Блог

Защо коаксиалният кабел с въздушен диелектрик е оптималният избор за 5G и mmWave базови станции

Физиката на ниските загуби: как въздушният диелектрик минимизира затихването над 2,5 GHz

Коаксиалните кабели с въздушен диелектрик използват изключително ниската диелектрична константа на въздуха (около 1), която е най-ниската сред всички практически изолатори, като по този начин те намаляват загубите на сигнала при честоти над 2,5 GHz. В сравнение с традиционни варианти като пяна или плътни полиетиленови диелектрици, въздухът не предизвиква значителна молекулна поляризация и поема много по-малко енергия. При около 6 GHz това може да намали затихването на сигнала почти с 40%. Когато достигнем по-високите милиметрови вълнови диапазони, това свойство става особено важно, тъй като загубите на сигнала се увеличават много по-бързо с повишаване на честотата. Практически тестове показват, че тези кабели с въздушни диелектрици запазват около 92% от качеството на сигнала дори след преминаване на 100 метра при 28 GHz. Това е значително по-добре от повечето кабели с фоамирано ядро, които обикновено показват резултат под 70%. Запазването на чист сигнал е от решаващо значение за напредналите методи за модулация, използвани в съвременните мрежи, и особено важно за поддържане на ниско забавяне в системите за 5G резервно свързване.

Термична стабилност и висока мощност за гъсто населени урбани 5G базови станции

В градските зони 5G базовите станции обикновено работят с предавателна мощност над 200 вата, което означава, че наистина се нуждаят от добри решения за термален контрол. Въздушните диелектрични коаксиални кабели стават все по-популярни, тъй като кухото им ядро позволява топлината да се отвежда около три пъти по-бързо в сравнение с традиционните модели с плътен запълнител. При вариантите с твърди кабели наблюдаваме, че промяната в загубите при включване остава под 0,05 dB в целия индустриален температурен диапазон – от минус 40 градуса Целзий до плюс 85 градуса Целзий. Това е от голямо значение за оборудването, монтирано на покриви, където директната слънчева светлина може да причини сериозни проблеми с прегряването. Когато става въпрос за полугъвкави кабели, те запазват стабилно вълново съпротивление с VSWR под 1,15:1, дори когато са силно извити около ъгли. Това помага да се предотвратят досадните PIM проблеми, които възникват при интегрирането на компактни антенни масиви. Всички тези характеристики заедно гарантират надеждната работа на мрежите. И нека да си признаем, операторите не могат да си позволят прекъсвания, тъй като спиранията им струват около 740 000 долара на час според проучване на Института Понеман от миналата година.

Най-добрите валидирани типове коаксиални кабели с въздушна диелектрична среда за разполагане на базови станции

Ригидни линии с въздушна диелектрична среда: прецизни характеристики при 3,5 GHz и по-високи честоти

Коаксиалните кабели с твърд въздушен диелектрик осигуряват изключително ниски загуби на сигнала за фиксирани фидери, работещи на честоти над 2,5 GHz. Особеността на тези кабели е безшевният дизайн на външния проводник, който запазва постоянна геометрията на въздушната междина по цялата дължина. Тази последователност намалява загубите на сигнал приблизително с 30% в сравнение с аналогични кабели с пянова сърцевина, когато се използват на милиметрови вълни. За всеки, който работи с сигнали на 3,5 GHz и по-високи честоти, тази прецизност означава по-добра цялостна интегритет на сигнала. Затова много телекомуникационни компании предпочитат тези кабели за антенни фидери на макростанции, особено като им се има предвид, че затихването по трасето често е ограничаващ фактор. За да работи всичко гладко, повечето производители вече вграждат системи за под налягане, които поддържат сух въздух в кабела при около 3 до 5 паунда на квадратен инч. Тези системи предотвратяват проникването на влага и помагат да се поддържа коефициентът на стояща вълна на напрежението под контрол дори при сурови метеорологични условия. Въпреки това монтажът има своите предизвикателства – техниците трябва да спазват строги указания за минимален радиус на огъване по време на инсталирането. Но въпреки тези изисквания, коаксиалните кабели с твърд въздушен диелектрик продължават да се отличават с дълъг експлоатационен живот и отлично фазово стабилност, което ги прави идеални за постоянните инсталации на кули, където най-важно е надеждността.

Полугъвкави варианти с въздушна диелектрична среда: Балансиране на практическото монтиране и ефективността при 24–28 GHz

Кабелите с въздушен диелектрик, които са полуеластични, заемат средно положение между високата производителност и лесното развертане, особено полезни в гъсто застроени градове и сгради, където трябва да се инсталират малки клетки. Външният проводник, изработен от гофрирана мед, позволява на тези кабели да се огъват до осем пъти диаметъра им, което прави възможно преустройството дори на натоварени покриви и позволява аккуратни инсталации в стеснени машинни помещения. Тестовете показват загуба от около 0,6 dB на всеки 30 метра при честоти до 28 GHz, така че скоростта на предаване на данни остава висока без компромиси. Тези кабели също имат прецизно формовани разстоятелни пръстени за диелектричния материал, които предотвратяват изместването на централния проводник при вибрации или температурни промени, осигурявайки стабилно качество на сигнала в дългосрочен план. Въпреки че имат леко по-високи загуби в сравнение с твърдите версии, полуеластичните кабели все пак предлагат най-добрия баланс между радиочестотната производителност, физическата гъвкавост и скоростта на инсталиране от техниците в повечето ситуации в диапазона от 24 до 28 GHz.

