Защо RF коаксиалните кабели са подходящи за предаване на сигнали от базови станции?

Отговаряне на изискванията за предаване на сигнали в базови станции чрез RF коаксиални кабели

Разбиране на изискванията за предаване на сигнали в базови станции

Базовите станции изискват кабели, които запазват цялостността на сигнала в честотен диапазон до 6 GHz, като едновременно са устойчиви към околната среда – температурни промени и влага. Тези системи изискват обратни загуби <20 dB и стабилен импеданс от 50 ома, за да се предотвратят отражения на сигнала, което е от съществено значение за надеждното предаване на глас и данни в клетъчните мрежи.

Как RF коаксиалните кабели отговарят на изискванията на телекомуникационната инфраструктура

Слоистата конструкция на RF коаксиалните кабели комбинира прецизни проводници с напреднали диелектрични материали, за да се постигне баланс между гъвкавост и ефективност на екранирането. За разлика от твърдите вълноводи, коаксиалните варианти се адаптират към стеснени завои при инсталации на кули, като осигуряват затихване <0,3 dB/m при 3,5 GHz, което отговаря на ключови показатели за производителност при развертания на 5G NR.

Феномен: Увеличаваща се зависимост от надеждна RF свързаност в мрежи 5G

Оператори съобщиха за 38% по-малко посещения на обекти при използване на двойно екранирани RF коаксиални кабели в mmWave малки клетки по време на полеви изпитвания през 2023 г. Тази подобрена надеждност произлиза от иновации като диелектрици с пяна, които помагат за минимизиране на скоковете в забавянето при пикови натоварвания на трафика.

Сравнителен анализ: Коаксиален кабел срещу вълновод срещу влакно за последната миля при базови станции

Минимизиране на загубата на сигнал и затихването във високочестотни базови станции

Фактори, допринасящи за загуба на сигнал в радиочестотни коаксиални кабели

Коаксиалните RF кабели страдат от загуба на сигнал главно поради три неща. Първо, има диелектрично поглъщане, при което около 0,8 до 1,5 процента от енергията се губи в тези стандартни пенополиетиленови материали. След това имаме съпротивление на проводника, което всъщност може да отнеме до 25% от силата на сигнала в преплетени медни кабели. И накрая, лошото екраниране води и до загуби чрез излъчване. Въпреки това, последен доклад на Института за телекомуникационни стандарти разкрива нещо интересно. Изследването им от 2023 г. показва, че съвременните високочестотни базови станции, работещи в диапазона между 3,5 и 28 GHz, деградират сигнала приблизително с 23% по-бързо в сравнение с по-старите системи под 6 GHz, когато всички тези фактори се комбинират. Това има голямо значение за мрежовите оператори, които се опитват да поддържат качествени връзки в различни честотни диапазони.

Влияние на честотния диапазон и възможностите за предаване на сигнала върху затихването

Стандартните RF коаксиални кабели обикновено губят силата на сигнала с около 18% за всеки GHz увеличение в честотата. Повечето разпространени модели губят повече от 3 dB след само 100 фута при работа на честоти от 6 GHz. На по-ниските честоти обаче ситуацията е много по-добра – сигнали под 1 GHz обикновено изпитват загуба от по-малко от половин dB на същото разстояние. За да се компенсират тези загуби, инженерите проектират кабели със стабилни импедансни характеристики. Висококачествените кабели могат да запазят номиналното си съпротивление от 50 ома в диапазон от плюс или минус 1 ом от постоянния ток чак до 40 GHz, което ги прави надеждни за широк кръг от приложения, където целостта на сигнала е от решаващо значение.

Принцип: Обратната зависимост между дължината на кабела и цялостността на сигнала

За всеки допълнителни 50 фута кабел, силата на сигнала намалява с около 0,75 до 1,2 dB в тези 4G и 5G мрежи. Това всъщност е доста значимо, като се има предвид, че FCC изисква загуба под 2 dB за крайните връзки точно при потребителя. Повечето специалисти на терен препоръчват кабелите да бъдат по-къси от 150 фута при работа с честоти под 6 GHz. Те също често използват някои сложни методи за съгласуване на импеданса, които очевидно намаляват досадните отражения на загубите с около две трети. Wireless Infrastructure Association спомена това в своя доклад от 2022 г., така че определено става въпрос за нещо, което професионалистите наблюдават напоследък.

Кейс Стъди: Кабели с ниски загуби намаляват dB спада в урбани макроклетки

Една голяма телекомуникационна компания в голям град успя да намали загубите на сигнала от макроклетките от около 4,2 dB до само 1,8 dB, след като замени стандартните кабели RG-8 с нови версии с пяна диелектрик, напълнена с азот. Резултатите също бяха впечатляващи. Скоростта за изтегляне се повиши с около 41% в претъпканите централни райони, където всеки се бори за честотен обхват. Освен това всяка базова станция използваше с 18 по-малко вата на всяка клетъчна локация. Това може и да не звучи много, докато не осъзнаете, че сумата достига до приблизително 2100 щатски долара спестявания по сметките за електроенергия всяка година за всяка отделна кула, която те експлоатират.

