المدونة

فهم كابلات التغذية الراديوية: الوظائف الأساسية والأنواع

ما هي كابلات التغذية الراديوية وكيف تعمل في شبكات الهواتف المحمولة؟

تُستخدم كابلات التغذية الراديوية (RF) في نقل إشارات الترددات الراديوية ذهابًا وإيابًا بين الأجزاء المهمة من الشبكات الخلوية مثل الهوائيات ووحدات النطاق الأساسي. تحتوي معظم التصاميم الكоаксية على أربع قطع رئيسية بداخلها - تبدأ بسلك نحاسي في المركز، ثم يُلف بطبقة تُسمى المادة العازلة التي تعمل كعازل. حول هذه الطبقة توضع دروع معدنية لمنع التداخل غير المرغوب فيه، ويتم حماية الكل بغلاف خارجي ضد الأضرار المادية. إن جزء الدروع هذا مهم جدًا لأنه يمنع الضوضاء الكهرومغناطيسية من التسبب في مشاكل، بينما تساعد المادة العازلة في الحفاظ على الأداء السلس للنظام من خلال الحفاظ على الخصائص الكهربائية المناسبة. عندما نتحدث تحديدًا عن تقنية 5G، تصبح هذه الكابلات منخفضة الفقد ضرورية تمامًا لأنها تحتاج إلى التعامل مع موجات المليمتر ذات التردد العالي جدًا دون فقدان الكثير من قوة الإشارة أثناء النقل.

أنواع الكابلات الكوаксية الشائعة: سلسلة RG مقابل سلسلة LMR

يقوم مشغلو الاتصالات السلكية واللاسلكية بنشر نوعين رئيسيين من كابلات التغذية الكوаксية:

السلسلة	التحوّط (ديسيبل/100 قدم @ 2 جيجاهرتز)	حالة الاستخدام
Rg	6.8–9.1	روابط داخلية لمسافات قصيرة
LMR	2.2–3.7	نشر خارجي منخفض الفقد

توفر كابلات LMR فقدان إشارة أقل بنسبة 23% تقريبًا عند الترددات العالية مقارنةً بأنواع RG القياسية، مما يجعلها أكثر ملاءمة لمواقع 5G الكبيرة التي تتطلب تمديدات كابلات طويلة تزيد عن 100 قدم.

شرح المعاوقة: 50 أوم مقابل 75 أوم في تطبيقات الاتصالات

عندما تحدث عدم توافق في المعاوقة داخل النظام، فإن الإشارات تنعكس للخلف بدلاً من الانتقال بشكل صحيح، مما يخل بالكفاءة التي تعمل بها الشبكات. ما زال معظم العاملين في مجال التلفزيون الإذاعي متمسكين بكابلات 75 أوم لأنها تعمل جيدًا في هذا التطبيق. ولكن عندما يتعلق الأمر بأبراج الهواتف الخلوية والبنية التحتية اللاسلكية الأخرى، يُفضّل الجميع تقريبًا كابلات 50 أوم في الوقت الحاضر. فهي تستطيع التعامل مع طاقة أعلى بكثير مقارنة بنظيراتها ذات 75 أوم، أحيانًا تصل إلى 5 كيلوواط، مع فقد أقل في قوة الإشارة أثناء النقل. وفقًا لتقرير صناعي حديث من أوائل عام 2024، فإن حوالي 9 من كل 10 شركات اتصالات تقوم بتركيب كابلات 50 أوم بين الهوائيات ووحدات الراديو البعيدة (RRUs). ويُعد هذا التفضيل منطقيًا نظرًا لمتطلبات الشبكات الخلوية الحديثة.

