Les stations de base nécessitent des câbles capables de maintenir l'intégrité du signal sur des fréquences allant jusqu'à 6 GHz tout en résistant à des contraintes environnementales telles que les variations de température et l'humidité. Ces systèmes exigent une affaiblissement par réflexion inférieur à 20 dB et une impédance stable de 50 ohms afin d'éviter les réflexions de signal, ce qui est essentiel pour une transmission fiable de la voix et des données dans les réseaux cellulaires.
La conception en couches des câbles coaxiaux RF combine des conducteurs de précision avec des matériaux diélectriques avancés afin d'équilibrer flexibilité et efficacité de blindage. Contrairement aux guides d'ondes rigides, les variantes coaxiales s'adaptent aux courbures serrées des installations sur tours tout en offrant un affaiblissement inférieur à 0,3 dB/m à 3,5 GHz, répondant ainsi aux critères essentiels de performance pour les déploiements 5G NR.
Les opérateurs ont signalé 38 % de visites sur site en moins lorsqu'ils utilisaient des câbles coaxiaux RF doublement blindés dans les petites cellules mmWave lors des essais sur le terrain en 2023. Cette fiabilité accrue découle d'innovations telles que les diélectriques injectés avec mousse, qui contribuent à minimiser les pics de latence sous charges maximales de trafic.
| Critère | Les pièces de rechange | Guide d'ondes | Fibre |
|---|---|---|---|
| Coût d'installation | 12 $/m | 45 $/m | 28 $/m |
| Plage de fréquences | DC 110 GHz | 1 100 GHz | N/A (basé sur la lumière) |
| Résistance aux Intempéries | Élevé | Modéré | Faible |
| Les câbles coaxiaux dominent les connexions de dernier kilomètre en raison de leur rapport coût-performance dans les environnements RF, notamment là où des conduits métalliques existent déjà. Bien que la fibre soit excellente pour les applications de backhaul, sa sensibilité à l'oxydation des connecteurs fait du coaxial la solution privilégiée pour les liaisons orientées vers les antennes. |
Les câbles coaxiaux RF subissent des pertes de signal principalement à cause de trois facteurs. Tout d'abord, il y a l'absorption diélectrique, par laquelle environ 0,8 à 1,5 pour cent de l'énergie est perdue dans les matériaux standard en PE expansé. Ensuite, nous avons la résistance du conducteur, qui peut réellement réduire jusqu'à 25 % de l'intensité du signal dans les câbles en cuivre tressé. Et enfin, un blindage insuffisant entraîne également des pertes par rayonnement. Un rapport récent de l'Institut des normes en télécommunications a toutefois révélé un résultat intéressant. Leurs recherches de 2023 ont montré que les stations de base modernes haute fréquence fonctionnant entre 3,5 et 28 GHz dégradent le signal environ 23 % plus rapidement par rapport aux anciens systèmes inférieurs à 6 GHz lorsque tous ces facteurs se combinent. Cela a une grande importance pour les opérateurs de réseau qui cherchent à maintenir des connexions de qualité sur différentes fréquences.
Les câbles coaxiaux RF standard ont tendance à perdre de l'intensité de signal d'environ 18 % pour chaque augmentation de fréquence d'1 GHz. La plupart des modèles courants subissent une perte supérieure à 3 dB après seulement 100 pieds lorsqu'ils fonctionnent à des fréquences de 6 GHz. Les choses s'améliorent nettement à l'extrémité inférieure, les signaux situés en dessous de 1 GHz subissant généralement moins d'une demi-décibel de perte sur la même distance. Pour contrer ces pertes, les ingénieurs conçoivent des câbles avec des caractéristiques d'impédance stables. Les câbles de haute qualité peuvent maintenir leur valeur nominale de 50 ohms à plus ou moins 1 ohm, du courant continu jusqu'à 40 GHz, ce qui les rend fiables dans un large éventail d'applications où l'intégrité du signal est critique.
Pour chaque 50 pieds supplémentaires de câble, la puissance du signal diminue d'environ 0,75 à 1,2 dB dans ces réseaux 4G et 5G. Cela représente en réalité une perte assez significative, surtout lorsque l'on sait que la FCC exige une atténuation inférieure à 2 dB pour les connexions finales situées côté client. La plupart des professionnels sur le terrain recommandent de limiter la longueur des câbles à moins de 150 pieds lorsqu'on travaille avec des fréquences sub-6 GHz. Ils utilisent également souvent des techniques sophistiquées d'adaptation d'impédance, qui réduisent apparemment les pertes par réflexion d'environ deux tiers. L'Association de l'infrastructure sans fil a mentionné cela dans son rapport de 2022, ce qui montre clairement que les professionnels accordent aujourd'hui une grande attention à ce sujet.
