وبلاگ

کابل‌های فیدر کواکسیال RF: عملکرد کم‌تلفات برای اتصال سایت ماکرو

چرا کابل‌های فیدر کواکسیال موج‌دار 7/8 اینچی و 1-1/4 اینچی در پیاده‌سازی‌های ماکرو قدرت بالا 4G/5G غالب هستند

برای سایت‌های ماکروسل با توان بالا، به‌ویژه آنهایی که با فناوری‌های 4G LTE و 5G NR در محدوده فرکانس میانی حدود 3.5 گیگاهرتز سروکار دارند، استفاده از کابل‌های هم‌محوری نُرده‌دار با قطر بزرگ‌تر تقریباً به یک روش استاندارد تبدیل شده است. هنگام کار در این محدوده فرکانسی خاص، کابل‌های 7/8 اینچی در مقایسه با گزینه‌های معمولی نیم‌اتینچی، حدود 40 درصد به تلفات سیگنال کاهش می‌دهند. اگر به نسخه‌های 1-1/4 اینچی برویم، تلفات حدود یک‌چهارم دیگر نیز کاهش می‌یابد. این سطح از عملکرد زمانی که سیگنال‌ها باید به صورت عمودی و در فواصل بیش از 30 متر منتقل شوند — که در تجهیزات نصب‌شده روی دکل‌ها بسیار رایج است — اهمیت زیادی پیدا می‌کند. محافظ مسی این کابل‌ها بیش از 90 دسی‌بل تداخل الکترومغناطیسی را مسدود می‌کند و باعث می‌شود کابل حتی در محیط‌هایی با فعالیت بی‌سیم شدید نیز به خوبی کار کند. طراحی خاص نُرده‌دار به مدیریت بهتر تجمع حرارت ناشی از انتقال مداوم با توان بالای 100 وات کمک می‌کند، به‌طوری که خواص الکتریکی کابل تغییر نکرده و کیفیت سیگنال خراب نشود. این کابل‌ها در فرکانس 3.5 گیگاهرتز به‌طور مداوم تلفات سیگنال کمتر از 3 دسی‌بل در هر 100 متر را نشان می‌دهند و همچنین به اندازه کافی مقاوم هستند تا در برابر دست‌زدن شدید مقاومت کنند و امپدانس 50 اهم خود را حفظ نمایند. گزارش‌های صنعتی سال 2023 نشان می‌دهد که طبق بررسی‌های انجام‌شده توسط انجمن جهانی زیرساخت موبایل، تقریباً سه‌چهارم تمام زیرساخت‌های ماکروسل 5G در سراسر جهان از این نوع راه‌حل کابل‌کشی استفاده می‌کنند.

عایق مسی در مقابل پلی‌اتیلن فوم: مبادلات در تضعیف، PIM و پایداری حرارتی در 3.5 گیگاهرتز NR

انتخاب ماده عایق به‌طور اساسی رفتار کابل فیدر را در باند 3.5 گیگاهرتز - باند اصلی برای ظرفیت 5G NR در میان‌باند - شکل می‌دهد. هرچند هر دو نوع عایق مسی جامد و پلی‌اتیلن فوم (فوم-PE) مشخصات IEC 61196-1 را رعایت می‌کنند، اما مبادلات عملیاتی آنها نیازمند تصمیمات آگاهانه در سطح سیستم هستند:

دی الکتریک‌های مسی تضعیف سیگنال عالی ارائه می‌دهند که آن‌ها را برای کاربردهای طولانی عمودی مناسب می‌سازد. با این حال، معایبی نیز در سطوح PIM در حدود 155- دسی بل نسبت به سی‌ (dBc) وجود دارد، به‌ویژه هنگامی که تحت تنش مکانیکی یا ارتعاشات قرار می‌گیرند. از سوی دیگر، مواد فوم پلی‌اتیلن (PE) می‌توانند سطح PIM را به حدود 165- دسی بل نسبت به سی (dBc) کاهش دهند، بخاطر رابط‌های یکنواخت و غیرخطی بودن کمتر در نقاط تماس. اما این مواد مشکلاتی دارند، از جمله جذب سریع‌تر رطوبت در محیط‌های مرطوب و تغییر در ثابت دی الکتریک هنگامی که دما از 65 درجه سانتی‌گراد فراتر رود، که این امر بر پایداری فاز، به‌ویژه در محفظه‌های بیرونی که دچار نوسانات حرارتی می‌شوند، تأثیر می‌گذارد. هنگام تصمیم‌گیری بین گزینه‌ها، مهندسان باید شرایط خاص محل را در نظر بگیرند. مس بهترین عملکرد را در نصب‌های بلند برج با طول کابل‌های زیاد و نوسانات دمایی قابل توجه دارد. فوم پلی‌اتیلن (PE) انتخاب ترجیحی برای نصب‌های کوتاه‌تر است که به ارتعاشات حساس هستند، به‌ویژه در سیستم‌های چند بانده که دستیابی به سطوح بسیار پایین PIM برای عملکرد صحیح کاملاً ضروری است.

