مدونة

كابلات التغذية ذات الموصل المركزي (RF Coaxial Feeder Cables): أداء منخفض الفقد لربط المحطات الكبرى

لماذا تُستخدم كابلات التغذية الملتوية مقاس 7/8 بوصة و1-1/4 بوصة بشكل سائد في نشر محطات الجيل الرابع والخامس عالية القدرة

للمواقع الخلوية عالية القدرة، وبخاصة تلك التي تتعامل مع تقنيتي 4G LTE و5G NR عند الترددات المتوسطة حول 3.5 جيجاهرتز، أصبح استخدام كابلات التغذية النحاسية المتموجة ذات القطر الأكبر ممارسة قياسية إلى حد كبير. عند العمل ضمن هذا النطاق الترددي المحدد، تقلل الكابلات بقطر 7/8 بوصة الفقد في الإشارة بنسبة تقارب 40 بالمئة مقارنةً بالخيارات العادية بقطر نصف بوصة. وعند الانتقال إلى إصدارات بقطر 1-1/4 بوصة، تنخفض الفاقدة بنحو ربع إضافي. إن هذا النوع من الأداء يكتسب أهمية كبيرة عند نقل الإشارات عمودياً لمسافات تزيد عن 30 متراً، وهو ما يحدث كثيراً في حالة تركيب المعدات على الأبراج. يقوم التدريع النحاسي في هذه الكابلات بعزل أكثر من 90 ديسيبل من التداخل الكهرومغناطيسي، ما يجعلها تعمل بكفاءة حتى في البيئات التي تتواجد فيها أنشطة لاسلكية أخرى بكثافة. كما أن التصميم المموج الخاص يساعد على تحمل تراكم الحرارة الناتج عن الإرسال المستمر فوق 100 واط، بحيث لا تتغير خصائص الكابل الكهربائية وتؤثر سلباً على جودة الإشارة. تُظهر هذه الكابلات فقداناً منخفضاً ومستمراً للإشارة أقل من 3 ديسيبل لكل 100 متر عند تردد 3.5 جيجاهرتز، فضلاً عن قوتها التي تمكنها من تحمل التعامل الخشن والحفاظ على مقاومتها البالغة 50 أوم. تشير تقارير صناعية من عام 2023 إلى أن نحو ثلاثة أرباع جميع الهياكل الأساسية لماكرو 5G حول العالم تعتمد على هذا النوع من حلول الكابلات وفقاً لاستبيانات أجرتها الجمعية العالمية لهياكل البنية التحتية المتنقلة.

النحاس مقابل عازل الرغوة-بولي إيثيلين: المفاضلات في التوهين، PIM، والاستقرار الحراري عند 3.5 غيغاهرتز NR

إن اختيار المادة العازلة يشكل بشكل جوهري سلوك الكابلات التغذوية عند تردد 3.5 غيغاهرتز — الحزمة الأساسية لسعة الجيل الخامس NR في النطاق المتوسط. وعلى الرغم من أن العوازل النحاسية الصلبة وعوازل الرغوة-بولي إيثيلين (الرغوة-PE) تستوفي مواصفات IEC 61196-1، فإن المفاضلات التشغيلية تتطلب قرارات متعمدة على مستوى النظام:

توفر العوازل النحاسية توهين إشارة ممتاز، مما يجعلها مناسبة جدًا لتطبيقات الموصلات الرأسية الطويلة. ومع ذلك، هناك عيب عندما تقترب مستويات PIM من حوالي -155 ديسيبل بالنسبة للتيار المستمر، خاصة عند التعرض للإجهاد الميكانيكي أو الاهتزازات. من ناحية أخرى، يمكن للمواد الرغوية البولي إيثيلينية خفض مستوى PIM إلى نحو -165 ديسيبل بفضل واجهاتها الموحدة وتقليل عدم الخطية عند الواجهات. لكن هذه المواد لديها مشكلة في امتصاص الرطوبة بشكل أسرع في البيئات الرطبة، وتميل إلى إظهار تغيرات في ثوابت العزل عند تجاوز درجات الحرارة 65 درجة مئوية، مما يؤثر على استقرار الطور، خصوصًا في الأغلفة الخارجية التي تتعرض لتغيرات حرارية. عند اتخاذ قرار بين الخيارات، يجب على المهندسين مراعاة الظروف الخاصة بالموقع. يعمل النحاس بشكل أفضل في تركيبات الأبراج العالية ذات الأطوال الكابلية الطويلة والتقلبات الحرارية الكبيرة. أما المادة الرغوية البولي إيثيلينية فتُعد الخيار المفضل للتركيبات القصيرة الحساسة للهتزازات، خاصة في الأنظمة متعددة النطاقات حيث يُعد تحقيق مستويات PIM منخفضة للغاية أمرًا ضروريًا تمامًا للتشغيل السليم.

