وبلاگ

درک کابل‌های فیدر RF: عملکردهای اصلی و انواع آن

کابل‌های فیدر RF چیستند و چگونه در شبکه‌های سلولی عمل می‌کنند؟

کابل‌های فیدر RF سیگنال‌های فرکانس رادیویی را بین بخش‌های مهم شبکه‌های سلولی مانند آنتن‌ها و واحدهای باند پایه انتقال می‌دهند. اغلب طراحی‌های کواکسیال دارای چهار بخش اصلی درونی هستند که با یک سیم مسی در مرکز شروع می‌شوند، سپس با ماده‌ای به نام دی الکتریک که به عنوان عایق عمل می‌کند، پوشانده شده است. دور آن یک محافظ فلزی قرار دارد تا از تداخل‌های ناخواسته جلوگیری کند و کل این ساختار توسط یک روکش خارجی در برابر آسیب‌های فیزیکی محافظت می‌شود. بخش محافظ بسیار حیاتی است زیرا از نویز الکترومغناطیسی جلوگیری می‌کند و از بروز اختلالات جلوگیری می‌کند، در حالی که لایه دی الکتریک با حفظ خواص الکتریکی مناسب، به کارکرد صحیح سیستم کمک می‌کند. وقتی به طور خاص درباره ۵G صحبت می‌کنیم، این کابل‌های کم‌تلفات ضروری می‌شوند، زیرا باید بتوانند امواج میلی‌متری با فرکانس بسیار بالا را بدون افت زیاد سیگنال، منتقل کنند.

انواع رایج کابل کواکسیال: سری RG در مقابل سری LMR

اپراتورهای مخابراتی عمدتاً از دو نوع کابل فیدر کواکسیال استفاده می‌کنند:

سری	تضعیف (dB/100ft @ 2GHz)	مورد استفاده
Rg	6.8–9.1	لینک‌های داخلی کوتاه‌برد
LMR	2.2–3.7	نصب‌های بیرونی با تلفات پایین

کابل‌های LMR در فرکانس‌های بالا حدوداً 23٪ تلفات سیگنال کمتری نسبت به انواع استاندارد RG دارند و بنابراین برای سایت‌های ماکروی 5G که نیازمند طول کابلی بیش از 100 فوت هستند، مناسب‌تر می‌باشند.

توضیح امپدانس: 50 اهم در مقابل 75 اهم در کاربردهای مخابراتی

هنگامی که ناهمگونی امپدانس در سیستم رخ می‌دهد، سیگنال‌ها به جای عبور صحیح از سیستم، بازتابیده می‌شوند و این امر کارایی عملکرد شبکه‌ها را مختل می‌کند. بیشتر افرادی که در تلویزیون پخشی کار می‌کنند همچنان به کابل‌های ۷۵ اهم می‌چسبند، چون برای این کاربرد مناسب عمل می‌کنند. اما در مورد دکل‌های تلفن همراه و زیرساخت‌های بی‌سیم دیگر، تقریباً همه امروزه کابل‌های ۵۰ اهم را ترجیح می‌دهند. این کابل‌ها توان بسیار بیشتری نسبت به معادل‌های ۷۵ اهم خود منتقل می‌کنند، گاهی تا حدود ۵ کیلووات، در حالی که افت سیگنال کمتری دارند. طبق گزارش اخیر صنعتی در اوایل سال ۲۰۲۴، حدود ۹ از هر ۱۰ شرکت مخابراتی کابل‌های ۵۰ اهم را بین آنتن‌ها و واحدهای رادیویی دورافتاده (RRU) نصب می‌کنند. این ترجیح با توجه به نیازهای شبکه‌های سلولی مدرن منطقی است.