طراحی حیاتی PIM: تضمین صحت سیگنال در سیستم‌های کابل فیدر چندبانده 4G/5G

برآوردن آستانه PIM برابر با -165 دسیبل‌درصد: روش‌های بهینه در مواد، اتصالات و مونتاژ

کنترل سطح تداخل غیرخطی منفعل (PIM) در حدود کمتر از 165- دسی‌بل بر حسب سیگنال مرکزی (dBc)، در دستیابی به راندمان طیفی مناسب در شبکه‌های چند بانده 4G/5G اهمیت زیادی دارد. اگر سطح PIM از این مقدار فراتر رود، ظرفیت شبکه در مناطق پرتردد حدوداً 20٪ کاهش می‌یابد، زیرا سیگنال‌های تداخلی غیرخطی مرتبه سوم شروع به اختلال در باندهای دریافت می‌کنند. بهترین سیستم‌های فیدر این مشکل را با سه رویکرد اصلی حل می‌کنند. اول از همه، استفاده از هادی‌های مسی بدون اکسید است که مشکلات ناشی از جریان غیرخطی را کاهش می‌دهد. سپس، استفاده از اتصالات فشرده به جای اتصالات لحیمی است، زیرا شکاف‌های کوچک بین اتصالات لحیمی می‌توانند عملکرد PIM را به شدت تحت تأثیر قرار دهند و در بیشتر موارد حدود 30 دسی‌بل بهبود (بهتر شدن) در سطح PIM ایجاد می‌کنند. و در نهایت، کنترل دقیق گشتاور نصب در محدوده ±10٪ مقدار مشخص‌شده، از اعوجاج ناشی از تنش مکانیکی در نقاط اتصال جلوگیری می‌کند. با توجه به مشخصات 3GPP TR 38.811 برای قطعات RF، مهندسان همچنین باید به مواردی مانند الگوهای نقوش مارپیچی و مواد دی‌الکتریک یکنواخت توجه کنند. این عوامل نقش تعیین‌کننده‌ای در حفظ خصوصیات مناسب PIM حتی در شرایط تغییر دما یا فعال بودن همزمان چندین باند فرکانسی دارند.

حالت‌های شکست عملی PIM: خوردگی، تغییر گشتاور و تحریف ناشی از میکروگپ

آزمایش‌های میدانی سه علت اصلی خرابی PIM در سیستم‌های فیدر فعال را در طول چندین پیاده‌سازی مختلف شناسایی کرده‌اند. بزرگترین مشکل ناشی از خوردگی جوی است، به ویژه زمانی که کلریدها باعث اکسیداسیون در نقاط اتصال می‌شوند. این امر منجر به ایجاد اتصالات غیرخطی می‌شود که می‌تواند سطح تشوه سیگنال را تا حدود 15 دسیبل نسبت به حامل (dBc) در مناطق نزدیک خطوط ساحلی یا مناطق صنعتی افزایش دهد. مشکل رایج دیگر، گشتاور نادرست در نصب است که منجر به مقاومت تماسی نامنظم می‌شود. هنگامی که این اتفاق می‌افتد، نشت سیگنال RF و کاهش نرخ انتقال داده مشاهده می‌شود که اغلب با معیارهای عجیب و غریب عملکرد شبکه همخوانی دارد. شاید پیچیده‌ترین مسئله، وجود شکاف‌های بسیار ریز (کمتر از 0.1 میلی‌متر) بین هادی‌ها و مواد عایق، یا بین پین‌های اتصال و سوکت‌های آن‌هاست. این فضاهای کوچک هنگام قرار گرفتن در معرض سیگنال‌های قوی RF، مانند دیودهای ناخواسته عمل می‌کنند و تداخل‌های گسترده تداخلی (Intermodulation) ایجاد می‌کنند. داده‌های حاصل از آخرین مطالعه قابلیت اطمینان میدانی اریکسون نشان می‌دهد که این سه مشکل در مجموع مسئول بیش از 20 درصد از تلفات ظرفیت مرتبط با PIM در دکل‌های سلولی شهری هستند. برای مقابله با این مسائل، اپراتورها معمولاً از پرکردن اتصالات بیرونی با نیتروژن تحت فشار، استفاده از بافت‌دهی لیزری روی سطوح تماس برای ایجاد تماس بهتر و همچنین به‌کارگیری دستگاه‌های بررسی خودکار گشتاور در طول رویه‌های راه‌اندازی اولیه استفاده می‌کنند.

