وبلاگ

چرا کابل هممحور دی‌الکتریک هوایی انتخاب بهینه برای ایستگاه‌های پایه 5G و mmWave است

فیزیک تلفات کم: چگونه دی‌الکتریک هوایی تضعیف را در فرکانس‌های بالای 2.5 گیگاهرتز به حداقل می‌رساند

کابل‌های هم‌محور دی‌الکتریک هوایی از ثابت دی‌الکتریک بسیار پایین هوای (حدود ۱) بهره می‌برند که در میان تمام عایق‌های عملی، پایین‌ترین مقدار را دارد و باعث می‌شود این کابل‌ها در کاهش تلفات سیگنال در فرکانس‌های بالای ۲٫۵ گیگاهرتز بسیار موثر باشند. در مقایسه با گزینه‌های سنتی مانند دی‌الکتریک فوم یا پلی‌اتیلن جامد، هوا باعث قطبی‌سازی مولکولی کمتری می‌شود و در نتیجه انرژی کمتری جذب می‌کند. در حدود ۶ گیگاهرتز، این ویژگی می‌تواند تضعیف سیگنال را تقریباً ۴۰ درصد کاهش دهد. هنگامی که وارد محدوده‌های بالاتر موج میلی‌متری می‌شویم، این خاصیت بسیار مهم می‌شود، زیرا تلفات سیگنال با افزایش فرکانس بسیار سریع‌تر بدتر می‌شود. آزمایش‌های واقعی نشان می‌دهند که این کابل‌های دی‌الکتریک هوایی حتی پس از عبور از ۱۰۰ متر در فرکانس ۲۸ گیگاهرتز، همچنان حدود ۹۲ درصد از کیفیت سیگنال را حفظ می‌کنند. این مقدار بسیار بهتر از عملکرد کابل‌های معمولی با هسته فوم است که معمولاً کارایی آن‌ها به زیر ۷۰ درصد می‌رسد. حفظ سیگنال‌های تمیز به این شکل برای تکنیک‌های پیشرفته مدولاسیون مورد استفاده در شبکه‌های مدرن ضروری است و به‌ویژه در حفظ تأخیر پایین در سیستم‌های پشتیبان ۵G بسیار مهم است.

پایداری حرارتی و توان بالا برای ایستگاه‌های پایه 5G در مناطق شهری متراکم

در مناطق شهری، ایستگاه‌های پایه 5G معمولاً با توان انتقال بیش از 200 وات کار می‌کنند که این امر به معنای نیاز فراوان به راه‌حل‌های مناسب مدیریت حرارتی است. کابل‌های هم‌محور دی‌الکتریک هوایی در حال محبوبیت یافتن هستند زیرا هسته توخالی آن‌ها اجازه می‌دهد گرما حدود سه برابر سریع‌تر نسبت به طراحی‌های سنتی با پرکننده جامد، دفع شود. برای گزینه‌های کابل صلب، مشاهده می‌شود که نوسان تلفات درجی در تمام طیف دمایی صنعتی از 40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد، همواره کمتر از 0.05 دسی‌بل باقی می‌ماند. این موضوع اهمیت زیادی برای تجهیزات نصب‌شده روی پشت‌بام دارد که در آن تابش مستقیم خورشید می‌تواند مشکلات جدی گرمایشی ایجاد کند. در مورد کابل‌های نیمه‌انعطاف‌پذیر، آن‌ها ثبات امپدانس را با نسبت VSWR کمتر از 1.15:1 حفظ می‌کنند، حتی هنگامی که به شدت دور گوشه‌ها خم می‌شوند. این امر به جلوگیری از مشکلات آزاردهنده PIM که هنگام یکپارچه‌سازی آرایه‌های آنتن فشرده پیش می‌آید، کمک می‌کند. تمام این ویژگی‌ها با هم تضمین می‌کنند که شبکه‌ها به‌طور قابل اعتماد آنلاین بمانند. و بیایید صادق باشیم، اپراتورها نمی‌توانند تحمل قطعی را داشته باشند، زیرا طبق تحقیقات مؤسسه Ponemon از سال گذشته، هر ساعت از قطعی برای آن‌ها حدود 740,000 دلار هزینه دارد.

انواع کابل‌های هم‌محور دی‌الکتریک هوایی معتبرسازی‌شده برتر برای استقرار ایستگاه پایه