کاهش حداقل افت سیگنال: طول کابل، ضخامت و اتلاف فرکانس

چگونه اتلاف سیگنال با افزایش فاصله و فرکانس افزایش می‌یابد

با افزایش مسافت و فرکانس سیگنال‌ها، به طور طبیعی قدرت آن‌ها کاهش می‌یابد. این کاهش معمولاً بین ۰٫۲ تا ۱٫۵ دسی‌بل در هر ۱۰۰ فوت کابل متغیر است، هرچند این مقدار بسته به نوع کابل و محدوده فرکانسی که در آن کار می‌کند متفاوت است. برای مثال، در فرکانس ۹۰۰ مگاهرتز، کابل‌های هم‌محور قدیمی حدود ۱۱ دسی‌بل کاهش سیگنال را در تنها ۱۰۰ فوت اول تجربه می‌کنند، در حالی که کابل‌های جدید کم‌تلفات این مقدار را به حدود ۸ دسی‌بل کاهش می‌دهند. وضعیت با افزایش فرکانس بدتر می‌شود. به فناوری ۵G که در باند ۳٫۵ گیگاهرتز کار می‌کند نگاه کنید؛ در مقایسه با سیگنال‌های قدیمی‌تر ۴G که زیر ۲ گیگاهرتز فعالیت می‌کنند، این فناوری جدید تقریباً ۲٫۵ برابر تلفات سیگنال بیشتری دارد. در واقع دو رفتار متفاوت برای این تلفات وجود دارد. وقتی درباره طول کابل صحبت می‌کنیم، سیگنال به صورت مستقیم با افزایش مسافت ضعیف‌تر می‌شود. اما فرکانس به شیوه دیگری عمل می‌کند؛ نه تنها کمی بدتر است، بلکه با افزایش فرکانس به صورت نمایی تلفات بیشتر می‌شود. بنابراین اگر کسی بخواهد طول کابل خود را دو برابر کند، تلفات سیگنال نیز دو برابر خواهد شد. و فراموش کنید از اینکه بدون مواجهه با مشکلات جدی سیگنالی بخواهید مسافت بیشتری را پوشش دهید.

تعادل بین قطر کابل و تضعیف برای عملکرد بهینه

کابلهای با قطر بزرگتر تضعیف را کاهش می‌دهند اما انعطاف‌پذیری و هزینه را افزایش می‌دهند. به عنوان مثال، یک کابل 0.5 اینچی در مقایسه با نسخه 0.25 اینچی در فرکانس 3 گیگاهرتز، اتلاف سیگنال را 40٪ کاهش می‌دهد. با این حال، کابلهای ضخیم‌تر در فضاهای محدود عبور داده شدن سخت‌تر است. اپراتورها اغلب معایب و مزایا را با استفاده از معیارهای زیر ارزیابی می‌کنند:

قطر (اینچ)	رتبه‌بندی انعطاف‌پذیری	تضعیف در 3 گیگاهرتز (dB/100ft)
0.25	بالا	6.8
0.5	متوسط	4.1
0.75	کم	2.9

ویژگی‌های اتلاف وابسته به فرکانس در باندهای 4G و 5G

زیرساخت شبکه امروزی باید بتواند سیگنال‌ها را در طیف وسیعی از فرکانس‌ها، از 600 مگاهرتز تا 40 گیگاهرتز، پردازش کند. فناوری قدیمی‌تر 4G LTE که در محدوده 700 تا 2600 مگاهرتز کار می‌کند، معمولاً در نصب‌های معمولی کابل، کاهش سیگنال حدود 3 تا 8 دسی‌بل در هر 100 فوت را تجربه می‌کند. وضعیت با بررسی فناوری‌های جدیدتر پیچیده‌تر می‌شود. باند میانی 5G در 3.5 گیگاهرتز با تلفات بسیار بدتری مواجه است و گاهی در همان فاصله به 12 دسی‌بل می‌رسد. و سپس امواج میلی‌متری با فرکانس بالا در محدوده 24 تا 40 گیگاهرتز قرار دارند که صرفاً برای حفظ قدرت سیگنال در سطحی بالاتر از افت خطرناک 15 دسی‌بل، به کابل‌های فوق العاده کم‌تلفات نیاز دارند. این تفاوت‌ها در تصمیم‌گیری‌های واقعی برای پیاده‌سازی بسیار مهم هستند.

بهترین روش‌ها برای کاهش تضعیف سیگنال در خطوط فیدر

1. طول کابل‌ها را به حداقل برسانید : کاهش طول به میزان 50 فوت می‌تواند باعث کاهش 30 تا 55 درصدی تلفات سیگنال شود، بسته به فرکانس
2. از کابل‌های پیش‌نصب‌شده (پیش‌اتصال‌داده‌شده) استفاده کنید : مجموعه‌های پایان‌یافته در کارخانه خطرات تداخل غیرفعال (PIM) را در حین نصب در محل کاهش می‌دهند
3. از خم‌های تیز اجتناب کنید : شعاع خمش را حداقل برابر با ۱۰ برابر قطر کابل حفظ کنید تا از اختلال در امپدانس جلوگیری شود
4. مواد کم‌تلفات را انتخاب کنید : هسته‌های دی‌الکتریک فوم عملکرد فرکانس بالا را به میزان ۱۸ تا ۲۲ درصد نسبت به پلی‌اتیلن جامد بهبود می‌بخشند

با تطبیق مشخصات کابل با فاصله نصب، فرکانس و شرایط محیطی، اپراتورها می‌توانند قطعی‌های مربوط به تضعیف سیگنال را تا ۶۷ درصد کاهش داده و نسبت سیگنال به نویز (SNR) را بالاتر از آستانه‌های عملیاتی حفظ کنند.

