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Cables de alimentación coaxiales RF: Rendimiento de baja pérdida para la conectividad de sitios macro

Por qué los cables de alimentación coaxiales corrugados de 7/8” y 1-1/4” dominan las implementaciones macro de alta potencia en 4G/5G

Para sitios de macroceldas de alta potencia, especialmente aquellos que manejan 4G LTE y 5G NR en frecuencias medias alrededor de 3,5 GHz, los cables coaxiales de alimentación corrugados de mayor diámetro se han convertido prácticamente en una práctica estándar. Al trabajar en este rango de frecuencia específico, los cables de 7/8 de pulgada reducen la pérdida de señal en aproximadamente un 40 por ciento en comparación con las opciones regulares de media pulgada. Al pasar a versiones de 1-1/4 de pulgada, las pérdidas disminuyen otro veinticinco por ciento más o menos. Este tipo de rendimiento es muy importante al transmitir señales verticalmente sobre distancias mayores de 30 metros, lo cual ocurre todo el tiempo con equipos montados en torres. El blindaje de cobre en estos cables bloquea más de 90 dB de interferencia electromagnética, lo que hace que funcionen bien incluso donde hay mucha actividad inalámbrica cercana. El diseño corrugado especial ayuda a soportar la acumulación de calor proveniente de transmisiones continuas superiores a 100 vatios, de modo que el cable no cambie sus propiedades eléctricas y degrade la calidad de la señal. Estos cables muestran consistentemente una baja pérdida de señal inferior a 3 dB por cada 100 metros a 3,5 GHz, además de ser lo suficientemente resistentes para soportar manipulación brusca y mantener su impedancia de 50 ohmios. Informes del sector de 2023 indican que aproximadamente tres cuartas partes de toda la infraestructura macro 5G en el mundo dependen de esta solución de cableado según encuestas realizadas por la Asociación Global de Infraestructura Móvil.

Cobre vs. dieléctrico de espuma-PE: Compromisos en atenuación, PIM y estabilidad térmica a 3,5 GHz NR

La selección del material dieléctrico condiciona fundamentalmente el comportamiento del cable de alimentación a 3,5 GHz, la banda principal para la capacidad 5G NR de banda media. Aunque tanto los dieléctricos de cobre sólido como los de espuma de polietileno (espuma-PE) cumplen con las especificaciones IEC 61196-1, sus compromisos operativos exigen decisiones deliberadas a nivel del sistema:

Los dieléctricos de cobre ofrecen una excelente atenuación de señal, lo que los hace ideales para aplicaciones de alimentadores verticales largos. Sin embargo, tienen un inconveniente en cuanto a los niveles de PIM cercanos a -155 dBc, especialmente cuando están sujetos a esfuerzos mecánicos o vibraciones. Los materiales de PE espumado, por otro lado, pueden reducir el PIM hasta aproximadamente -165 dBc gracias a sus interfaces uniformes y la menor no linealidad en las interfaces. No obstante, estos materiales tienden a absorber humedad más rápidamente en ambientes húmedos y suelen presentar cambios en la constante dieléctrica cuando las temperaturas superan los 65 grados Celsius, lo que afecta la estabilidad de fase, particularmente en recintos exteriores expuestos a variaciones térmicas. Al decidir entre opciones, los ingenieros deben considerar las condiciones específicas del sitio. El cobre es la mejor opción para instalaciones en torres altas con longitudes de cable extensas y fluctuaciones significativas de temperatura. El PE espumado se convierte en la opción preferida para instalaciones más cortas sensibles a vibraciones, especialmente en sistemas multibanda donde alcanzar niveles ultra bajos de PIM es absolutamente esencial para el funcionamiento adecuado.

Diseño Crítico de PIM: Garantizando la Integridad de la Señal en Sistemas de Cable de Alimentación Multibanda para 4G/5G

Cumpliendo con el Umbral de PIM de -165 dBc: Mejores Prácticas en Materiales, Conectores y Ensamblaje

Mantener los niveles de intermodulación pasiva (PIM) por debajo de -165 dBc es muy importante para lograr una buena eficiencia espectral en las redes multibanda 4G/5G. Si el PIM supera ese valor, la capacidad de la red disminuye aproximadamente un 20 % en áreas con muchos usuarios, ya que esas molestas señales de intermodulación de tercer orden comienzan a interferir en las bandas de recepción. Los mejores sistemas de alimentación abordan este problema mediante tres enfoques principales. En primer lugar, utilizan conductores de cobre libre de oxígeno, que reducen los problemas de corriente no lineal. Luego están los conectores de compresión en lugar de los soldados, ya que esos pequeños espacios entre las uniones soldadas pueden afectar gravemente el rendimiento del PIM, lo que representa una ventaja de unos 30 dBc en la mayoría de los casos. Y finalmente, el control adecuado del par de apriete durante el montaje, dentro de un margen de ±10 % respecto al valor especificado, ayuda a prevenir distorsiones causadas por tensiones mecánicas en los puntos de conexión. Considerando las especificaciones 3GPP TR 38.811 para componentes RF, los ingenieros también deben prestar atención a aspectos como los patrones de corrugación helicoidal y los materiales dieléctricos uniformes. Estos factores marcan toda la diferencia para mantener buenas características de PIM incluso cuando fluctúan las temperaturas o hay múltiples bandas de frecuencia activas simultáneamente.

