وبلاگ

مبانی کابل نشتی: مکانیسم تشعشع و یکپارچه‌سازی با سیستم DAS غیرفعال

عملکرد حالت تشعشعی در مقابل حالت جفت‌شده برای توزیع یکنواخت سیگنال داخلی

کابل‌های نشتی با استفاده از دو روش اصلی عملیاتی، پوشش قابل اعتمادی در محیط‌های داخلی فراهم می‌کنند: حالت تشعشعی و حالت جفت‌شونده. هنگام کار در حالت تشعشعی، این کابل‌ها دارای شیارهای به‌خصوصی هستند که در لایه بیرونی آن‌ها تعبیه شده و سیگنال‌های فرکانس رادیویی را در طول تمام کابل منتشر می‌کنند. این روش به‌ویژه برای مسیرهای بلند و مستقیم مانند راهروها، گذرگاه‌های زیرزمینی و پله‌های ساختمان مناسب است. روش دیگر، به نام حالت جفت‌شونده، به شکل متفاوتی عمل می‌کند. به جای انتشار مستقیم سیگنال، از میدان‌های الکترومغناطیسی برای تعامل با آنتن‌های مجاور یا سطوح فلزی استفاده می‌کند و اجازه می‌دهد سیگنال‌ها به مکان‌هایی برسند که بدون انتشار فیزیکی از خود کابل، دسترسی به آن‌ها دشوار است. ترکیب این دو روش توضیح می‌دهد که چرا کابل‌های نشتی بخش مهمی از بسیاری از سیستم‌های آنتن توزیع‌شده (DAS) نصب‌شده در ساختمان‌های پیچیده محسوب می‌شوند. به عنوان مثال، ورزشگاه‌ها اغلب کابل‌های تشعشعی را در لبه‌های مناطق نشیمن تماشاگران نصب می‌کنند و سپس با استفاده از بخش‌های حالت جفت‌شونده به سمت جعبه‌های لوکس و غذاخوری‌ها انشعاب می‌دهند، جایی که نصب آنتن‌های معمولی شکاف‌های بزرگی در پوشش ایجاد می‌کند. آزمایش‌های انجام‌شده در شرایط واقعی نشان می‌دهند که ترکیب این فناوری‌ها می‌تواند ثبات قدرت سیگنال را در حدود ۴۰ درصد در ساختمان‌هایی که از مواد متعددی تشکیل شده‌اند و سیگنال را مسدود می‌کنند، افزایش دهد.

فیزیک نشت کنترل‌شده: هندسه شیار، طراحی موج‌دار و تنظیم تلفات جفت‌شدگی

کنترل نشتی RF امری تصادفی نیست. این موضوع به مهندسی دقیق الکترومغناطیس برمی‌گردد. در اصل سه عامل وجود دارند که با هم تعامل دارند و عملکرد این سیستم‌ها را تحت تأثیر قرار می‌دهند: شکل شیارها، نحوه دندانه‌دار بودن هادی داخلی و دستیابی به امپدانس مناسب. اشکال واقعی شیارها می‌تواند بیضوی یا مستطیلی باشد، معمولاً با فاصله‌ای حدود یک چهارم تا نصف طول موج از هم، و در جهت‌گیری‌های خاصی قرار گرفته‌اند که چیزهایی مانند الگوی تشعشع، فرکانس‌های انتخابی و میزان پراکندگی سیگنال‌ها را تعیین می‌کنند. وقتی هادی‌های داخلی دارای این دندانه‌ها باشند، آن‌ها از ایجاد مد‌های بالاتر ناخواسته جلوگیری کرده و نوسانات مزاحم امپدانس را بسیار کمتر مشکل‌ساز می‌کنند. این امر باعث کاهش تلفات سیگنال به میزان حدود ۱۵ تا ۲۰ دسی‌بل در هر ۱۰۰ متر در مقایسه با نسخه‌های معمولی با هادی صاف می‌شود، بر اساس نظریه‌های موجبری که توسط سازمان‌های استاندارد مانند IEEE و IEC تأیید شده است. مقدار تلفات تزویج که در اصل میزان انتقال سیگنال از کابل به محیط اطراف را اندازه‌گیری می‌کند، به شدت به تراکم شیارها نیز بستگی دارد. اگر شیارهای کمتری در هر متر وجود داشته باشد (مثلاً ۲ تا ۴ عدد)، سیگنال‌ها بهتر از مواد سخت مثل دیوارهای بتنی مسلح عبور می‌کنند. شیارهای بیشتر (حدود ۶ تا ۸ عدد در متر) پوشش بهتری در فضاهای باز و وسیع‌تر فراهم می‌کنند. به عنوان مثال، طراحی‌های دندانه‌دار مارپیچی اجازه می‌دهند سیگنال‌ها در محدوده وسیعی از ۶۹۸ مگاهرتز تا ۳٫۸ گیگاهرتز کار کنند و در عین حال بازده تشعشع در تمام این محدوده طیفی بالاتر از ۸۵٪ حفظ شود.