اطمینان از سازگاری فرکانس و پهنای باند برای شبکه‌های مدرن

پشتیبانی از 4G LTE و 5G NR: نیازمندی‌های محدوده فرکانسی

شبکه‌های ارتباطی امروزی به کابل‌های فیدر نیاز دارند که بتوانند هم محدوده‌های فرکانسی 4G LTE از 700 تا 2600 مگاهرتز و هم سیگنال‌های جدیدتر 5G NR را که تا 7.125 گیگاهرتز ادامه دارند، پشتیبانی کنند. با بررسی بخش‌های مختلف طیف فرکانسی، محدوده زیر 6 گیگاهرتز همچنان از اهمیت بالایی برای دستیابی به نقطه بهینه بین پوشش مناسب و ظرفیت داده کافی برخوردار است. سپس فرکانس‌های موج میلی‌متری در محدوده 24 تا 47 گیگاهرتز قرار دارند که نیازمند کابل‌های خاصی با تلفات سیگنال تقریباً ناچیز هستند، زیرا این فرکانس‌ها در فواصل کوتاه عملکرد بهتری دارند اما پتانسیل عظیم پهنای باند را ارائه می‌دهند. برای اپراتورهای شبکه که در تلاش هستند تا با نیازهای در حال تغییر سرعت بگیرند، داشتن کابل‌هایی که چندین باند فرکانسی را پشتیبانی می‌کنند منطقی است، زیرا این امر به آن‌ها اجازه می‌دهد تا از منابع طیف موجود به بهترین شکل ممکن استفاده کنند، در حالی که زیرساخت‌ها به مرور زمان توسعه می‌یابند.

نیازهای پهنای باند در مخابرات با نرخ داده بالا

کانال‌های 5G نیازمند پهنای باند 100 تا 400 مگاهرتز در هر کاربره هستند که این مقدار به‌مراتب از حدّاکثر 20 مگاهرتز LTE فراتر می‌رود. برای حفظ وفاداری سیگنال، کابل‌های فیدر باید نسبت VSWR را کمتر از 1.5:1 حفظ کنند تا بازتاب‌هایی که ممکن است باعث اختلال در جریان‌های ویدئویی 4K و داده‌های گسترده IoT شوند، به حداقل برسد.

تعادل بین پشتیبانی از شبکه‌های قدیمی و عملکرد آینده‌نگر

اپراتورها باید سازگاری با خدمات موجود 3G و 4G را حفظ کنند، در حالی که برای 5G-Advanced آماده می‌شوند که سرعت اوج تا 10 گیگابیت بر ثانیه را هدف قرار داده است. کابل‌های فاز-پایدار با خواص دی‌الکتریک یکنواخت، عملکرد قابل اعتمادی را در محیط‌های ترکیبی فرکانسی فراهم می‌کنند و اعوجاج فاز را در کاربردهای MIMO و beamforming کاهش می‌دهند.

ارزیابی کابل‌های فیدر چند بانده برای انعطاف‌پذیری شبکه

کابل‌های فیدر دو بانده و سه بانده می‌توانند هزینه‌های زیرساختی را در مناطق انتقالی بین مناطق روستایی و شهری تا ۳۰٪ کاهش دهند. طراحی‌های بهینه امکان انتقال همزمان در باندهای ۶۰۰ مگاهرتز (LTE) و ۳٫۵ گیگاهرتز (5G) را فراهم می‌کنند، با تضعیف حداکثر ۰٫۳ دسی‌بل بر متر در دمای ۴۰ درجه سانتی‌گراد، که عملکرد کارآمد سیستم را تحت بارهای حرارتی واقعی تضمین می‌کند.