تقليل توهين الإشارة: طول الكابل، وسُمكه، وخسائر التردد

كيف تزداد خسارة الإشارة مع المسافة والتردد

مع انتقال الإشارات لمسافات أطول وعملها بترددات أعلى، تفقد هذه الإشارات قوتها بشكل طبيعي. وعادةً ما يتراوح هذا الانخفاض بين 0.2 إلى 1.5 ديسيبل لكل 100 قدم من الكابل، على الرغم من أن ذلك يختلف حسب نوع الكابل المستخدم والنطاق الترددي الذي يعمل فيه. فعلى سبيل المثال، عند تردد 900 ميغاهيرتز، يشهد كابل الكواكسيال العادي انخفاضًا في الإشارة يبلغ حوالي 11 ديسيبل بعد 100 قدم فقط، في حين تقلل كابلات الفقد المنخفض الحديثة هذه القيمة إلى نحو 8 ديسيبل. وتصبح الأمور أسوأ عند الانتقال إلى ترددات أعلى. فعند مقارنة تقنية الجيل الخامس (5G) التي تعمل في نطاق 3.5 جيجاهيرتز مع إشارات الجيل الرابع (4G) الأقدم التي تعمل تحت 2 جيجاهيرتز، فإن التقنية الجديدة تتعرض لفقدان إشارة أكبر بنحو 2.5 مرة. وهناك طريقتان مختلفتان يتصرف بهما هذا الفقد. فعند الحديث عن طول الكابل، يضعف الإشارة بشكل مباشر وتناسبي مع المسافة المقطوعة. أما التردد فيعمل بشكل مختلف، إذ لا يكون التدهور طفيفًا فقط، بل يزداد سوءًا بشكل أسّي كلما ارتفعنا في التردد. لذلك، إذا حاول شخص مضاعفة طول كابلاته، فسوف يضاعف أيضًا فقدان الإشارة. ولا داعي للتفكير في تمديد الكابلات أكثر من ذلك دون مواجهة مشكلات خطيرة في الإشارة.

موازنة قطر الكابل والتحلل لتحقيق الأداء الأمثل

تقلل الكابلات ذات القطر الأكبر من التحلل ولكنها تزيد من التصلب والتكلفة. على سبيل المثال، يقلل كابل قطره 0.5 بوصة من فقد الإشارة بنسبة 40٪ مقارنةً بنوع قطره 0.25 بوصة عند 3 جيجاهرتز. ومع ذلك، يصعب توجيه الكابلات السميكة في المساحات المحدودة. غالبًا ما يقوم المشغلون بتقييم المفاضلات باستخدام المعايير التالية:

قطر (بالبوصات)	تصنيف المرونة	التحلل عند 3 جيجاهرتز (ديسيبل/100 قدم)
0.25	مرتفع	6.8
0.5	معتدلة	4.1
0.75	منخفض	2.9

خصائص الفقد المعتمدة على التردد في نطاقات 4G و5G

تحتاج بنية الشبكة اليوم إلى التعامل مع إشارات عبر نطاق ترددي واسع يتراوح من 600 ميجاهرتز وحتى 40 جيجاهرتز. عادةً ما تعاني تقنية الجيل الرابع الأقدم العاملة بين 700 و2600 ميجاهرتز من تدهور في الإشارة بحوالي 3 إلى 8 ديسيبل لكل 100 قدم باستخدام كابلات عادية. تصبح الأمور أكثر تعقيدًا عند النظر في التقنيات الجديدة. يواجه نطاق الجيل الخامس المتوسط عند 3.5 جيجاهرتز خسائر أسوأ بكثير، قد تصل أحيانًا إلى 12 ديسيبل على نفس المسافة. ثم هناك موجات المليمتر ذات التردد العالي في النطاق من 24 إلى 40 جيجاهرتز التي تتطلب بشدة استخدام كابلات خاصة منخفضة الفقد بشكل استثنائي فقط للحفاظ على قوة الإشارة فوق مستويات الانخفاض الخطرة البالغة 15 ديسيبل. هذه الاختلافات مهمة جدًا في اتخاذ قرارات النشر في العالم الحقيقي.

أفضل الممارسات لتقليل تدهور الإشارة في خطوط التغذية

1. تقليل طول الكابلات : يمكن أن يؤدي تقليل الطول بمقدار 50 قدمًا إلى تقليل فقد الإشارة بنسبة 30–55%، حسب التردد
2. استخدام كابلات مزودة موصلات مسبقًا : تقلل التجميعات المنتهية بالمصنع من مخاطر التداخل السلبي (PIM) أثناء التركيب الميداني
3. تجنب الانحناءات الحادة : حافظ على نصف قطر الانحناء عند 10 أضعاف قطر الكابل أو أكثر لمنع اضطرابات المعاوقة
4. اختر مواد منخفضة الفقد : توفر القلوب العازلة الرغوية أداءً أفضل بنسبة 18–22% في الترددات العالية مقارنةً بالبولي إيثيلين الصلب

من خلال مواءمة مواصفات الكابل مع المسافة المطلوبة للنشر والتردد والظروف البيئية، يمكن للمشغلين تقليل الأعطال الناتجة عن التوهين بنسبة تصل إلى 67% مع الحفاظ على نسبة الإشارة إلى الضجيج (SNR) فوق العتبات التشغيلية.