عملکرد چند بانده: پشتیبانی همزمان از خدمات سلولی، وای‌فای و پخش

طراحی کابل نشتی با توانایی تنظیم فرکانس که طیف 700 مگاهرتز تا 3.8 گیگاهرتز را پوشش می‌دهد

کابل‌های نشتی امروزی دیگر فقط مربوط به پهنای باند وسیع نیستند؛ بلکه برای همگرایی واقعی چندسرویسی طراحی شده‌اند که در آن سیگنال‌های مختلف بدون ایجاد مشکل کنار هم کار می‌کنند. این جادو بخاطر شکل‌های دقت‌شده‌ی شیارها و الگوهای موجدار زیبای روی سطح کابل رخ می‌دهد. این طراحی امکان انتقال همه چیز را از سیگنال‌های 700 مگاهرتز که توسط FirstNet و پخش تلویزیون دیجیتال استفاده می‌شود تا شبکه‌های 5G زیر 6 گیگاهرتز و حتی فرکانس‌های 3.8 گیگاهرتز فراهم می‌کند. این محدوده تقریباً تمام باندهای مهم موجود از جمله شبکه‌های تلفن همراه، ارتباطات ایمنی عمومی، وای‌فای 6/6E در 5 گیگاهرتز و کانال‌های پخش قدیمی را پوشش می‌دهد. وقتی مهندسان بین شیارهای مستقیم که در طول کابل امتداد دارند و شیارهای مارپیچی که دور آن پیچیده شده‌اند انتخاب می‌کنند، در واقع میزان نشت سیگنال را تنظیم می‌کنند. این امر به حفظ سطح تشعشع در محدوده‌ای حدود 1.5 دسی‌بل اختلاف در تمام فرکانس‌های مختلف کمک می‌کند. و این پنجره‌ی کوچک تفاوت بزرگی در مکان‌های شلوغ از سیگنال‌های بی‌سیم ایجاد می‌کند، مانند ایستگاه‌های قطار پرتردد یا مجتمع‌های آپارتمانی بلند که در آن‌ها آنتن‌های معمولی برای کارکرد مناسب نیاز به فیلترهای پیچیده و تکنیک‌های جداسازی دارند.