التصميم الحرج لـ PIM: ضمان سلامة الإشارة في أنظمة الكابلات التغذوية متعددة النطاقات 4G/5G

تلبية عتبة -165 ديسيبل لكل هرتز PIM: أفضل الممارسات في المواد والموصلات والتجميع

يُعد الحفاظ على مستويات التوافقيات غير الخطية (PIM) أقل من -165 ديسيبل بالنسبة للتيار المستمر (-165 dBc) أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق كفاءة طيفية جيدة في شبكات الجيل الرابع/الجيل الخامس متعددة النطاقات. إذا تجاوزت قيمة PIM هذا الحد، فإن سعة الشبكة تنخفض بنسبة تقارب 20٪ في المناطق ذات الكثافة العالية من المستخدمين، وذلك بسبب إحداث إشارات التوافقيات من الدرجة الثالثة تداخلًا مع نطاقات الاستقبال. تعالج أفضل أنظمة الكابلات التغذوية هذه المشكلة باستخدام ثلاث طرق رئيسية. أولًا، يتم استخدام موصلات نحاسية خالية من الأكسجين لتقليل مشكلات التيار غير الخطي. ثانيًا، يُستخدم وصلات ضغط بدلًا من الوصلات الملحومة، لأن الفجوات الصغيرة بين الوصلات الملحومة قد تؤثر سلبًا على أداء PIM، حيث توفر الوصلات الضاغطة تحسنًا يبلغ نحو 30 ديسيبل بالنسبة للتيار المستمر في معظم الحالات. وأخيرًا، يساعد التحكم الدقيق في عزم الدوران أثناء التركيب ضمن هامش ±10٪ من القيمة المحددة في منع التشوه الناتج عن الإجهادات الميكانيكية عند نقاط الاتصال. ومن خلال النظر إلى مواصفات 3GPP TR 38.811 الخاصة بالمكونات الراديوية، يحتاج المهندسون أيضًا إلى الانتباه إلى عوامل مثل أنماط التموج الحلزوني والمواد العازلة الموحدة، فهذه العوامل هي ما تصنع الفرق في الحفاظ على خصائص جيدة لـ PIM حتى عند تغير درجات الحرارة أو عند تشغيل نطاقات ترددات متعددة في آنٍ واحد.

أنماط فشل نظام PIM في العالم الواقعي: التآكل، تباين العزم، والتشوه الناتج عن الفجوة الصغيرة

أظهرت الاختبارات الميدانية وجود ثلاث أسباب رئيسية وراء فشل ظاهرة التداخل غير الخطي (PIM) في أنظمة التغذية النشطة عبر مختلف عمليات النشر. تكمن المشكلة الأكبر في التآكل الجوي، وبخاصة عندما تؤدي الكلوريدات إلى أكسدة نقاط الاتصال. وهذا يُنتج وصلات غير خطية يمكن أن تزيد من مستويات تشويه الإشارة بما يصل إلى 15 ديسيبل-كاريير (dBc) في المناطق القريبة من السواحل أو المواقع الصناعية. وتشكل مشكلة شائعة أخرى هي عدم الالتزام بعزم الدوران المناسب أثناء التركيب، مما يؤدي إلى مقاومة تماس غير متسقة. وعند حدوث ذلك، نلاحظ تسربًا في الإشارات الراديوية (RF) وانخفاضًا في سرعة نقل البيانات، ويتماشى هذا غالبًا مع مقاييس أداء غريبة للشبكة. وربما تكون أصعب هذه المشكلات تتعلق بوجود فجوات صغيرة جدًا (أقل من 0.1 مم) بين الموصلات ومواد العزل، أو بين دبابيس الموصلات وفتحاتها. وتتصرف هذه المسافات الضيقة كثنائيات غير مرغوب فيها عند تعرضها لإشارات راديوية قوية، ما يولد تداخلًا واسع الانتشار في التضمين. ويُظهر بيانات دراسة إريكسون الأخيرة حول الموثوقية الميدانية أن هذه المشاكل الثلاث مجتمعةً تتحمل المسؤولية عن أكثر من 20% من خسائر السعة المرتبطة بظاهرة PIM في أبراج الهواتف الخليوية بالمدن. وللتغلب على هذه المشكلات، عادةً ما يقوم مشغلو الشبكات بتطبيق اعتماد ضغط النيتروجين على الموصلات الخارجية، واستخدام تقنية التنعيم الليزري على أسطح التلامس لتحسين الاتصال، بالإضافة إلى دمج كواشف تلقائية لعزم الدوران خلال إجراءات الإعداد الأولية.