ضمان توافق التردد وعرض النطاق للشبكات الحديثة

دعم تقنيتي 4G LTE و5G NR: متطلبات نطاق التردد

تحتاج شبكات الاتصالات اليوم إلى كابلات تغذية قادرة على التعامل مع نطاقات ترددات 4G LTE من 700 إلى 2600 ميجاهرتز، وكذلك إشارات 5G NR الأحدث التي تصل حتى 7.125 جيجاهرتز. وبالنظر إلى أجزاء مختلفة من الطيف، يظل النطاق دون 6 جيجاهرتز مهمًا جدًا للحصول على التوازن المثالي بين تغطية جيدة وسعة بيانات كافية. ثم هناك ترددات الموجات الملليمترية بين 24 و47 جيجاهرتز التي تتطلب كابلات خاصة شبه خالية من فقد الإشارة لأنها تعمل بشكل أفضل على المسافات القصيرة ولكنها توفر إمكانات ضخمة للنطاق الترددي. بالنسبة لمزودي الشبكات الذين يسعون للحفاظ على وتيرة متطلبات متغيرة، فإن امتلاك كابلات تدعم نطاقات تردد متعددة أمر منطقي لأنه يمكنهم من الاستفادة القصوى من موارد الطيف المتاحة مع استمرار تطور البنية التحتية بمرور الوقت.

مطالب عرض النطاق الترددي في الاتصالات السلكية واللاسلكية عالية معدل البيانات

تتطلب قنوات 5G عرض نطاق ترددي يتراوح بين 100 و400 ميجا هرتز لكل ناقل، وهو ما يفوق بكثير الحد الأقصى لتقنية LTE البالغ 20 ميجا هرتز. وللحفاظ على وفاء الإشارة، يجب أن تحافظ الكابلات التغذوية على نسبة VSWR أقل من 1.5:1، وتقليل الانعكاسات التي قد تعطل بث الفيديو بدقة 4K وتدفقات البيانات الضخمة الخاصة بالأجهزة المتصلة.

موازنة دعم الشبكة القائمة مع أداء مستقبلي قوي

يجب على المشغلين الحفاظ على التوافق مع خدمات 3G و4G الحالية في الوقت الذي يستعدون فيه لتقنية 5G-Advanced، التي تستهدف سرعات نقل قصوى تصل إلى 10 جيجابت في الثانية. وتضمن الكابلات ذات الطور المستقر والخصائص العازلة المتسقة أداءً موثوقًا به عبر بيئات الترددات المختلطة، وتقلل التشوه في الطور في تطبيقات MIMO والتوجيه الشعاعي.

تقييم الكابلات التغذوية متعددة النطاقات لمرونة الشبكة

يمكن لكابلات التغذية ذات الحزمة المزدوجة والثلاثية أن تقلل تكاليف البنية التحتية بنسبة تصل إلى 30٪ في المناطق الانتقالية بين المناطق الريفية والحضرية. وتدعم التصاميم المثلى الإرسال المتزامن عند 600 ميجاهرتز (LTE) و3.5 جيغاهرتز (5G)، مع توهين لا يزيد عن 0.3 ديسيبل/متر عند 40 درجة مئوية، مما يضمن تشغيلاً فعالاً تحت الأحمال الحرارية الواقعية.