اعتبارسنجی هم‌زیستی در دنیای واقعی: LTE-A، 5G NR، Wi-Fi 6 و DVB-T در ساختمان‌های چندمنظوره

آزمایش در محیط‌های واقعی، نظریه را تأیید می‌کند. ساختمان‌های فلزی قاب‌دار که برای فضاهای خرده‌فروشی و تجاری استفاده می‌شوند، کابل‌های نشتی داشتند که چندین سیگنال را همزمان منتقل می‌کردند. این سیگنال‌ها شامل LTE-A در 2.1 گیگاهرتز، 5G NR در 3.5 گیگاهرتز، وای‌فای 6 در حدود 5 گیگاهرتز و همچنین سیگنال‌های DVB-T در 700 مگاهرتز بودند. سیستم ارتباط پایداری را در تمام این فرکانس‌ها حفظ کرد و در کل کمتر از 1.3 درصد سیگنال افت داشت. علت عملکرد عالی این سیستم، نحوه نشت کنترل‌شده سیگنال‌ها بر اساس الگوهای موج تنظیم‌شده است، نه اینکه همه چیز به صورت یکسان پخش شود. این امر مانع تداخل خدمات مختلف با یکدیگر می‌شود. حتی زمانی که شبکه‌های سلولی شلوغ بودند، اتصالات وای‌فای کمتر از یک دهم درصد بسته‌های داده را از دست دادند. ویدئوهای پخش‌شده بدون وقفه اجرا می‌شدند در حالی که افراد در نزدیکی تماس صوتی از طریق LTE برقرار می‌کردند. روش‌های سنتی به آنتن‌های جداگانه، کابل‌ها، فیلترها و تقویت‌کننده‌های توان برای هر نوع سرویس نیاز دارند. اما این راه‌حل واحد، نیاز به تجهیزات را حدوداً 40 درصد کاهش می‌دهد و در هنگام نصب هزینه‌ها را کم می‌کند. تعمیر و نگهداری نیز آسان‌تر می‌شود و افزودن قابلیت‌های جدید در آینده نیازی به تخریب کل سیستم ندارد.

حذف منطقه مرده: نفوذ و قابلیت اطمینان پوشش در محیط‌های داخلی چالش‌برانگیز

استحکام سیگنال از طریق بتن مسلح، فولاد سازه‌ای و شیشه با عبور کم از انرژی

مصالح ساختمانی مدرن مانند بتن آرمه، قاب‌های فولادی سازه‌ای و آن شیشه‌های پنجره‌ای کم‌تابش (low-e) از نظر جلوگیری از عبور سیگنال‌های رادیویی عملکرد خوبی دارند و گاهی باعث تضعیف سیگنال در محدوده ۲۰ تا ۴۰ دسی‌بل می‌شوند. ما همواره شاهد این مسدودشدگی سیگنال در مکان‌هایی مانند آسانسورها، مناطق زیرزمینی، اتاق‌های تصویربرداری پزشکی و ساختمان‌های اداری فوق‌العاده کارآمد با نمای بیرونی صاف و زیبا هستیم. کابل‌های نشتی به جای افزایش توان سیگنال، این مشکل را به شیوه‌ای متفاوت حل می‌کنند. در عوض، نقطه تشعشع را دقیقاً به داخل محل موانع منتقل می‌کنند. نحوه کار این کابل‌ها در واقع هوشمندانه است؛ تابش خطی مستقیم آن‌ها توانایی دور زدن سطوح بازتابنده و اتصال مناسب با مناطق مجاور را دارد. از آنجا که سیگنال در طول تمام کابل پخش می‌شود، حتی هنگام عبور از دیوارهای ضخیم نیز در فضاهای مختلف قوی و یکنواخت باقی می‌ماند. آزمایش‌های میدانی نشان داده‌اند که کابل‌های هم‌محور نشتی کمتر از ۳ دسی‌بل تلفات سیگنال را هنگام عبور از دیوارهای بتنی ۴۰ سانتی‌متری دارند که در شرایط مشابه حدود ۱۵ دسی‌بل به آنتن‌های سقفی معمولی برتری دارد.