Modos reales de falla del PIM: Corrosión, Variación de Par y Distorsión inducida por microhuelgas

Las pruebas de campo han identificado tres causas principales detrás de los fallos por PIM en sistemas de alimentación activos en diversas implementaciones. El problema más grave proviene de la corrosión atmosférica, especialmente cuando los cloruros provocan oxidación en los puntos de conexión. Esto crea uniones no lineales que pueden aumentar los niveles de distorsión de señal hasta en 15 dBc en zonas cercanas a costas o áreas industriales. Otro problema frecuente es el par de apriete inadecuado durante la instalación, lo que genera una resistencia de contacto inconsistente. Cuando ocurre esto, se observa fuga de RF y una reducción en el rendimiento de datos, lo cual suele coincidir con métricas extrañas de desempeño de la red. Quizás el problema más complejo implica pequeñas brechas (menos de 0,1 mm) entre conductores y materiales aislantes, o entre las clavijas de los conectores y sus enchufes. Estos pequeños espacios actúan como diodos no deseados cuando están expuestos a señales RF intensas, generando interferencias por intermodulación generalizadas. Datos del último estudio de fiabilidad de campo de Ericsson indican que combinados, estos tres problemas son responsables de más del 20 % de las pérdidas de capacidad relacionadas con el PIM en torres celulares urbanas. Para combatir estos problemas, los operadores suelen implementar presurización con nitrógeno en conectores exteriores, usar texturizado láser en superficies acopladas para lograr un mejor contacto e incorporar verificadores automáticos de par durante los procedimientos iniciales de configuración.

Alternativas de cable alimentador de fibra óptica para despliegues de alta densidad y preparados para el futuro

Cables alimentadores de fibra insensible a la flexión para micro estaciones base interiores y sitios urbanos compactos

Las micro estaciones base interiores, los sistemas DAS y esas pequeñas celdas urbanas compactas enfrentan todos desafíos en cuanto a limitaciones de espacio y rendimiento de señal. Ahí es donde entran en juego los cables alimentadores de fibra insensible a la flexión (BIF), resolviendo muchos de estos problemas que afectan a las soluciones coaxiales tradicionales. La tecnología BIF reduce realmente el radio de curvatura mínimo a aproximadamente 5 mm, lo cual es un 70 % mejor que lo que se observa con la fibra monomodo convencional. Esto marca una gran diferencia al instalar equipos en espacios reducidos como pozos de ascensores, al pasar cables detrás de paredes o incluso al maniobrar en entornos de oficinas saturadas de muebles. ¿Y lo mejor? Las pérdidas de señal permanecen bien por debajo del umbral crítico de 0,1 dB durante todas estas maniobras.

Las principales ventajas incluyen:

• Optimización del espacio : Los núcleos BIF de 250 µm permiten diámetros de cable un 40 % más pequeños en comparación con diseños estándar, lo cual es crítico para la modernización de edificios antiguos
• Fiabilidad : Mantiene una atenuación <0,5 dB/km tras más de 100 ciclos de doblado estrecho, según los protocolos de prueba ITU-T G.657.A1
• Cumplimiento de la seguridad : La cubierta libre de humo y cero halógenos (LSZH) cumple con las normas de seguridad contra incendios IEC 61034 y UL 1666 para uso interior

Los cables de alimentación BIF funcionan con multiplexión por división de longitud de onda (WDM) hasta 1625 nm, lo que significa que serán compatibles con los futuros sistemas de fronthaul 5G-Advanced e incluso 6G. Los cables están diseñados para resistir fuerzas de aplastamiento superiores a 400 N/cm según las pruebas de la norma IEC 60794-1-2 E3, lo que demuestra un excelente desempeño en áreas urbanas concurridas donde el tráfico peatonal es intenso. Estos cables no desarrollan microgrietas por flexión, que suelen causar problemas, por lo que los técnicos deben realizar reparaciones aproximadamente un 35 % menos frecuentemente que con otras opciones. Además, se conectan fácilmente sin complicaciones a las instalaciones existentes mixtas de cobre y fibra óptica que muchas empresas y ciudades ya tienen implementadas.

Preguntas Frecuentes

¿Cuáles son las principales ventajas de utilizar cables de alimentación coaxial de 7/8" y 1-1/4" en despliegues 4G/5G?

Las ventajas principales incluyen una reducción de la pérdida de señal en un 40 % o más, un excelente blindaje contra interferencias electromagnéticas y la capacidad de manejar la acumulación de calor proveniente de transmisiones continuas superiores a 100 vatios.

¿En qué difieren los dieléctricos de cobre sólido y los de PE espumado en términos de rendimiento?

Los dieléctricos de cobre sólido ofrecen una excelente atenuación de señal, pero pueden presentar niveles más altos de PIM bajo tensión mecánica. Los dieléctricos de PE espumado ofrecen un PIM más bajo, pero pueden tener problemas relacionados con temperatura y humedad.

¿Qué provoca las fallas por PIM en los sistemas de alimentación?

Las fallas por PIM suelen deberse a la corrosión atmosférica, el par de apriete inadecuado durante la instalación y las distorsiones inducidas por microespacios. Estos factores generan un aumento de la distorsión de señal y una reducción de la capacidad de la red.

¿Por qué podría alguien elegir cables de fibra insensibles a la flexión en lugar de cables coaxiales tradicionales?

Los cables de fibra insensibles a la flexión ofrecen mayor flexibilidad para espacios reducidos, mantienen bajas pérdidas de señal y cumplen con las normas de seguridad contra incendios, lo que los hace muy adecuados para despliegues interiores.