الحفاظ على سلامة الإشارة: أداء PIM وعوامل التركيب

فهم التداخل الانعكاسي السلبي (PIM) في أنظمة الهواتف الخلوية

يحدث التوافقي غير الخطي، أو ما يُعرف باختصار PIM، عندما تبدأ النقاط غير الخطية في المكونات السلبية بإنشاء إشارات توافقية مزعجة لا يرغب أحد فيها. ونرى هذه المشكلة تزداد سوءًا بشكل كبير في شبكات الجيل الخامس (5G) مؤخرًا. إن الانتقال إلى الترددات الأعلى حول 3.5 جيجاهرتز يجعل الأمور أسوأ أيضًا، حيث يؤدي إلى زيادة التشويش بنسبة تتراوح بين 15 و20 بالمئة مقارنةً بما كان عليه الحال مع تقنية الجيل الرابع (4G) القديمة. ويواجه المهندسون الميدانيون عدة أسباب شائعة عند استكشاف مشكلات PIM وإصلاحها. ومن أبرز هذه الأسباب الموصلات المتآكلة، وكذلك التركيبات الفضفاضة التي لم يُهتم بتشديدها بشكل صحيح بعد التركيب. ولا ننسَ أيضًا تجميعات الكابلات التي لا تتناسب جيدًا مع بعضها البعض. وكل هذه المشكلات الصغيرة تؤدي إلى تداخلات تضعف أداء الشبكة وتقلل من السعة الكلية تدريجيًا.

كيف يؤثر PIM على سعة الشبكة وجودة المكالمات

تشير الأبحاث التي أُجريت في المواقع الميدانية طوال عام 2023 إلى أنه عندما يحدث تداخل التوافقيات السلبية (PIM)، يمكن أن ينخفض إنتاج الشبكة بنسبة تصل إلى 40 بالمئة في أبراج الخلايا الحضرية المزدحمة خلال ساعات الذروة. وعندما تعمل شركات اتصالات متعددة في مساحات ضيقة، تتفاقم هذه المشكلات، مما يؤدي إلى انقطاع المكالمات واتصالات إنترنت بطيئة بشكل مزعج للمستخدمين. غالبًا ما يلاحظ مشغلو الشبكات الذين يعملون مع كابلات التغذية حيث تتجاوز قياسات PIM قيمة -140 ديسيبل/هرتز زيادة بنسبة 30% تقريبًا في تذاكر خدمة العملاء التي تشتكي من جودة صوت ضعيفة في المكالمات وعدم استقرار الاتصالات. وهذه ليست مشكلة مجردة بالنسبة للمهندسين فحسب، بل تؤثر مباشرة على تجارب المستخدمين النهائيين في المناطق ذات الكثافة السكانية العالية.

اختيار وتركيب كابلات التغذية منخفضة التوافقيات السلبية للبيئات المزدحمة

تتميز كابلات التغذية منخفضة التوافقيات السلبية بموصلات مطلية بالفضة، وتقلل من التوافقيات بنسبة 85% مقارنةً بالواجهات الألومنيومية القياسية. وتشمل الممارسات الحرجة للتركيب ما يلي:

• الشد الخاضع للعزم (25–30 نيوتن·متر للموصلات من النوع N)
• تجنب الثنيات الأشد من 10 أضعاف قطر الكابل
• تطبيق هلام مضاد للأكسدة على الطرفيات الخارجية

في نشرات شبكات الجيل الخامس ذات الموجات الملليمترية، تُحسّن الكابلات المصنفة بمؤشر التداخل غير الخطي (PIM) أقل من أو يساوي -155 ديسيبل/هيرتز نسبة الإشارة إلى الضجيج بنسبة 12 ديسيبل، ما يوسع نصف قطر التغطية الفعالة بنسبة 18%. ويساعد إجراء اختبارات دورية للتداخل غير الخطي كل 6 إلى 12 شهرًا في الحفاظ على الامتثال لمعايير 3GPP TS 37.145 للتحكم في التداخل.