مطالعه موردی: دستیابی به یکنواختی پوشش 99.2% در یک بیمارستان 12 طبقه با کابل هرز کننده دو بانده

یک بیمارستان شهری با ۱۲ طبقه اخیراً سیستم‌های کابل نشتی دو بانده را نصب کرده است تا مشکلات جدی ارتباطی در مناطق حیاتی مانند اتاق‌های MRI، گاراژهای زیرزمینی و آزمایشگاه‌های محافظت شده در برابر تشعشع را برطرف کند. این نصب، هم سیگنال‌های FirstNet در فرکانس 700 مگاهرتز و هم سیگنال‌های جدید 5G NR در فرکانس 2.5 گیگاهرتز را از طریق یک سیستم هم‌محوری واحد مدیریت می‌کند. پس از نهایی شدن نصب، آزمایش‌ها نشان داد که 99.2 درصد از ساختمان دارای پوشش منظم است. مقادیر قدرت سیگنال در تمام طبقات و بخش‌ها بالاتر از 95- دسی‌بل میلی‌وات بوده و حتی به نقاطی هم رسیده که قبلاً کاملاً بدون دریافت سیگنال بودند. هنگامی که تیم‌های اضطراری سیستم را در حین تمرین‌های واقعی آزمایش کردند، رادیوهای آن‌ها بدون مشکل کار کرد اگرچه در انتقال بین بخش‌های مختلف کابل، مشکلات جزئی کوچکی مشاهده شد. آنچه این راه‌حل را متمایز می‌کند، عملکرد عالی آن در مقایسه با روش‌های سنتی است. برنامه‌ریزی دقیق بر اساس معماری ساختمان و درک رفتار فرکانس‌ها به بیمارستان‌ها اجازه می‌دهد تا استانداردهای ارتباطی قابل اعتمادی را به دست آورند که سیستم‌های قدیمی‌تر آنتن توزیع شده، چه غیرفعال و چه فعال، به سادگی قادر به دستیابی به آن نیستند.

سوالات متداول

کابل‌های نشتی چگونه کار می‌کنند؟

کابل‌های نشتی با استفاده از حالت‌های تشعشعی و جفت‌شده عمل می‌کنند. حالت تشعشعی سیگنال‌ها را مستقیماً از طریق شیارهای موجود در کابل منتشر می‌کند، در حالی که حالت جفت‌شده از میدان‌های الکترومغناطیسی برای انتقال سیگنال بدون انتشار مستقیم استفاده می‌کند.

مزیت کابل‌های نشتی در ساختمان‌های پیچیده چیست؟

کابل‌های نشتی می‌توانند قدرت و یکنواختی سیگنال را بهبود بخشند، به‌ویژه در ساختمان‌هایی که از موادی ساخته شده‌اند که معمولاً سیگنال‌ها را مسدود می‌کنند و قابلیت اطمینان را حدود ۴۰٪ افزایش می‌دهند.

چه مواد و ویژگی‌هایی در طراحی کابل نشتی به کاهش تلفات سیگنال کمک می‌کنند؟

شکل شیارها، طراحی موج‌دار هادی داخلی و چگالی شیارها عوامل مهمی هستند. این عوامل به مدیریت الگوهای تشعشع، انتخاب فرکانس و محدود کردن تلفات سیگنال کمک می‌کنند.

کابل‌های نشتی چگونه از خدمات متعددی مانند شبکه سلولی و وای‌فای پشتیبانی می‌کنند؟

کابل‌های نشتی از طراحی‌های انعطاف‌پذیر از نظر فرکانس استفاده می‌کنند که مجموعه‌ای از فرکانس‌ها (از ۷۰۰ مگاهرتز تا ۳٫۸ گیگاهرتز) را پوشش داده و امکان پشتیبانی همزمان از خدمات متنوع بدون تداخل را فراهم می‌کنند.

آیا کابل‌های نشتی می‌توانند در بهبود پوشش در مناطق دارای چالش‌های ساختاری کمک کنند؟

بله، با قرار دادن نقاط تشعشع درون موانع، کابل‌های نشتی توزیع قوی سیگنال را حتی از طریق موانع مصالحی مانند بتن و فولاد تضمین می‌کنند.