حفظ یکپارچگی سیگنال: عملکرد PIM و عوامل نصب

درک تداخل غیرخطی غیرفعال (PIM) در سیستم‌های سلولی

تداخل غیرفعال هماهنگ‌سازی، یا به اختصار PIM، زمانی رخ می‌دهد که نقاط غیرخطی در قطعات غیرفعال شروع به تولید سیگنال‌های هماهنگ آزاردهنده‌ای کنند که هیچ‌کس تمایلی به داشتن آن‌ها ندارد. این مشکل اخیراً در شبکه‌های 5G بسیار جدی شده است. انتقال به فرکانس‌های بالاتر در حدود 3.5 گیگاهرتز وضعیت را بدتر می‌کند و باعث ایجاد تحریفی حدود 15 تا 20 درصد بیشتر نسبت به فناوری قدیمی 4G می‌شود. مهندسان محلی هنگام عیب‌یابی مشکلات PIM با چند عامل متداول مواجه می‌شوند. اتصالات خورده‌شده یکی از مهم‌ترین موارد هستند، همراه با قطعات شلی که پس از نصب کسی آن‌ها را به درستی محکم نکرده است. و همچنین نباید فراموش کرد که مجموعه‌های کابلی که به خوبی با یکدیگر تطبیق ندارند. تمام این مشکلات کوچک باعث ایجاد تداخل می‌شوند که عملکرد شبکه را کاهش داده و به مرور زمان ظرفیت کلی آن را کم می‌کنند.

تأثیر PIM بر ظرفیت شبکه و کیفیت تماس

تحقیقات انجام‌شده در محیط‌های واقعی در سال ۲۰۲۳ نشان می‌دهد که هنگامی که تداخل مدارات مدولاسیون غیرفعال (PIM) رخ می‌دهد، می‌تواند تا ۴۰ درصد از پهنای باند شبکه در دکل‌های سلولی شهرهای شلوغ در ساعات اوج ترافیک کاسته شود. زمانی که چندین ارائه‌دهنده در فضاهای محدود فعالیت می‌کنند، این مشکلات بدتر می‌شوند و منجر به قطعی تماس‌ها و اتصالات اینترنتی بسیار کند و ناامن برای کاربران می‌شوند. اپراتورهای شبکه که با کابل‌های فیدر کار می‌کنند و در آن‌ها اندازه‌گیری‌های PIM بالاتر از ۱۴۰- دسی‌بل بر روی دسی‌بل (dBc) است، به‌طور متوسط حدود ۳۰ درصد افزایش در تیکت‌های خدمات مشتریان را مشاهده می‌کنند که از کیفیت صدای ضعیف در تماس‌های تلفنی و اتصالات ناپایدار شکایت دارند. این تنها یک مشکل انتزاعی برای مهندسان نیست، بلکه مستقیماً تجربه کاربران نهایی در مناطق پرجمعیت را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

انتخاب و نصب کابل‌های فیدر کم‌PIM برای محیط‌های متراکم

کابل‌های فیدر کم‌PIM که دارای کانکتورهای روکش‌شده با نقره هستند، تا ۸۵ درصد از مدولاسیون غیرفعال (PIM) نسبت به رابط‌های استاندارد آلومینیومی کمتر ایجاد می‌کنند. رویه‌های حیاتی نصب شامل:

• سفت کردن کنترل‌شده با گشتاور (۲۵ تا ۳۰ نیوتن‌متر برای متصل‌کننده‌های نوع N)
• اجتناب از خمیدگی‌های تندتر از ۱۰ برابر قطر کابل
• استفاده از ژل ضد اکسیداسیون روی انتهای کابل در فضای باز

در پیاده‌سازی‌های ۵G موج میلی‌متری، کابل‌های دارای رتبه PIM ≤ -155 دسی‌بل‌کار هارمونیک، نسبت سیگنال به نویز را ۱۲ دسی‌بل بهبود می‌بخشد و شعاع پوشش موثر را ۱۸٪ افزایش می‌دهد. انجام منظم آزمون PIM هر ۶ تا ۱۲ ماه یکبار به حفظ انطباق با استانداردهای 3GPP TS 37.145 برای کنترل تداخل کمک می‌کند.

دوام محیطی و قابلیت اطمینان بلندمدت کابل فیدر

چالش‌های نصب در فضای باز: تابش ماوراء بنفش، رطوبت و دماهای شدید

کابل‌های فیدر نصب‌شده در فضای باز باید در برابر تمامی شرایط سخت مقاومت کنند. قرار گرفتن طولانی‌مدت در معرض نور ماوراء بنفش (UV) مشکل بزرگی است که اغلب باعث تخریب روکش پلی‌اتیلن تا حدود ۴۰ درصد در عرض تنها پنج سال می‌شود. همچنین نوسانات شدید دما از ۴۰- درجه سانتی‌گراد تا ۸۵ درجه سانتی‌گراد، و بارش‌های سیل‌آسا که گاهی از ۱۰۰ میلی‌متر در ساعت فراتر می‌رود، می‌توانند به ختم‌کاری ضعیف کابل‌ها آسیب جدی وارد کنند. زمانی که این کابل‌ها در امتداد خطوط ساحلی نصب شوند، وضعیت بدتر می‌شود، زیرا مه نمک باعث خوردگی می‌گردد. در این شرایط، متصل‌کننده‌ها زودتر از موعد از کار می‌افتند و سیگنال‌ها به‌طور قابل توجهی کاهش می‌یابند، مگر اینکه به‌درستی در برابر این محیط دریایی محافظت شده باشند.