المتانة البيئية وموثوقية الكابلات التغذوية على المدى الطويل

تحديات التركيب الخارجي: الأشعة فوق البنفسجية، والرطوبة، ودرجات الحرارة القصوى

تُركَّب الكابلات التغذوية في الهواء الطلق، وعليها تحمل جميع أنواع الظروف القاسية. يُعد التعرض الطويل للضوء فوق البنفسجي مشكلة كبيرة، وغالبًا ما يؤدي إلى تدهور أغلفة البولي إيثيلين بنسبة تصل إلى 40 بالمئة خلال خمس سنوات فقط. ثم هناك التقلبات الشديدة في درجات الحرارة التي تتراوح بين -40 درجة مئوية وصولاً إلى 85 درجة مئوية، بالإضافة إلى الأمطار الغزيرة التي قد تتجاوز 100 مليمتر في الساعة، مما يؤثر سلبًا على الختم غير الكافي لكابلات. وعند تركيب هذه الكابلات على طول السواحل، تصبح الظروف أسوأ بسبب ضباب الملح الذي يتسبب في حدوث التآكل. وتبدأ الموصلات بالفشل بشكل أسرع، وتتراجع جودة الإشارات بشكل كبير إذا لم تكن محمية بشكل كافٍ من هذا البيئة البحرية.

مزايا الحماية الرئيسية: مقاومة الأشعة فوق البنفسجية، والوقاية من دخول المياه، والاستقرار الحراري

لتحمل الظروف القاسية، تضم الكابلات التغذوية الحديثة ما يلي:

• غلاف مقاوم للأشعة فوق البنفسجية (تم اختباره وفقًا لمعيار UL 1581 MW 1100) ويحتفظ بـ ≥90% من قوة الشد بعد 3,000 ساعة من التعرض
• حماية ثلاثية الطبقات من دخول المياه دمج تقنية القلب الجاف مع درع ألومنيوم ملحوم لمنع تسرب الرطوبة
• عوازل حرارية مستقرة الحفاظ على نسبة الموجة الثابتة للجهد (VSWR) أقل من 1.3:1 عبر نطاق درجات حرارة يتراوح بين -55°م إلى +125°م

تضمن هذه الميزات أداءً كهربائيًا ثابتًا على الرغم من تقلبات الظروف البيئية.

المواصفات القياسية الصناعية لكابلات التغذية المتينة والمصممة للاستخدام في الأماكن الخارجية

يلتزم المعيار Telcordia GR-13-CORE بضمان عمر خدمة لا يقل عن 20 عامًا في البيئات الخارجية القاسية. وتشمل الشهادات الأساسية ما يلي:

معيار	المتطلب الأساسي	الأهمية بالنسبة لكابلات التغذية
IEC 60754-1	انبعاث دخان خالٍ من الهالوجين	تركيبات آمنة في الأنفاق/البدرومات
EN 50288-7-1	مقاومة الأشعة فوق البنفسجية / التعرية	التعرض للشمس المباشرة
ETSI EN 302 066	حماية من الغمر وفق تصنيف IP68	مواقع الخلايا المعرضة للفيضانات

الأسئلة الشائعة حول كابلات التغذية الراديوية (RF)

ما هي استخدامات كابلات التغذية الراديوية (RF)؟

تُستخدم كابلات التغذية الراديوية لنقل إشارات الترددات الراديوية بين المكونات الرئيسية مثل الهوائيات ووحدات النطاق الأساسي في الشبكات الخلوية.

ما أنواع الكابلات المحورية المستخدمة بشكل شائع في الاتصالات؟

يستخدم مشغلو الاتصالات بشكل رئيسي كابلات RG وLMR المحورية، حيث تتميز كابلات LMR بفقدان أقل للإشارات عند الترددات العالية.

لماذا تُفضّل شركات الاتصالات كابلات 50 أوم؟

تُفضّل كابلات 50 أوم لأنها تُعالج طاقة أكبر بكفاءة مع فقد إشارة أقل مقارنة بكابلات 75 أوم.

كيف يؤثر قطر الكابل على توهين الإشارة؟

تقلل الكابلات ذات القطر الأكبر من توهين الإشارة ولكنها تزيد من التصلب والتكلفة، مما يتطلب تقييماً دقيقاً للتجاذبات.

كيف يمكن تقليل تدهور الإشارة في خطوط التغذية؟

يمكن تقليل تدهور الإشارة عن طريق تقليل طول الكابل، واستخدام كابلات مسبقة التوصيل، وتجنب الانحناءات الحادة، واختيار مواد منخفضة الفقد.

ما التحديات البيئية التي تواجه كابلات التغذية الخارجية؟

تواجه كابلات التغذية الخارجية تحديات مثل التعرض للأشعة فوق البنفسجية، والرطوبة، وتقلبات درجات الحرارة الشديدة، والتآكل في البيئات البحرية.