Blog

Proč je koaxiální kabel s vzduchovým dielektrikem optimální volbou pro základnové stanice 5G a mmWave

Fyzika nízkého útlumu: Jak vzduchové dielektrikum minimalizuje útlum nad 2,5 GHz

Koaxiální kabely s vzduchovou dielektrikou využívají nesmírně nízkou dielektrickou konstantu vzduchu (přibližně 1), která je nejnižší ze všech prakticky použitelných izolantů, a jsou proto vynikající pro snižování ztrát signálu při frekvencích nad 2,5 GHz. Ve srovnání s tradičními variantami jako pěnové nebo tuhé polyethylénové dielektrikum molekulární polarizace ve vzduchu způsobuje mnohem menší absorpci energie. Při frekvenci kolem 6 GHz to může snížit útlum signálu téměř o 40 %. V oblasti vyšších milimetrových vln se tento parametr stává velmi důležitým, protože ztráta signálu se s rostoucí frekvencí rychle zhoršuje. Reálné testy ukazují, že tyto kabely s vzduchovou dielektrikou udržují kvalitu signálu na úrovni přibližně 92 % i po průchodu 100 metry při frekvenci 28 GHz. To je mnohem lepší než u většiny kabelů s pěnovým jádrem, jejichž výkon obvykle klesá pod 70 %. Zachování čistého signálu je klíčové pro pokročilé modulační techniky používané v moderních sítích a zvláště důležité pro udržení nízké latence v 5G backhaul systémech.

Termální stabilita a vysoká úroveň zpracování výkonu pro hustě osídlené městské 5G základnové stanice

V městských oblastech typicky pracují 5G základnové stanice s vysílacím výkonem nad 200 wattů, což znamená, že opravdu potřebují kvalitní řešení tepelného managementu. Koaxiální kabely s vzduchovou dielektrikou se stávají populárními, protože jejich duté jádro umožňuje odvod tepla přibližně třikrát rychlejší než u tradičních konstrukcí se solidním plněním. U tužších kabelových řešení zaznamenáváme, že posun vloženého útlumu zůstává pod hodnotou 0,05 dB v celém průmyslovém teplotním rozsahu od minus 40 stupňů Celsia až po plus 85 stupňů Celsia. To je velmi důležité pro zařízení instalovaná na střechách budov, kde může přímé sluneční světlo způsobit vážné problémy s přehříváním. Co se týče polohouživých kabelů, ty zachovávají stabilitu impedance s poměrem stojatého vlnění (VSWR) pod 1,15:1, i když jsou silně ohnuté kolem rohů. To pomáhá předcházet obtížným problémům s PIM, které vznikají při integraci kompaktních anténních polí. Všechny tyto vlastnosti dohromady zajišťují spolehlivý provoz sítí. A upřímně, operátoři si nemohou dovolit výpadky, protože každá hodina prostoje jim podle výzkumu institutu Ponemon z minulého roku stojí přibližně 740 000 dolarů.

Nejlepší ověřené typy koaxiálních kabelů s dielektrikem vzduch pro nasazení základnových stanic

Tužé vedení s dielektrikum vzduch: přesný výkon na 3,5 GHz a vyšších frekvencích

Tuhostní koaxiální kabely s vzduchovou dielektrikou poskytují extrémně nízké ztráty signálu pro pevné napájecí vedení pracující na frekvencích nad 2,5 GHz. Zvláštností těchto kabelů je jejich bezševný vnější vodič, který po celé délce zachovává konzistentní geometrii vzduchové mezery. Tato konzistence snižuje ztráty signálu přibližně o 30 % ve srovnání s podobnými kabely s pěnovým jádrem při použití na milimetrových vlnách. Pro každého, kdo pracuje se signály na 3,5 GHz a vyšších frekvencích, znamená tato úroveň přesnosti lepší integritu signálu jako celek. Proto mnohé telekomunikační společnosti dávají tyto kabely přednost pro napájení antén makrobazí, obzvláště proto, že útlum šíření může být velkým omezujícím faktorem. Udržování provozu bez problémů však přináší určité výzvy. Technici musí během instalace přesně dodržovat pokyny týkající se minimálního ohybového poloměru. Přestože tyto požadavky existují, tuhostní kabely s vzduchovou dielektrikou se stále vyznačují dlouhou životností a vynikající fázovou stabilitou, což je činí ideálními pro trvalé instalace na věžích, kde je nejdůležitější spolehlivost.

Polosklopné varianty s dielektrikem vzduch: Vyvážení praktičnosti instalace a účinnosti 24–28 GHz

Kabely se vzduchovou dielektrikou, které jsou poloohybné, představují kompromis mezi vysokým výkonem a snadnou instalací, zejména užitečné v rušných městech a uvnitř budov, kde je třeba instalovat malé buňky. Vnější vodič z vlnité mědi umožňuje těmto kabelům ohýbat se až na osminásobek jejich vlastního průměru, což umožňuje dodatečnou montáž i na rušných střechách a elegantní instalaci v těsných technických prostorách. Testy ukázaly ztrátu pouhých přibližně 0,6 dB na každých 30 metrů při frekvencích dosahujících 28 GHz, takže rychlost přenosu dat zůstává silná bez kompromisů. Tyto kabely dále obsahují přesně tvarované rozpěrky pro dielektrický materiál, které brání posunu centrálního vodiče při vibracích nebo změnách teploty a dlouhodobě zajistí stabilní kvalitu signálu. Ačkoli vykazují o něco vyšší útlum signálu ve srovnání s tuhými verzemi, poloohybné kabely nabízejí stále nejlepší kombinaci vysokofrekvenčního výkonu, fyzické flexibility a rychlosti instalace techniky ve většině situací v rozsahu 24 až 28 GHz.

