مدونة

لماذا تعد الكابلات النحاسية ذات العازل الهوائي الخيار الأمثل لمحطات قاعدة 5G وmmWave؟

فيزياء انخفاض الفقد: كيف يقلل العازل الهوائي من التوهين فوق 2.5 جيجاهرتز

تستفيد الكابلات المحورية ذات العازل الهوائي من ثابت العزل المنخفض للغاية للهواء (حوالي 1)، وهو الأدنى بين جميع العوازل العملية، مما يجعلها ممتازة في تقليل فقد الإشارة عند الترددات فوق 2.5 جيجاهرتز. بالمقارنة مع الخيارات التقليدية مثل عوازل البولي إيثيلين الرغوية أو الصلبة، لا يتسبب الهواء في قطب جزيئي كبير، وبالتالي يمتص طاقة أقل بكثير. عند حوالي 6 جيجاهرتز، يمكن أن يقلل ذلك من توهين الإشارة بنسبة تقارب 40%. وعند الوصول إلى نطاقات الموجات الملليمترية الأعلى، تصبح هذه الخاصية مهمة جدًا لأن فقد الإشارة يزداد سوءًا بسرعة أكبر مع ارتفاع التردد. تُظهر الاختبارات الواقعية أن هذه الكابلات ذات العازل الهوائي تحافظ على جودة إشارة تبلغ نحو 92% حتى بعد المرور عبر 100 متر عند 28 جيجاهرتز. وهذا أفضل بكثير مما تحققه معظم الكابلات ذات اللب الرغوي، التي تنخفض أداؤها عادةً إلى ما دون 70%. إن الحفاظ على إشارات نظيفة بهذه الطريقة أمر بالغ الأهمية لتقنيات التعديل المتقدمة المستخدمة في الشبكات الحديثة، وخاصةً مهم للحفاظ على انخفاض زمن التأخير في أنظمة النقل الخلفي لشبكة الجيل الخامس (5G).

الاستقرار الحراري والقدرة على التعامل مع الطاقة العالية للقواعد الحضرية الكثيفة لشبكة الجيل الخامس (5G)

في المناطق الحضرية، تعمل محطات قاعدة الجيل الخامس عادةً بقدرة إرسال تزيد عن 200 واط، مما يعني أنها تحتاج فعليًا إلى حلول جيدة لإدارة الحرارة. أصبحت الكابلات الهوائية العازلة ذات النواة السلكية شائعة لأن لبها المجوف يسمح بخروج الحرارة أسرع بنحو ثلاث مرات مقارنة بالتصاميم التقليدية المملوءة بالمواد الصلبة. بالنسبة لخيارات الكابلات الصلبة، نجد أن انحراف خسارة الإدخال يبقى أقل من 0.05 ديسيبل عبر كامل المدى الحراري الصناعي من ناقص 40 درجة مئوية وحتى زائد 85 درجة مئوية. هذا الأمر مهم جدًا للمعدات المثبتة على الأسطح حيث يمكن أن يتسبب الضوء المباشر للشمس في مشكلات تسخين جسيمة. أما بالنسبة للكابلات شبه المرنة، فإنها تحافظ على استقرار المعاوقة مع نسب VSWR أقل من 1.15:1 حتى عند ثنيها بشكل ضيق حول الزوايا. ويساعد ذلك في منع مشكلات PIM المزعجة التي تظهر عند دمج صفائف الهوائيات المدمجة. وتضمن جميع هذه الخصائص معًا بقاء الشبكات متصلة بشكل موثوق. وصدقوني، لا يمكن لشركات الاتصالات تحمل التوقف عن العمل، إذ تكلفها حالات التوقف نحو 740,000 دولار في كل ساعة وفقًا لبحث معهد Ponemon من العام الماضي.

أفضل أنواع الكابلات المحورية ذات العازل الهوائي المُعتمدة لاستخدامها في نشر محطات القاعدة