خطوط صلب دی‌الکتریک هوایی: عملکرد دقیق در 3.5 گیگاهرتز و بالاتر

کابل‌های هم‌محور دی‌الکتریک هوایی صلب، اتلاف سیگنال بسیار پایینی را برای کاربردهای فیدر ثابت در فرکانس‌های بالای ۲٫۵ گیگاهرتز فراهم می‌کنند. آنچه این کابل‌ها را خاص می‌کند، طراحی نازل بی‌درز هادی خارجی است که هندسه شکاف هوایی را در تمام طول کابل ثابت نگه می‌دارد. این ثبات، اتلاف سیگنال را در فرکانس‌های موج میلی‌متری حدود ۳۰٪ نسبت به کابل‌های مشابه با هسته فوم کاهش می‌دهد. برای هر کسی که با سیگنال‌های ۳٫۵ گیگاهرتز و بالاتر سروکار دارد، این سطح از دقت به معنای یکپارچگی بهتر سیگنال در کل است. به همین دلیل بسیاری از شرکت‌های مخابراتی ترجیح می‌دهند از این کابل‌ها در فیدرهای آنتن ایستگاه‌های پایه کلان استفاده کنند، به‌ویژه از آنجا که اتلاف مسیر می‌تواند عامل محدودکننده بزرگی باشد. البته نصب این کابل‌ها چالش‌های خود را دارد. تکنسین‌ها باید در حین نصب از دستورالعمل‌های دقیق شعاع خمش پیروی کنند. اما با وجود این الزامات، کابل‌های هم‌محور دی‌الکتریک هوایی صلب همچنان به دلیل عمر طولانی و پایداری فاز عالی‌شان برجسته هستند و برای نصب‌های دائمی در دکل‌ها که قابلیت اطمینان بیش از هر چیز مهم است، انتخاب مناسبی محسوب می‌شوند.

انواع نیمه‌انعطاف‌پذیر دی‌الکتریک هوایی: تعادل بین عملی‌بودن نصب و بازدهی 24 تا 28 گیگاهرتز

کابل‌های دی‌الکتریک هوایی نیمه‌انعطاف‌پذیر در نقطه‌ای بین عملکرد بالا و نصب آسان قرار دارند و به‌ویژه در شهرهای شلوغ و داخل ساختمان‌ها که نیاز به نصب سلول‌های کوچک است، بسیار مفید هستند. هادی خارجی این کابل‌ها که از مس موج‌دار ساخته شده، امکان خم شدن تا حدود هشت برابر قطر خود کابل را فراهم می‌کند؛ این ویژگی امکان نصب مجدد را حتی در پشت‌بام‌های شلوغ فراهم می‌کند و نصب مرتب و دقیق را در فضاهای محدود مکانیکی ممکن می‌سازد. آزمایش‌ها نشان داده‌اند که در فرکانس‌های رسیدن به 28 گیگاهرتز، تنها حدود 0.6 دسی‌بل تلفات در هر 30 متر اتفاق می‌افتد، بنابراین سرعت داده بدون کاهش باقی می‌ماند. این کابل‌ها همچنین دارای فاصله‌گذارهای دقیقاً قالب‌گرفته برای ماده دی‌الکتریک هستند که از جابه‌جایی هادی مرکزی در برابر لرزش یا تغییرات دمایی جلوگیری می‌کنند و کیفیت سیگنال را در طول زمان پایدار نگه می‌دارند. اگرچه این کابل‌ها کمی بیشتر از مدل‌های صلب تلفات سیگنال دارند، اما در اکثر شرایط در محدوده فرکانسی 24 تا 28 گیگاهرتز، بهترین ترکیب از عملکرد فرکانس رادیویی، انعطاف‌پذیری فیزیکی و سرعت نصب توسط تکنسین‌ها را ارائه می‌دهند.

عملکرد واقعی: کابل هم‌محور دی‌الکتریک هوایی در مقابل فوم PE در سناریوهای ایستگاه پایه

اعتبارسنجی میدانی باند CBRS: 22 درصد تلفات مسیر کمتر در 120 متری در محدوده 3.7 تا 3.98 گیگاهرتز

آزمایش‌های میدانی با باندهای CBRS نشان داده‌اند که کابل‌های هم‌محور با دی‌الکتریک هوایی عملکرد به‌مراتب بهتری نسبت به کابل‌های ساخته‌شده با پلی‌اتیلن فوم دارند. هنگام بررسی خطوط فیدر با طول حدود ۱۲۰ متر که در محدوده فرکانسی ۳٫۷ تا ۳٫۹۸ گیگاهرتز کار می‌کنند، اپراتورهای شبکه به‌طور مداوم حدود ۲۲٪ کاهش در تلفات سیگنال مشاهده کرده‌اند. این امر به این دلیل رخ می‌دهد که هوا تقریباً خواص دی‌الکتریک بی‌نقصی دارد (ضریب دی‌الکتریک نسبی نزدیک به ۱٫۰) در مقایسه با اصطکاک ذاتی و مشکلات تضعیف سیگنال موجود در مواد فومی. کیفیت بهتر سیگنال به این معناست که آنتن‌ها می‌توانند سیگنال‌های قوی‌تری به‌طور کلی منتشر کنند. در مناطق شهری شلوغ که ترافیک سلولی زیاد است، این امر منجر به افزایش ۱۵ تا ۳۰ درصدی توان عملیاتی داده در هر ایستگاه پایه می‌شود. علاوه بر این، محدوده پوشش به‌صورت طبیعی گسترش می‌یابد بدون اینکه نیازی به تجهیزات اضافی مانند رِپیترها باشد. برای شرکت‌های مخابراتی، تمام این مزایا به این معناست که می‌توانند زیرساخت‌های جدید را سریع‌تر راه‌اندازی کنند، تقویت‌کننده‌های توان آن‌ها با وجود کار کردن بیشتر، عمر طولانی‌تری داشته باشند و هزینه‌های کلی به‌طور قابل‌توجهی کاهش یابد. مزایای مالی نیز بسیار روشن است و بازگشت سرمایه ۳ تا ۵ سال زودتر از موعد پیش‌بینی‌شده اتفاق می‌افتد، که این امر ناشی از تأخیر در نیاز به تعویض سخت‌افزار و عملکرد بهتر در راستای توافق‌نامه‌های سطح خدمات (SLA) است.