Тенденция: Приемане на свръхнискогубещи ВЧ коаксиални кабели в развертвания с висока честота

Седемдесет и осем процента от мобилните оператори сега поставят приоритет на кабели с изключително ниски загуби (<0,5 dB/100 фута при 28 GHz) за развертания в mmWave диапазона, което се дължи на изискванията за канална лента при 5G NR. Според Доклада за мобилни мрежи 2024 се наблюдава 290% годишен ръст в прилагането на сребрирани проводници, които подобряват високочестотната проводимост с 27% в сравнение със стандартните медни конструкции.

Проектирани за надеждност: Структура на коаксиални кабели и иновации в материали

Слоиста архитектура на ВЧ коаксиални кабели: Проводник, Диелектрик, Екраниращ слой, Обвивка

RF коаксиалните кабели дължат своята надеждност на прецизното си многослойно изграждане. Вътре се намират масивни или вити медни проводници, които предават сигнали ефективно. Между тях се намира диелектрична изолационна материя като PTFE или понякога пяна от полиетилен, която осигурява гладко функциониране без смущения. Следва екраниращ слой, обикновено изработен от оплетен мед или алуминиева фолиа, който блокира около 90 до 95 процента от електромагнитните смущения. И накрая, отвън е ограден с външен слой, типично от UV-устойчив PVC, който защитава от атмосферни и други околните фактори. Практически тестове установиха, че тези многослоjni конструкции всъщност се повреждат значително по-рядко в сравнение с по-простите еднослойни варианти — приблизително с 25% по-малко често според полеви данни, събрани в продължение на време.

Иновации в материали, подобряващи издръжливостта и производителността

Най-новото поколение RF коаксиални кабели предизвиква вълни благодарение на сериозни иновации в материалознанието, които им помагат да отговарят на изискванията на мрежите за 5G. Когато става въпрос за проводимост, сплави от високочист мед намаляват загубата на сигнал с около 18% в сравнение с обикновените проводници, според проучване, публикувано от Понемон през 2023 г. Междувременно, онези модерни диелектрици с пяна, инжектирани с азот, вътре в тези кабели, успяват да повишат коефициента на скорост до около 0,85, което означава, че сигнали могат да се предават през тях много по-бързо отпреди. Външният слой също не е пренебрегнат. Двуслоеви якета от облъчено полиетилен устояват на сурови метеорологични условия около 40% по-добре в сравнение с по-стари модели, така че тези кабели издържат над 15 години, дори и в трудни градски среди, където често се срещат екстремни температури. Всички тези подобрения добре съответстват на това, което видяхме в Доклада за телекомуникационни материали за 2024 г., където експертите посочиха, че актуализирането на материалите не е просто желателно, а абсолютно задължително, ако операторите искат да поддържат почти перфектното нетърпение на мрежата от 99,999 процента, на което всички разчитат.

Съгласуване на импеданса (50 ома за RF приложения), осигуряващо минимално отражение

Стандартът за 50 ома импеданс помага да се намалят досадните отражения на сигнала, тъй като поддържа много стабилна диелектрична константа – в рамките на около 1,5% вариация. Когато инженерите допуснат грешка на терен, нещата бързо излизат извън контрол. От тестовете ни е видно, че несъгласуваният импеданс може да увеличи загубата при отражение с до 6 децибела, което води до проблеми в около четири от пет мобилни базови станции, според проучване на New England Labs миналата година. Съвременните производствени методи вече поддържат подравняването на проводниците на разстояние по-малко от 0,1 милиметра един от друг. Това е от решаващо значение, когато кабелите трябва да се огъват под прав ъгъл, без да губят характеристиките си. Резултатът? Намаляване на фазовите изкривявания с около 32 процента при високите mmWave честоти, в сравнение с кабели, произведени извън тези стандарти.

Стратегия: Избор между гофриран меден и алуминиев външен проводник

Медта се предпочита за високомощни градски макроклетъчни разположения, докато 63% намаление на теглото при алуминия го прави идеален за въздушни инсталации. Ребристите конструкции увеличават устойчивостта към смачкване с 22% при двата материала в сравнение с гладкостенни алтернативи.

Екраниране и устойчивост към ЕМИ в плътни RF среди

Екранирането като критичен фактор в плътни RF среди

Днешните базови станции трябва да се справят с всевъзможни електромагнитни смущения, идващи от близки антени, навсякъде преминаващи електропроводи, както и безброй устройства от интернет на нещата (IoT), които „жужат“ наоколо. Решението? Радиочестотни коаксиални кабели с добра екранировка правят чудеса в този случай. Тези кабели действат като бариери срещу нежелани радиочестотни шумове, които иначе биха нарушили сигналите. Според някои скорошни изследвания, публикувани в Доклада за ефективност на RF екраниране 2024, когато операторите инвестират в качествени материали за екраниране, наблюдават рязко намаляване на прекъсванията в услугите, причинени от интерференция. В оживени градски райони, където електромагнитните смущения (EMI) могат да достигнат над 100 волта на метър, тези подобрения намаляват проблемите почти с две трети. Това прави огромна разлика за осигуряване на надеждна връзка в пренаселени градски условия.