جایگزین‌های کابل فیدر فیبر نوری برای مصارف با تراکم بالا و آماده‌سازی برای آینده

کابل‌های فیدر فیبر انعطاف‌پذیر برای ایستگاه‌های پایه داخلی کوچک و محل‌های شهری فشرده

ایستگاه‌های پایه داخلی کوچک، سیستم‌های DAS و همچنین سلول‌های کوچک شهری فشرده همگی با چالش‌هایی در زمینه محدودیت فضا و عملکرد سیگنال مواجه هستند. در همینجا است که کابل‌های فیدر فیبر انعطاف‌پذیر (BIF) وارد عمل می‌شوند و بسیاری از مشکلات ناشی از راه‌حل‌های معمول مانند کابل‌های هم‌محور را برطرف می‌کنند. فناوری BIF در واقع شعاع حداقل خمش را به حدود ۵ میلی‌متر کاهش می‌دهد که حدود ۷۰ درصد بهبود نسبت به فیبر تک‌حالت معمولی دارد. این موضوع تفاوت بزرگی در نصب تجهیزات در فضاهای تنگ مانند شفت آسانسور، عبور کابل پشت دیوارها یا حتی حرکت در محیط‌های اداری شلوغ پر از مبلمان ایجاد می‌کند. و بهترین قسمت اینجاست: تلفات سیگنال در تمام این شرایط همچنان به‌خوبی زیر آستانه حساس ۰٫۱ دسی‌بل باقی می‌ماند.

مزایای اصلی شامل:

• بهینه سازی فضا : هسته‌های BIF با قطر 250 میکرومتری امکان کاهش 40 درصدی قطر کابل را نسبت به طراحی‌های استاندارد فراهم می‌کنند—عاملی حیاتی برای اجرای مجدد در ساختمان‌های قدیمی
• قابلیت اعتماد : پس از بیش از 100 چرخه خمش شدید، تضعیف به میزان کمتر از 0.5 دسی‌بل بر کیلومتر حفظ می‌شود، مطابق با پروتکل‌های آزمون ITU-T G.657.A1
• متقابله بودن امنیت : روکش بدون دود و بدون هالوژن (LSZH) استانداردهای ایمنی حریق IEC 61034 و UL 1666 را برای استفاده در محیط‌های داخلی رعایت می‌کند

کابل‌های فیدر BIF با تقسیم طول موج (WDM) تا 1625 نانومتر کار می‌کنند، به این معنی که به‌راحتی با سیستم‌های آینده فرونت‌هال 5G-Advanced و حتی 6G سازگار خواهند بود. این کابل‌ها برای مقاومت در برابر نیروهای له شدن بیش از 400 نیوتن بر سانتی‌متر طراحی شده‌اند که بر اساس استاندارد IEC 60794-1-2 E3 تست‌ها نشان داده است عملکرد عالی در مناطق شهری شلوغ با ترافیک پیاده بالا دارد. این کابل‌ها دچار ترک‌های ریز ناشی از خمش نمی‌شوند که معمولاً باعث بروز مشکلات می‌شوند؛ بنابراین تکنسین‌ها حدود 35٪ کمتر از گزینه‌های دیگر نیاز به حضور برای تعمیرات دارند. علاوه بر این، به‌راحتی و بدون دردسر زیادی به سیستم‌های ترکیبی مسی و فیبر نوری که بسیاری از کسب‌وکارها و شهرها قبلاً نصب کرده‌اند متصل می‌شوند.

سوالات متداول

مزایای اصلی استفاده از کابل‌های فیدر هم‌محور 7/8 اینچی و 1-1/4 اینچی در پیاده‌سازی‌های 4G/5G چیست؟

مزایای اصلی شامل کاهش تلفات سیگنال به میزان ۴۰ درصد یا بیشتر، محافظت عالی در برابر تداخل الکترومغناطیسی و توانایی تحمل تجمع حرارت ناشی از انتقال‌های مداوم بالای ۱۰۰ وات است.

تفاوت دی‌الکتریک‌های مس جامد و پلی‌اتیلن فوم در عملکرد چیست؟

دی‌الکتریک‌های مس جامد تضعیف سیگنال عالی ارائه می‌دهند، اما ممکن است تحت تنش مکانیکی سطح PIM بالاتری داشته باشند. دی‌الکتریک‌های پلی‌اتیلن فوم PIM پایین‌تری دارند، اما ممکن است مشکلات مربوط به دما و رطوبت را به همراه داشته باشند.

علت خرابی‌های PIM در سیستم‌های فیدر چیست؟

خرابی‌های PIM اغلب به دلیل خوردگی ناشی از عوامل جوی، گشتاور نصب نادرست و اعوجاج‌های ناشی از فاصله‌های میکرونی رخ می‌دهد. این عوامل منجر به افزایش اعوجاج سیگنال و کاهش ظرفیت شبکه می‌شوند.

چرا کسی ممکن است کابل‌های فیبر انعطاف‌پذیر را به جای کابل‌های هم‌محور سنتی انتخاب کند؟

کابل‌های فیبر انعطاف‌پذیر، انعطاف‌پذیری بهتری برای فضاهای تنگ دارند، تلفات سیگنال پایین را حفظ می‌کنند و با استانداردهای ایمنی آتش‌نشانی سازگار هستند و بنابراین برای نصب‌های داخلی بسیار مناسب می‌باشند.