Výkon v reálných podmínkách: koaxiální kabel s vzduchovou dielektrikou vs. pěnové PE v aplikacích základnových stanic

Ověření v pásmu CBRS: o 22 % nižší ztráta šířením na 120 m v rozsahu 3,7–3,98 GHz

Poleové testy s pásmy CBRS ukázaly, že koaxiální kabely s vzduchovou dielektrikou výrazně převyšují kabely vyrobené z pěnového polyethylenu. Při použití napájecích vedení dlouhých přibližně 120 metrů a pracujících v pásmu 3,7 až 3,98 GHz síťoví operátoři opakovaně pozorovali snížení útlumu signálu o přibližně 22 %. Důvodem je téměř ideální dielektrická vlastnost vzduchu (relativní permitivita blízká hodnotě 1,0) ve srovnání s přirozeným odporem a degradací signálu, které se vyskytují u pěnových materiálů. Vyšší kvalita signálu umožňuje vysílacím věžím šířit silnější signál jako celek. V hustě zastavěných městských oblastech, kde je provoz na buňkách intenzivní, to znamená nárůst datové propustnosti na základnové stanici o 15 % až 30 %. Navíc se pokrytí rozšiřuje přirozeně, aniž by bylo nutné instalovat dodatečná zařízení, jako jsou repeátory. Pro telekomunikační společnosti znamenají tyto výhody rychlejší nasazování nové infrastruktury, efektivnější a delší životnost vysílačů a výrazné snížení celkových nákladů. Finanční přínosy jsou rovněž zřejmé – návratnost investic nastává o 3 až 5 let dříve, než se původně očekávalo, díky odložené potřebě výměny hardwaru a lepšímu plnění služebních úrovní podle smluv SLA.

Kritické postupy instalace a environmentální osvědčené postupy pro koaxiální kabel s dielektrikem vzduch

Prevence vnikání vlhkosti, tlakování a spolehlivost při dlouhodobém provozu venku

Udržování kvality signálu u koaxiálních kabelů s vzduchovou dielektrikou skutečně závisí na suchém a stabilním prostoru uvnitř, kde se nachází dielektrický materiál. U venkovních instalací a delších kabelových tras je nutný trvalý tlak suchého vzduchu mezi 3 a 5 librami na čtvereční palec, aby se předešlo problémům s kondenzací. I malé množství vlhkosti může způsobit vážné ztráty signálu, až 15 až 20 decibelů na pouhých 100 metrech, zejména při práci s vysokofrekvenčními mmWave signály. Při těsnění konektorů technici obvykle aplikují dvojitou ochranu: nejprve použijí silikonovou samoslepující pásku a poté ji zakryjí smrštitelnými rukávy, které jsou odolné proti UV záření a mají lepivou vnitřní vrstvu. U tuhých kabelů vedoucích stěnami nebo budovami zahrnuje správná instalace vytvoření kapacích smyček a montáž ventilů otočených dolů, aby kapky vody spadly dříve, než dosáhnou tlačené oblasti uvnitř. Na delších vodorovných úsecích přesahujících 30 metrů je vhodné umístit dilatační klouby přibližně každých 15 až 20 metrů. To pomáhá řídit změny teploty, aniž by došlo k poškození těsnění. Podle skutečných zpráv z terénu z míst blízko pobřeží, kde je vlhkost vždy vysoká, systémy s kvalitním tlakováním vydrží přibližně o 8 až 10 let déle ve srovnání se systémy bez této ochrany. Zatímco někteří si mohou myslet, že tlakování je jen dodatečnou funkcí, zkušení montéři vědí, že je ve skutečnosti nezbytné pro dlouhodobě spolehlivý provoz těchto systémů.

Sekce Často kladené otázky

• Jaká je hlavní výhoda použití koaxiálních kabelů s vzduchovou dielektrikou pro 5G?
  Koaxiální kabely s vzduchovou dielektrikou nabízejí nižší útlum signálu a lepší tepelné řízení, což je činí ideálními pro vysokofrekvenční aplikace jako je 5G.
• Jak lépe koaxiální kabely s vzduchovou dielektrikou řídí teplotu ve srovnání s jinými typy?
  Díky dutému jádru mohou koaxiální kabely s vzduchovou dielektrikou efektivněji odvádět teplo, což je klíčové pro řízení vysokých úrovní výkonu používaných v městských základnových stanicích 5G.
• Jaké jsou výzvy při instalaci koaxiálních kabelů s vzduchovou dielektrikou?
  Instalace vyžaduje dodržování přísných pokynů týkajících se ohybového poloměru a použití systémů tlakového vyrovnání za účelem zabránění pronikání vlhkosti.
• Proč jsou koaxiální kabely s vzduchovou dielektrikou upřednostňovány před kabely s pěnovým polyethylenem?
  Koaxiální kabely s vzduchovou dielektrikou nabízejí lepší kvalitu signálu a nižší ztráty na dráze, což zvyšuje propustnost dat a pokrytí bez nutnosti další infrastruktury.