الكابلات الصلبة ذات العازل الهوائي: أداء دقيق عند تردد 3.5 جيجاهرتز وما فوق

توفر الكابلات المحورية ذات العازل الهوائي الصلب فقدانًا منخفضًا جدًا للإشارات في تطبيقات التغذية الثابتة التي تعمل عند ترددات تزيد عن 2.5 جيجاهرتز. ما يميز هذه الكابلات هو تصميم الموصل الخارجي المدمج الذي يحافظ على هندسة الفجوة الهوائية ثابتة طوال الوقت. تقلل هذه الثباتية من فقد الإشارة بنسبة تقارب 30٪ مقارنة بالكابلات المشابهة ذات القلب الرغوي عند استخدامها في ترددات الموجات الملليمترية. بالنسبة لأي شخص يتعامل مع إشارات عند 3.5 جيجاهرتز فما فوق، فإن هذا المستوى من الدقة يعني تحسنًا عامًا في سلامة الإشارة. ولهذا السبب تفضل العديد من شركات الاتصالات هذه الكابلات لتغذية هوائيات المحطات الأساسية الكبيرة، خاصةً أن فقد المسار يمكن أن يكون عاملًا مقيّدًا للغاية. ولضمان التشغيل السلس، بدأ معظم المصنّعين بدمج أنظمة ضخّ تحافظ على هواء جاف داخل الكابل بضغط يتراوح بين 3 إلى 5 رطل لكل بوصة مربعة. تمنع هذه الأنظمة دخول الرطوبة وتساعد في الحفاظ على نسبة الموجة الثابتة للجهد تحت السيطرة حتى في الظروف الجوية القاسية. ومع ذلك، فإن التركيب ينطوي على بعض التحديات. يجب على الفنيين اتباع إرشادات صارمة فيما يتعلق بنصف قطر الانحناء أثناء الإعداد. ولكن وعلى الرغم من هذه المتطلبات، لا تزال الكابلات المحورية ذات العازل الهوائي الصلب تميز نفسها بعمرها الطويل واستقرارها الممتاز في الطور، مما يجعلها مثالية للتركيبات الدائمة على الأبراج حيث تكون الموثوقية هي الشاغل الأكبر.

الأنواع شبه المرنة للعازل الهوائي: تحقيق التوازن بين عملية التركيب والكفاءة في نطاق 24–28 غيغاهرتز

تُعد الكابلات شبه المرنة ذات العازل الهوائي حلًا يقع بين الأداء العالي والنشر السهل، وتفيد بشكل خاص في المدن المزدحمة والمباني التي تتطلب تركيب الخلايا الصغيرة. ويسمح الموصل الخارجي المصنوع من النحاس المموج لهذه الكابلات بالانحناء بدرجة تصل إلى ثماني مرات قطرها الخاص، ما يجعل التركيب اللاحق ممكنًا حتى على الأسطح المزدحمة، ويتيح تنفيذ تركيبات منظمة في المساحات الميكانيكية الضيقة. وأظهرت الاختبارات فقدانًا لا يتجاوز 0.6 ديسيبل تقريبًا كل 30 مترًا عند الترددات التي تصل إلى 28 جيجاهرتز، مما يحافظ على سرعات البيانات دون أي تنازل عن الأداء. وتتميز هذه الكابلات أيضًا بفواصل دقيقة مصبوبة للعازل، تمنع تحوّل الموصل المركزي عند حدوث الاهتزاز أو تغيرات درجة الحرارة، ما يضمن استقرار جودة الإشارة مع مرور الوقت. وعلى الرغم من أن هذه الكابلات تُظهر فقدان إشارة أعلى قليلاً مقارنة بالإصدارات الجامدة، فإن الكابلات شبه المرنة توفر أفضل توازن بين أداء الترددات الراديوية، والمرونة الفيزيائية، وسرعة تركيبها من قبل الفنيين في معظم الحالات ضمن النطاق من 24 إلى 28 جيجاهرتز.

الأداء في العالم الحقيقي: كابل محوري عازل بالهواء مقابل كابل محوري رغوي من مادة البولي إيثيلين في سيناريوهات المحطات الأساسية

التحقق الميداني من حزمة CBRS: فقد أقل بنسبة 22٪ على بعد 120 مترًا في نطاق الترددات 3.7–3.98 جيجاهرتز

أظهرت الاختبارات الميدانية مع أجهزة CBRS أن الكابلات النحاسية ذات العازل الهوائي تتفوق بشكل كبير على تلك المصنوعة من البولي إيثيلين الرغوي. عند النظر في خطوط التغذية التي يبلغ طولها حوالي 120 مترًا وتعمل بين ترددات 3.7 و3.98 جيجاهرتز، لاحظ مشغلو الشبكات انخفاضًا مستمرًا بنسبة حوالي 22٪ في فقد الإشارة. يحدث هذا لأن الهواء يتمتع بخصائص عازلة شبه مثالية (ثابت العزل الكهربائي قريب من 1.0) مقارنة بالاحتكاك الطبيعي ومشاكل تدهور الإشارة الموجودة في المواد الرغوية. تعني جودة الإشارة الأفضل أن الأبراج يمكنها بث إشارات أقوى بشكل عام. في المناطق الحضرية المزدحمة حيث يكون حركة الاتصالات الخلوية عالية، يؤدي ذلك إلى زيادة معدل نقل البيانات من 15٪ إلى 30٪ لكل محطة قاعدية. بالإضافة إلى ذلك، يتمدد نطاق التغطية بشكل طبيعي دون الحاجة إلى معدات إضافية مثل المكررات. بالنسبة لشركات الاتصالات، تعني جميع هذه المزايا أنه يمكنها نشر بنية تحتية جديدة بشكل أسرع، وأن مكبرات الصوت الخاصة بها تعمل بكفاءة أعلى وتتمتع بعمر أطول، كما تنخفض التكاليف الإجمالية بشكل كبير. والفوائد المالية واضحة أيضًا، حيث تتحقق العوائد على الاستثمار قبل مواعيدها المتوقعة بمدة تتراوح بين 3 إلى 5 سنوات بفضل التأجيل في الحاجة إلى استبدال الأجهزة والتزام أفضل باتفاقيات مستوى الخدمة.

