فإن هذا الأمر يحظى بالتأكيد باهتمام كبير من قبل المحترفين في الوقت الراهن.
تمكنت إحدى شركات الاتصالات الكبرى في مدينة كبيرة من خفض فقدان إشارة المحطات الأساسية (macrocell) من حوالي 4.2 ديسيبل إلى 1.8 ديسيبل فقط، بعد استبدال كابلات RG-8 القياسية بإصدارات جديدة مملوءة بالنيتروجين وتحتوي على عازل رغوي. وكانت النتائج مثيرة للإعجاب أيضًا. حيث ارتفعت سرعات التنزيل بنسبة تقارب 41٪ في المناطق الحضرية المزدحمة التي يتنافس فيها الجميع على عرض النطاق الترددي. وبالإضافة إلى ذلك، استهلكت كل محطة قاعدة 18 واطًا أقل في كل موقع خلوي. قد لا يبدو هذا كثيرًا، لكن ضع في اعتبارك أن هذا يُترجم إلى وفورات تُقدَّر بنحو 2,100 دولار سنويًا في فواتير الكهرباء لكل برج تعمله الشركة.
يُعطي 78٪ من مشغلي الشبكات المتنقلة الأولوية حاليًا لكابلات الفقدان الفائق الانخفاض (أقل من 0.5 ديسيبل/100 قدم عند 28 جيجاهرتز) في نشر ترددات المليمترية، وذلك نتيجة لمتطلبات عرض قناة الجيل الخامس (5G NR). ويُظهر تقرير شبكات الهاتف المتحركة لعام 2024 ارتفاعًا بنسبة 290٪ على أساس سنوي في استخدام الموصلات المطلية بالفضة، والتي تحسّن التوصيلية عند الترددات العالية بنسبة 27٪ مقارنةً بالتصاميم النحاسية القياسية.
تعتمد كابلات RF المحورية على موثوقيتها من طريقة بنائها الطبقية التي تُصمم بدقة هندسية. داخليًا، نجد موصلات نحاسية إما صلبة أو مجدولة تقوم بنقل الإشارات بكفاءة. وبين هذه الموصلات توجد مادة عازلة تُعرف باسم العازل العازل مثل PTFE أو أحيانًا البولي إيثيلين المطاطي، والتي تحافظ على سير العمليات بسلاسة دون تداخل. ثم تأتي طبقة التدريع التي تكون عادةً من النحاس المجدول أو رقائق الألومنيوم، وتقوم بحجب حوالي 90 إلى 95 بالمئة من التداخل الكهرومغناطيسي. وأخيرًا، يتم غلف كل شيء بغلاف خارجي يكون عادةً من مادة PVC المقاومة لأشعة الشمس فوق البنفسجية لحمايته من الظروف الجوية والعوامل البيئية الأخرى. وقد وجدت الاختبارات الواقعية أن هذه التصاميم متعددة الطبقات تفشل في الواقع بنسبة أقل بكثير مقارنة بالخيارات الأحادية الطبقة البسيطة، حيث تفشل بأقل بنسبة 25% وفقًا للبيانات الميدانية التي تم جمعها على مر الزمن.
يُحدث الجيل الأحدث من الكابلات المحورية لترددات الراديو (RF) موجة من التأثير بفضل ابتكارات جادة في علوم المواد تساعد هذه الكابلات على مواكبة متطلبات شبكات الجيل الخامس (5G). وفيما يتعلق بالتوصيلية، فإن سبائك النحاس عالية النقاوة تقلل من فقد الإشارة بنسبة تصل إلى 18% تقريبًا مقارنة بالموصلات العادية وفقًا لدراسة نشرها معهد بونيمون عام 2023. وفي الوقت نفسه، تمكنت العوازل المُرغوة ذات الحقن النيتروجيني الموجودة داخل هذه الكابلات من رفع عامل السرعة إلى حوالي 0.85، ما يعني أن الإشارات يمكنها الانتقال عبرها بشكل أسرع بكثير مما كان عليه الحال سابقًا. كما أن الطبقة الخارجية لم تُهمل أيضًا. فسترات البولي إيثيلين المُشعَّة ثنائية الطبقات تتماسك أمام الظروف الجوية القاسية بنسبة أفضل تصل إلى 40% مقارنةً بالطرازات القديمة، وبالتالي تدوم هذه الكابلات أكثر من 15 عامًا حتى في البيئات الحضرية الصعبة التي تشهد تقلبات شديدة في درجات الحرارة. وتتماشى كل هذه التحسينات بشكل وثيق مع ما أشار إليه تقرير مواد الاتصالات لعام 2024، حيث أكد الخبراء أن ترقية المواد ليست مجرد خيار مرغوب بل ضرورة مطلقة إذا أرادت شركات الاتصالات الحفاظ على معدل تشغيل الشبكة القريب من الكمال والبالغ 99.999 بالمئة، والذي يعتمد عليه الجميع.