Многослойни конструкции за екраниране, намаляващи проблемите с интерференция

За борба с високочестотните ЕМП в честотните ленти на 5G, производителите използват многослойни екраниращи архитектури, комбиниращи фолио, оплет и композитни материали:

Многослойните конструкции надминават едноекранираните кабели по ефективност с 2,5 пъти в mmWave честотните диапазони, според сравнително проучване на екранирането при анализ на 120 мобилни базови станции.

Анализ на контроверзии: Рискове от PIM при неправилно сглобени RF коаксиални кабели

Въпреки че екранирането подобрява устойчивостта към ЕМИ, неправилно завършване може да доведе до пасивна интермодулация (PIM), при която корозирали конектори или разхлабени съединения генерират нежелани сигнали. Проучвания в индустрията показват, че 31% от полевите повреди в плътни мрежи се дължат на PIM, а не на дефекти в екранирането, което подчертава значението на прецизната сглобка.

Полеви данни: Скорости на намаляване на ЕМИ чрез двойно екранирани кабели

По време на изпитванията през 2023 г. използването на двойно екранирани RF коаксиални кабели в базови станции макро клетки намали пренасочванията, свързани с ЕМИ, с 42%. Мрежите, използващи кабели с екраниране 90 dB, постигнаха с 12% по-високи отношения сигнал към шум в сравнение с тези със стандартни 60 dB конструкции, което демонстрира тяхната ефективност в зони с висока степен на смущения като стадиони и транспортни възли.

Честотен обхват, мощност и гъвкавост при разполагане в съвременни мрежи

Работен честотен обхват и мощност на ВЧ кабели в системи с под-6 GHz и mmWave

RF коаксиалните кабели осигуряват постоянен работен режим в целия честотен диапазон, срещан в днешните базови станции, обхващайки всичко от суб-6 GHz лентите около 3,3 до 7,1 GHz чак до високочестотните mmWave диапазони между 24 и 40 GHz. Тези кабели имат специални материали вътре, които минимизират загубата на сигнал и запазват точно 50 ома съпротивление, необходимо за ефективна предавателна мощност, дори и при работа с мощните сигнали, достигащи до 5 киловата в големи мобилни предавателни кули. Когато става въпрос конкретно за mmWave приложения, производителите все по-често използват пяна от полиетилен, напълнена с азот, вместо обикновен PTFE материал. Според последни проучвания, публикувани миналата година в Доклада за безжичната инфраструктура, тази промяна всъщност намалява загубата на сигнал с около 17 процента, като прави тези кабели значително по-подходящи за обработка на предаванията при по-високите честоти.

Приложения на RF кабели в телекомуникациите и базовите станции при висока натовареност

В градски среди с повече от 50 000 едновременни връзки двойно екранираните RF коаксиални кабели запазват 98,6% сигнален интегритет при пикови натоварвания. Устойчивата им на огъване конструкция позволява компактно прокарване в кабелни трасета и кули, което предлага ясно предимство спрямо твърдите вълноводни решения.

Тенденция: Нарастващо търсене на широколентови коаксиални решения за многолентови базови станции

Все повече мрежови оператори преминават към широколентови RF коаксиални кабели, работещи в диапазона от 1,7 до 7,5 GHz. Тези кабели им позволяват да обединят своите 4G, 5G и LTE мрежи в един-единствен фидерен кабел, вместо да използват няколко. Спестяванията от такава конфигурация могат да бъдат значителни – около 23 процента според доклада на Mobile Broadband Alliance от 2023 г. Освен това това оставя място за разширение, тъй като тези системи могат да поддържат честоти до 10 GHz в бъдеще. Гледайки още по-напред, се наблюдава интересно развитие в хибридните кабелни конструкции, използващи диелектрици с въздушни разстояния. Тези нови кабели започват да се появяват в приложения, изискващи ултрашироколентови mmWave резервни връзки на честоти над 28 GHz.

Часто задавани въпроси

За какво се използват RF коаксиални кабели?

RF коаксиалните кабели се използват за предаване на радиочестотни сигнали в телекомуникационната инфраструктура, включително мобилни мрежи и базови станции.

Защо коаксиалните кабели се предпочитат пред влакното за последната миля?

Коаксиалните кабели се предпочитат пред влакнестооптичните на последната миля поради отношението между цена и производителност, както и устойчивостта им към атмосферни условия.

В какъв честотен диапазон работят RF коаксиалните кабели?

RF коаксиалните кабели обхващат честотен диапазон от постоянен ток до 110 GHz, което ги прави подходящи за различни приложения.

Какво е влиянието на неправилно терминиране върху RF коаксиалните кабели?

Неправилното терминиране може да доведе до пасивна интермодулация (PIM), която причинява нежелани сигнали и намалява надеждността.

Как влияят екраниращите конструкции върху производителността в плътни RF среди?

Екраниращи конструкции с множество слоеве (фолио, оплетка, композитни материали) намаляват смущенията и подобряват устойчивостта към ЕМИ в плътни RF среди.