ممارسات التركيب الحرجة والبيئية المثلى لكابلات المحورية ذات العازل الهوائي

منع تسرب الرطوبة، والضغط، وموثوقية التشغيل لفترات طويلة في الأماكن الخارجية

يعتمد الحفاظ على جودة الإشارة في الكابلات المحورية ذات العازل الهوائي بشكل كبير على وجود مساحة داخلية جافة ومستقرة حيث يقع العازل. تتطلب التركيبات الخارجية والكابلات ذات الأطوال الطويلة ضغط هواء جاف مستمر يتراوح بين 3 و5 رطل لكل بوصة مربعة، وذلك لمنع مشاكل التكاثف. حتى كميات صغيرة من الرطوبة يمكن أن تسبب فقدانًا خطيرًا في الإشارة، يصل إلى 15 أو ربما 20 ديسيبل خلال 100 متر فقط عند التعامل مع إشارات الموجات الملليمترية عالية التردد. عند عزل الموصلات، يُطبّق الفنيون عادةً طبقتين واقيتين: أولاً يلفون الشريط السيليكوني اللامس بالذات، ثم يغطونه بأغطية انكماش حراري مقاومة للأشعة فوق البنفسجية ومبطنة بمادة لاصقة. بالنسبة لكابلات الجدار الصلبة التي تمتد عبر المباني، يتضمن التركيب السليم إنشاء حلقات تنقيط وتثبيت صمامات تهوية باتجاه لأسفل بحيث تسقط قطرات الماء قبل وصولها إلى المنطقة المضغوطة داخليًا. وفي الأجزاء الأفقية الطويلة التي تتجاوز 30 مترًا، من الحكمة وضع وصلات تمدد كل 15 إلى 20 مترًا تقريبًا، مما يساعد على إدارة تغيرات درجة الحرارة دون كسر الختم. وعند النظر إلى التقارير الميدانية الفعلية من المناطق القريبة من السواحل حيث تكون الرطوبة دائمًا مرتفعة، نجد أن الأنظمة ذات الضغط الجيد تستمر لفترة أطول بـ 8 إلى 10 سنوات إضافية مقارنة بتلك التي لا تتمتع بهذه الحماية. لذلك، بينما قد يعتقد البعض أن الضغط مجرد ميزة إضافية، فإن المثبتين ذوي الخبرة يعرفون أنه في الواقع أمر ضروري لضمان عمل هذه الأنظمة بموثوقية على المدى الطويل.

قسم الأسئلة الشائعة

• ما هي الميزة الرئيسية لاستخدام الكابلات المحورية ذات العازل الهوائي في شبكات الجيل الخامس (5G)؟
  توفر الكابلات المحورية ذات العازل الهوائي توهينًا أقل للإشارات وإدارة حرارية أفضل، مما يجعلها مثالية للتطبيقات عالية التردد مثل الجيل الخامس (5G).
• كيف تُدير الكابلات ذات العازل الهوائي درجة الحرارة بشكل أفضل مقارنةً بالأنواع الأخرى؟
  يسمح القلب المجوف للكابلات ذات العازل الهوائي بخروج الحرارة بكفاءة أكبر، وهو أمر بالغ الأهمية لإدارة مستويات الطاقة العالية المستخدمة في محطات قاعدة الجيل الخامس (5G) الحضرية.
• ما هي التحديات المرتبطة بتركيب الكابلات المحورية ذات العازل الهوائي؟
  يتطلب التركيب الالتزام الصارم بإرشادات نصف قطر الانحناء واستخدام أنظمة ضخ الهواء لمنع تسرب الرطوبة.
• لماذا تُفضَّل الكابلات ذات العازل الهوائي على كابلات البولي إيثيلين الرغوية؟
  تقدم الكابلات ذات العازل الهوائي جودة إشارة أفضل وفقدانًا أقل في المسار، مما يعزز من سعة نقل البيانات ومساحة التغطية دون الحاجة إلى بنية تحتية إضافية.