يساعد معيار المعاوقة البالغ 50 أوم في تقليل تلك الانعكاسات المزعجة للإشارات، لأنه يحافظ على ثبات ثابت العزل الكهربائي ضمن تغير لا يتجاوز 1.5%. وعندما يخطئ المهندسون في هذا الجانب في التطبيقات الميدانية، تسوء الأمور بسرعة. وقد أظهرت نتائج الاختبارات أن عدم تطابق المعاوقة يمكن أن يزيد خسارة العودة بما يصل إلى 6 ديسيبل، مما يؤدي إلى حدوث مشكلات في نحو أربع من كل خمس محطات قاعدة وفقًا لبحث أجرته شركة New England Labs العام الماضي. أما التقنيات الحديثة في الإنتاج فتحافظ الآن على محاذاة الموصلات بأقل من 0.1 مليمتر بينها. وهذا أمر بالغ الأهمية عندما تحتاج الكابلات إلى الانحناء بزوايا قائمة دون فقدان خصائص أدائها. والنتيجة؟ جودة إشارة أفضل بكثير، مع انحراف طوري أقل بنسبة حوالي 32% عند الترددات العالية لموجات الملليمتر مقارنةً بالكابلات المصنوعة خارج هذه المواصفات.
| عامل | النحاس المموج | والألمنيوم |
|---|---|---|
| التوصيلية | 100% IACS | 61% IACS |
| الوزن | 8.96 جرام/سم3 | 2.70 غ/سم³ |
| مقاومة للتآكل | ممتاز (مع طلاء حماية) | جيدة (الأنواع المؤكسدة) |
| المرونة | دورات ثني أعلى بنسبة 30% | صلابة أعلى بنسبة 15% |
يُفضل النحاس للنشر الحضري عالي الطاقة للخلايا الكبيرة، في حين أن تقليل الألومنيوم للوزن بنسبة 63٪ يجعله مثاليًا للتركيبات الجوية. وتحسّن التصاميم المموجة مقاومة الت crushing بنسبة 22٪ في كلا المادتين مقارنة بالبدائل ذات الجدران الملساء.
تواجه محطات القاعدة الحديثة اليوم أنواعًا شتى من التداخل الكهرومغناطيسي الناتج عن الهوائيات القريبة، وخطوط الطاقة المنتشرة في كل مكان، بالإضافة إلى عدد لا يحصى من أجهزة إنترنت الأشياء التي تنتشر حولها. والحل؟ تقوم الكابلات المحورية للترددات الراديوية ذات التدريع الجيد بدور عظيم في هذا السياق. فهذه الكابلات تعمل كحواجز ضد الضوضاء غير المرغوب فيها في نطاق الترددات الراديوية، والتي قد تعطل الإشارات في حال عدم وجودها. وفقًا لبعض الأبحاث الحديثة المنشورة في تقرير عام 2024 حول فعالية التدريع في مجال الترددات الراديوية، فإن استثمار المشغلين في مواد تدريع عالية الجودة يؤدي إلى انخفاض كبير في انقطاعات الخدمة الناتجة عن التداخل. وفي المناطق الحضرية المزدحمة، حيث يمكن أن يصل التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) إلى أكثر من 100 فولت لكل متر، أدت هذه التحسينات إلى تقليل المشكلات بنحو الثلثين تقريبًا. وهذا يُحدث فرقًا كبيرًا في الحفاظ على اتصالات موثوقة في البيئات الحضرية المزدحمة.
لمحاربة التداخل الكهرومغناطيسي عالي التردد في نطاقات 5G، يستخدم المصنعون هياكل دروع متعددة الطبقات تجمع بين الأغشية، والشبكات، والمواد المركبة:
| نوع الدرع | التغطية الترددية | تخفيف التداخل الكهرومغناطيسي (ديسيبل) | المرونة |
|---|---|---|---|
| شبكة واحدة | حتى 6 جيجاهرتز | 40 50 ديسيبل | مرتفع |
| غشاء + شبكة | حتى 40 جيجاهرتز | 70 85 ديسيبل | معتدلة |
| أدرع رباعية | 60 جيجاهرتز فأكثر | 90 110 ديسيبل | منخفض |
تتفوق التصاميم متعددة الطبقات على الكابلات المدرعة بطبقة واحدة بعامل 2.5× في نطاقات الموجات الملليمترية، وذلك استنادًا إلى دراسة مقارنة لتحليل التدريع شملت 120 موقع خلوي.
بينما يحسّن التدريع مقاومة التداخل الكهرومغناطيسي (EMI)، فإن الانتهاء غير السليم يمكن أن يؤدي إلى توليد تداخل غير خطي (PIM)، حيث تُنتج الموصلات المتآكلة أو الوصلات الفضفاضة إشارات غير مرغوب فيها. تُظهر دراسات صناعية أن 31% من الأعطال الميدانية في الشبكات الكثيفة ناتجة عن PIM وليس عن عيوب في الدرع، مما يبرز أهمية التجميع الدقيق.
في اختبارات عام 2023، أدى استخدام كابلات RF محورية مزدوجة التدريع في محطات القاعدة ماكروسل إلى تقليل إعادة الإرسال الناتجة عن التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) بنسبة 42%. وحققت الشبكات التي استخدمت كابلات مدرعة بـ 90 ديسيبل نسبة إشارة إلى ضجيج أعلى بنسبة 12% مقارنة بتلك التي استخدمت تصميمات قياسية بـ 60 ديسيبل، مما يدل على فعاليتها في المناطق عالية التداخل مثل الملاعب ومحطات النقل.