ویژگی‌های کلیدی حفاظتی: مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش، مسدودسازی آب و پایداری حرارتی

برای مقاومت در شرایط سخت، کابل‌های فیدر مدرن شامل موارد زیر هستند:

• روکش مهارشده در برابر اشعه ماوراء بنفش (UV-stabilized jacketing) (آزمون شده بر اساس UL 1581 MW 1100) که پس از ۳۰۰۰ ساعت قرار گرفتن در معرض اشعه UV، حداقل ۹۰٪ استحکام کششی خود را حفظ می‌کند
• محافظت سه‌لایه در برابر آب ترکیب فناوری هسته خشک با زره آلومینیومی جوش‌داده‌شده برای جلوگیری از نفوذ رطوبت
• دی‌الکتریک‌های پایدار از نظر حرارتی حفظ VSWR کمتر از 1.3:1 در دماهای بین -55°C تا +125°C

این ویژگی‌ها عملکرد الکتریکی ثابتی را علیرغم شرایط محیطی متغیر تضمین می‌کنند.

استانداردهای صنعتی برای کابل‌های فیدر مقاوم و مناسب استفاده در فضای باز

هماهنگی با Telcordia GR-13-CORE حداقل عمر مفید 20 ساله را در محیط‌های سخت و بیرونی تضمین می‌کند. گواهی‌نامه‌های ضروری شامل:

استاندارد	نیازمندی کلیدی	ارتباط با کابل‌ها
IEC 60754-1	اتساع دود بدون هالوژن	نصب‌های ایمن در تونل/زیرزمین
EN 50288-7-1	مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش/عوامل جوی	قرار گرفتن در معرض نور مستقیم خورشید
ETSI EN 302 066	حفاظت در برابر غوطه‌وری IP68	سایت‌های سلولی مستعد سیل

سوالات متداول کابل‌های فیدر RF

کابل‌های فیدر RF چه کاربردی دارند؟

کابل‌های فیدر RF برای انتقال سیگنال‌های فرکانس رادیویی بین قطعات کلیدی مانند آنتن‌ها و واحدهای باند پایه در شبکه‌های سلولی استفاده می‌شوند.

انواع کابل‌های هم‌محور (کواکسیال) که معمولاً در مخابرات استفاده می‌شوند کدام‌ها هستند؟

اپراتورهای مخابراتی عمدتاً از کابل‌های هم‌محور RG و LMR استفاده می‌کنند، که در فرکانس‌های بالاتر LMR اتلاف سیگنال کمتری دارد.

چرا شرکت‌های مخابراتی کابل‌های 50 اهم را ترجیح می‌دهند؟

کابل‌های 50 اهم به این دلیل ترجیح داده می‌شوند که نسبت به کابل‌های 75 اهم، توان بیشتری را با اتلاف سیگنال کمتر به‌طور کارآمد منتقل می‌کنند.

قطر کابل چگونه بر تضعیف سیگنال تأثیر می‌گذارد؟

کابل‌های با قطر بزرگتر تضعیف سیگنال را کاهش می‌دهند، اما انعطاف‌پذیری را کم و هزینه را افزایش می‌دهند و لذا ارزیابی دقیق معاوضه‌ها ضروری است.

چگونه می‌توان تخریب سیگنال در خطوط فیدر را به حداقل رساند؟

تخریب سیگنال را می‌توان با کاهش طول کابل، استفاده از کابل‌های پیش‌اتصال‌زنی‌شده، اجتناب از خم‌های تیز و انتخاب مواد کم‌اتلاف به حداقل رساند.

کابل‌های فیدر بیرونی با چه چالش‌های محیطی مواجه هستند؟

کابل‌های فیدر بیرونی با چالش‌هایی مانند قرار گرفتن در معرض تابش ماوراء بنفش (UV)، رطوبت، دمای شدید و خوردگی در محیط‌های دریایی مواجه هستند.