مقررات مهم نصب و بهترین شیوه‌های محیطی برای کابل هم‌محور دی‌الکتریک هوایی

پیشگیری از نفوذ رطوبت، فشاردهی و قابلیت اطمینان در مسیرهای طولانی در فضای باز

حفظ کیفیت سیگنال در کابل‌های هم‌محور با دی الکتریک هوا به شدت به وجود یک فضای خشک و پایدار درون کابل، جایی که ماده دی‌الکتریک قرار دارد، بستگی دارد. نصب‌های بیرونی و کابل‌کشی‌های طولانی‌تر نیازمند فشار هوای خشک مداوم بین ۳ تا ۵ پوند بر اینچ مربع هستند تا مشکلات ناشی از تشکیل قطرات چگالش جلوگیری شود. حتی مقادیر کمی رطوبت نیز می‌تواند باعث افت جدی سیگنال شود، تا حدود ۱۵ تا ۲۰ دسی‌بل در هر ۱۰۰ متر، به‌ویژه هنگام کار با سیگنال‌های mmWave با فرکانس بالا. هنگام آب‌بندی اتصالات، متخصصان معمولاً از دو لایه محافظ استفاده می‌کنند: ابتدا از نوار سیلیکونی خودجوش می‌پیچند و سپس آن را با کاورهای انقباض‌پذیر حرارتی پوشش می‌دهند که هم مقاوم در برابر UV هستند و هم دارای لایه چسبیده داخلی. برای کابل‌های صلب که از دیوارها یا ساختمان‌ها عبور می‌کنند، نصب صحیح شامل ایجاد حلقه‌های چکه‌زن و نصب شیرهای تنفسی به سمت پایین است تا قطرات آب قبل از رسیدن به ناحیه تحت فشار داخلی، دور شوند. در قسمت‌های افقی طولانی‌تر از ۳۰ متر، عملکرد مناسب این است که حدود هر ۱۵ تا ۲۰ متر، اتصالات انبساط قرار داده شود. این کار به مدیریت تغییرات دما بدون شکسته شدن آب‌بندی کمک می‌کند. با بررسی گزارش‌های واقعی از مناطق ساحلی که رطوبت همیشه بالاست، مشاهده می‌شود که سیستم‌های مجهز به فشاردهی مناسب حدود ۸ تا ۱۰ سال بیشتر از سیستم‌های بدون این حفاظت دوام می‌آورند. بنابراین، هرچند برخی ممکن است فشاردهی را فقط یک ویژگی اضافی بدانند، اما نصابان با تجربه می‌دانند که این روش در واقع ضروری است تا اطمینان حاصل شود این سیستم‌ها در طول زمان به‌صورت قابل اعتماد کار می‌کنند.

بخش سوالات متداول

• مزیت اصلی استفاده از کابل‌های هم‌محور با دی‌الکتریک هوایی برای فناوری 5G چیست؟
  کابل‌های هم‌محور با دی‌الکتریک هوایی دارای تضعیف سیگنال کمتر و مدیریت حرارتی بهتری هستند که آن‌ها را برای کاربردهای با فرکانس بالا مانند 5G ایده‌آل می‌کند.
• کابل‌های دی‌الکتریک هوایی چگونه در مقایسه با سایر انواع، دما را بهتر مدیریت می‌کنند؟
  هسته توخالی کابل‌های دی‌الکتریک هوایی اجازه می‌دهد گرما به‌طور کارآمدتری دفع شود که برای مدیریت سطوح توان بالا در ایستگاه‌های پایه 5G شهری بسیار مهم است.
• چالش‌های نصب مرتبط با کابل‌های هم‌محور دی‌الکتریک هوایی چیست؟
  نصب این کابل‌ها مستلزم رعایت دقیق دستورالعمل‌های شعاع خمش و استفاده از سیستم‌های تحت فشار برای جلوگیری از نفوذ رطوبت است.
• چرا کابل‌های دی‌الکتریک هوایی نسبت به کابل‌های فوم پلی‌اتیلن ترجیح داده می‌شوند؟
  کابل‌های دی‌الکتریک هوایی کیفیت سیگنال بهتر و تلفات مسیر کمتری دارند که این امر باعث بهبود توان عملیاتی داده‌ها و گسترش محدوده پوشش بدون نیاز به زیرساخت اضافی می‌شود.