Реална производителност: Въздушно диелектрично коаксиално кабелно срещу пяна от полиетилен в сценарии за базови станции

Полево валидиране на честотната лента CBRS: 22% по-ниски загуби по пътя на предаване на 120 м при 3,7–3,98 GHz

Полеви тестове с CBRS ленти показаха, че кабелите за въздушни коаксиални кабели значително надминават тези, изработени от пенополиетилен. При разглеждане на фидерни линии с дължина около 120 метра, работещи на честоти между 3,7 и 3,98 GHz, мрежовите оператори постоянно отчитат намаление на загубата на сигнала с около 22%. Това се случва, защото въздухът притежава почти перфектни диелектрични свойства (относителна диелектрична проницаемост близка до 1,0) в сравнение с естественото триене и деградацията на сигнала, характерни за пенести материали. Подобрено качеството на сигнала означава, че предавателните кули могат да излъчват по-силни сигнали като цяло. В натоварени градски райони с интензивен мобилен трафик това води до увеличение на пропускливостта с 15% до 30% на базова станция. Освен това зоната на обхват се разширява естествено, без нужда от допълнително оборудване като репитери. За телекомуникационните компании всички тези предимства означават по-бързо разгръщане на нова инфраструктура, по-ефективна работа на усилвателите при по-дълъг живот и значително намаляване на общите разходи. Финансовите ползи също са очевидни – възвръщането на инвестициите настъпва с 3 до 5 години по-рано от очакваното, благодарение на отложената необходимост от подмяна на хардуера и по-добра спазване на споразуменията за ниво на услуга.

Критични инструкции за монтаж и екологични най-добри практики за въздушно диелектрични коаксиални кабели

Предпазване от навлизане на влага, под налягане и надеждност при дълги външни трасета

Запазването на качеството на сигнала при въздушни коаксиални кабели с диелектрик зависи изключително от наличието на сухо и стабилно пространство вътре, където се намира диелектричният материал. При външни инсталации и по-дълги кабелни трасета е необходимо постоянно налягане на сух въздух между 3 и 5 паунда на квадратен инч, за да се предотвратят проблеми с конденза. Дори малки количества влага могат да причинят сериозни загуби на сигнала – до 15 или може би 20 децибела на всеки само 100 метра при работа с високочестотни mmWave сигнали. При запечатване на свързващи елементи техниците обикновено прилагат двуслойна защита: първо увиват с лента от самосплавящ силикон, след това покриват с термоусукващи се чехли, които са както UV устойчиви, така и с адхезивно покритие отвътре. За твърди кабели, преминаващи през стени или сгради, правилната инсталация включва оформяне на капкови цикли и монтиране на вентилационни клапани, насочени надолу, за да капките вода да падат, преди да достигнат до под налягане вътрешност. При по-дълги хоризонтални участъци над 30 метра, е добре практика да се поставят разширени възли на всеки около 15 до 20 метра. Това помага за управление на температурните промени, без да се нарушава запечатването. Според реални полеви доклади от райони близо до крайбрежия, където влажността винаги е висока, се вижда, че системите с добро налягане издържат още около 8 до 10 години в повече в сравнение с тези без такава защита. Така че, въпреки че някои може да считат налягането просто за допълнителна функция, опитните инсталиращи знаят, че всъщност то е задължително за осигуряване на надеждна работа на тези системи в продължение на времето.

Часто задавани въпроси

• Какво е основното предимство на използването на коаксиални кабели с въздушен диелектрик за 5G?
  Коаксиалните кабели с въздушен диелектрик предлагат по-ниско затихване на сигнала и по-добра термична управляемост, което ги прави идеални за приложения с висока честота, като 5G.
• Как коаксиалните кабели с въздушен диелектрик по-добре управляват температурата в сравнение с други видове?
  Празният център на кабелите с въздушен диелектрик позволява на топлината да се отвежда по-ефективно, което е от решаващо значение за управлението на високите нива на мощност, използвани в градските 5G базови станции.
• Какви са предизвикателствата при инсталирането на коаксиални кабели с въздушен диелектрик?
  Инсталацията изисква стриктно спазване на насоките за радиус на огъване и използването на системи за под налягане, за да се предотврати проникването на влага.
• Защо коаксиалните кабели с въздушен диелектрик се предпочитат пред кабели с пяна от полиетилен?
  Коаксиалните кабели с въздушен диелектрик осигуряват по-добро качество на сигнала и по-ниски загуби по трасето, което подобрява пропускателната способност и обхвата без допълнителна инфраструктура.