بدائل كابلات التغذية الليفية الضوئية للنشر عالي الكثافة ومتطلبات التطوير المستقبلي

كابلات تغذية ليفية غير حساسة للانحناء لمواقع المحطات الصغيرة الداخلية والمواقع الحضرية المدمجة

تواجه المحطات القاعدية الصغيرة الداخلية وأنظمة الأنظمة الموزعة (DAS) وأجهزة الخلايا الصغيرة المدمجة في البيئات الحضرية تحديات تتعلق بقيود المساحة وأداء الإشارة. وهنا تأتي أهمية كابلات التغذية الليفية غير الحساسة للانحناء (BIF)، التي تُحل العديد من المشكلات التي تعاني منها الحلول النحاسية التقليدية. حيث تقلل تقنية BIF فعليًا من نصف قطر الانحناء الأدنى إلى حوالي 5 مم، أي ما يقارب تحسنًا بنسبة 70٪ مقارنة بالألياف أحادية النمط العادية. وهذا يُحدث فرقًا كبيرًا عند تركيب المعدات في أماكن ضيقة مثل مصاعد المباني، أو عند سحب الكابلات خلف الجدران، أو حتى في بيئات المكاتب المزدحمة بالأثاث. والأفضل من ذلك؟ أن فقدان الإشارة يظل أقل بكثير من العتبة الحرجة البالغة 0.1 ديسيبل طوال هذه العمليات.

تتضمن المزايا الرئيسية ما يلي:

• تحسين المساحة : تتيح نوى BIF بحجم 250 ميكرومتر قطر كابلات أصغر بنسبة 40٪ مقارنة بالتصاميم القياسية، وهو أمر بالغ الأهمية لإعادة تجهيز المباني القديمة
• ثقة : يحافظ على توهين أقل من 0.5 ديسيبل/كميل بعد أكثر من 100 دورة من الانحناء الضيق، وفقًا لبروتوكولات اختبار ITU-T G.657.A1
• الامتثال للسلامة : غلاف من نوع خالٍ من الدخان والهالوجين (LSZH) يستوفي معايير السلامة من الحرائق IEC 61034 وUL 1666 للاستخدام الداخلي

تعمل كابلات التغذية BIF مع تقسيم الطول الموجي (WDM) حتى 1625 نانومتر، مما يعني أنها ستتناسب تمامًا مع أنظمة الجيل الخامس المتقدمة 5G-Advanced وحتى أنظمة الجيل السادس 6G المستقبلية. تم تصنيع هذه الكابلات لمقاومة قوى السحق التي تفوق 400 نيوتن/سم² وفقًا لمعايير IEC 60794-1-2 E3، وقد أظهرت الاختبارات فعاليتها العالية في المناطق الحضرية المزدحمة حيث يكون تدفق المشاة كثيفًا. لا تُصاب هذه الكابلات بالتشققات الصغيرة الناتجة عن الثني والتي غالبًا ما تتسبب في حدوث مشكلات، وبالتالي يضطر الفنيون إلى إجراء الصيانة بنسبة أقل بحوالي 35٪ مقارنةً بالخيارات الأخرى. علاوة على ذلك، يمكن توصيلها بسهولة دون تعقيد بالنظم المختلطة من الكابلات النحاسية والألياف الضوئية التي سبق تركيبها في العديد من الشركات والمدن.

الأسئلة الشائعة

ما هي المزايا الرئيسية لاستخدام كابلات التغذية المحورية مقاس 7/8 بوصة و1-1/4 بوصة في نشر شبكات 4G/5G؟

تشمل المزايا الأساسية تقليل فقد الإشارة بنسبة 40٪ أو أكثر، وحجبًا ممتازًا للتدخلات الكهرومغناطيسية، والقدرة على التعامل مع تراكم الحرارة الناتج عن الإرسال المستمر فوق 100 واط.

كيف تختلف العوازل النحاسية الصلبة عن عوازل البولي إيثيلين الرغوية من حيث الأداء؟

توفر العوازل النحاسية الصلبة توهين إشارة ممتازًا ولكن يمكن أن تعاني من مستويات أعلى من التداخل السلبي النشئي (PIM) تحت الإجهاد الميكانيكي. بينما توفر عوازل البولي إيثيلين الرغوية تداخلًا سلبيًا نشئيًا أقل ولكن قد تواجه مشكلات تتعلق بدرجة الحرارة والرطوبة.

ما الذي يسبب أعطال التداخل السلبي النشئي (PIM) في أنظمة التغذية؟

غالبًا ما تكون أسباب أخطاء التداخل السلبي النشئي (PIM) هي التآكل الجوي، وزن التشديد غير الصحيح أثناء التركيب، واختلالات ناتجة عن فجوات ميكرونية. وتقود هذه العوامل إلى زيادة تشويه الإشارة وتقليل سعة الشبكة.

لماذا قد يختار الشخص كابلات الألياف المقاومة للانحناء بدلاً من الكابلات المحورية التقليدية؟

تقدم كابلات الألياف المقاومة للانحناء مرونة محسّنة في المساحات الضيقة، وتحافظ على فقد إشارة منخفض، وتلتزم بمعايير السلامة من الحريق، مما يجعلها مناسبة جدًا للنشر الداخلي.