تحافظ الكابلات المحورية RF على أداء متسق طوال مدى الترددات الكامل الموجود في محطات القاعدة الحديثة، وتغطي كل شيء بدءًا من نطاقات دون 6 جيجاهرتز حول 3.3 إلى 7.1 جيجاهرتز وصولاً إلى نطاقات الموجات الملليمترية عالية التردد بين 24 و40 جيجاهرتز. تحتوي هذه الكابلات على مواد خاصة داخلها تقلل من فقد الإشارة وتحافظ على مقاومة 50 أوم الدقيقة اللازمة لنقل الطاقة بكفاءة، حتى عند التعامل مع إشارات قوية تصل إلى 5 كيلوواط في أنظمة الأبراج الخلوية الكبيرة. وعندما يتعلق الأمر تحديدًا بتطبيقات الموجات الملليمترية، يتجه المصنعون بشكل متزايد نحو استخدام عازل رغوي من البولي إيثيلين مملوء بالنيتروجين بدلًا من مادة PTFE العادية. ووفقًا لنتائج حديثة نُشرت العام الماضي في تقرير البنية التحتية اللاسلكية، فإن هذا التغيير يقلل فعليًا من فقد الإشارة بنسبة حوالي 17 بالمئة، ما يجعل هذه الكابلات أكثر ملاءمة للتعامل مع عمليات الإرسال عالية التردد تلك التي تمثل تحدّيًا.
في البيئات الحضرية التي تتعامل مع أكثر من 50,000 اتصال متزامن، تحافظ الكابلات المحورية المدرعة مزدوجة الشielding على سلامة إشارة تبلغ 98.6٪ تحت أقصى الأحمال. ويتيح هيكلها المقاوم للانحناء التوصيل المدمج في صواني الكابلات والأبراج، مما يمنحها ميزة واضحة مقارنةً بحلول الموجهات الصعبة.
يُقبل عددٌ متزايد من مشغّلي الشبكات على كابلات RF النحاسية العريضة النطاق التي تعمل ضمن نطاق الترددات من 1.7 إلى 7.5 جيجاهرتز. تتيح هذه الكابلات لهم دمج شبكات 4G و5G وLTE على خط تغذية واحد بدلًا من استخدام عدة خطوط. ويمكن أن تكون وفورات التكلفة المحققة من هذا الإعداد كبيرة جدًا، وتصل إلى حوالي 23 بالمئة وفقًا لتقرير تحالف النطاق العريض للهاتف المتحرك لعام 2023. كما أن هذا النظام يتيح مجالاً للتوسع في المستقبل نظرًا لإمكانية التعامل مع ترددات تصل إلى 10 جيجاهرتز. ومن ناحية مستقبلية أبعد، هناك تطور مثير يحدث في تصميمات الكابلات الهجينة التي تستخدم عوازل هوائية المسافة. بدأت هذه الكابلات الجديدة بالظهور في التطبيقات التي تتطلب اتصالات هوائية خلفية (backhaul) فائقة العرض عند ترددات تزيد عن 28 جيجاهرتز.
ما الغرض من استخدام الكابلات النحاسية عالية التردد (RF)؟
تُستخدم الكابلات النحاسية عالية التردد (RF) لنقل إشارات الراديو في هياكل الاتصالات، بما في ذلك شبكات الهاتف الخلوية وأبراج القواعد.
لماذا تُفضَّل الكابلات النحاسية على الألياف الضوئية في اتصالات الكيلومتر الأخير؟
تُفضَّل الكابلات المحورية على الألياف في الاتصالات على آخر الميل بسبب نسبة التكلفة إلى الأداء ومقاومتها للعوامل الجوية.
ما النطاق الترددي الذي تغطيه الكابلات المحورية عالية التردد (RF)؟
تغطي الكابلات المحورية عالية التردد (RF) نطاقًا تردديًا من التيار المستمر (DC) حتى 110 جيجاهرتز، مما يجعلها مناسبة لمختلف التطبيقات.
ما تأثير الانتهاء غير السليم للكابلات المحورية عالية التردد (RF)؟
يمكن أن يؤدي الانتهاء غير السليم إلى التضمين التوافقي السلبي (PIM)، مما يسبب إشارات غير مرغوب فيها ويقلل من الموثوقية.
كيف تؤثر تصميمات التدريع على الأداء في البيئات الكثيفة من حيث الإشارات الراديوية (RF)؟
تقلل تصميمات التدريع ذات الطبقات المتعددة (الرقائق، والشبكة، والمواد المركبة) من مشكلات التداخل وتحسّن مقاومة التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) في البيئات الكثيفة من حيث الإشارات الراديوية (RF).
أخبار ساخنة2024-10-17
2024-10-17
2024-10-17
حقوق النشر © 2024 بواسطة شركة زينجيانغ جيووئي للتكنولوجيا الإلكترونية المحدودة - سياسة الخصوصية
EN