Une grande entreprise de télécommunications urbaine a réussi à réduire les pertes de signal macrocellulaire de près de 4,2 dB à seulement 1,8 dB après avoir remplacé les câbles RG-8 standards par ces nouveaux modèles à diélectrique moussé rempli d'azote. Les résultats ont été assez impressionnants. Les vitesses de téléchargement ont augmenté d'environ 41 % dans les zones du centre-ville densément peuplées où tout le monde se partage la bande passante. En outre, chaque station de base consommait 18 watts de moins à chaque emplacement de site cellulaire. Cela peut sembler peu jusqu'à ce que l'on réalise que cela représente environ 2 100 $ d'économies annuelles sur les factures d'électricité pour chaque antenne exploitée.
Soixante-dix-huit pour cent des opérateurs mobiles privilégient désormais les câbles à très faibles pertes (<0,5 dB/100 pi à 28 GHz) pour les déploiements en ondes millimétriques, en raison des exigences de bande passante des canaux 5G NR. Le rapport 2024 sur les réseaux mobiles fait état d'une augmentation de 290 % en glissement annuel de l'utilisation de conducteurs argentés, qui améliorent la conductivité aux hautes fréquences de 27 % par rapport aux conceptions classiques en cuivre.
La fiabilité des câbles coaxiaux RF repose sur leur construction en couches successives, réalisée grâce à une ingénierie de précision. À l'intérieur, on trouve des conducteurs en cuivre massif ou toronné qui transmettent les signaux efficacement. Entre ces derniers se situe un matériau isolant diélectrique, comme du PTFE ou parfois du polyéthylène expansé, qui permet un fonctionnement fluide sans interférence. Vient ensuite la partie blindage, généralement constituée d'un tressage en cuivre ou d'un feuillard d'aluminium, qui bloque environ 90 à 95 % des interférences électromagnétiques. Enfin, un revêtement extérieur, généralement en PVC résistant aux UV, entoure l'ensemble pour assurer une protection contre les intempéries et autres facteurs environnementaux. Des tests en conditions réelles ont montré que ces conceptions multicouches présentent effectivement beaucoup moins de pannes que les options plus simples à une seule couche, avec une fréquence de défaillance inférieure d'environ 25 % selon les données terrain recueillies au fil du temps.
La dernière génération de câbles coaxiaux RF fait sensation grâce à d'importantes innovations en science des matériaux qui leur permettent de répondre aux exigences des réseaux 5G. En matière de conductivité, les alliages de cuivre hautement pur réduisent les pertes de signal d'environ 18 % par rapport aux conducteurs classiques, selon une étude publiée par Ponemon en 2023. Par ailleurs, ces diélectriques injectés à l'azote et expansés intégrés dans les câbles ont permis d'élever leur facteur de vélocité à environ 0,85, ce qui signifie que les signaux peuvent circuler beaucoup plus rapidement qu'auparavant. La couche externe n'est pas en reste : les gaines doubles en polyéthylène irradié résistent environ 40 % mieux aux conditions météorologiques extrêmes que les anciens modèles, ce qui leur permet de durer plus de 15 ans même dans des environnements urbains difficiles où les températures varient fortement. Toutes ces améliorations s'inscrivent parfaitement dans ce qui a été observé dans le Rapport 2024 sur les matériaux en télécommunications, où les experts soulignaient que la mise à niveau des matériaux n'est pas simplement souhaitable, mais absolument essentielle si les opérateurs veulent maintenir une disponibilité réseau quasi parfaite de 99,999 pour cent, sur laquelle tout le monde compte.
Une impédance standard de 50 ohms permet de réduire considérablement les réflexions de signal gênantes, car elle maintient la constante diélectrique très stable, avec une variation d'environ 1,5 %. Lorsque les ingénieurs se trompent sur le terrain, la situation dégénère rapidement. Nos tests ont montré que des impédances mal adaptées peuvent augmenter les pertes par réflexion jusqu'à 6 décibels, ce qui provoque des problèmes dans environ quatre installations de station de base sur cinq, selon les recherches menées l'année dernière par New England Labs. Les techniques de production modernes maintiennent désormais l'alignement des conducteurs à moins de 0,1 millimètre l'un de l'autre. Cela revêt une grande importance lorsque les câbles doivent s'incurver à angle droit sans perdre leurs caractéristiques de performance. Le résultat ? Une qualité de signal nettement supérieure, avec environ 32 % de distorsion de phase en moins aux hautes fréquences mmWave, comparé aux câbles fabriqués en dehors de ces normes.
| Facteur | Cuivre ondulé | L'aluminium |
|---|---|---|
| Conductivité | 100 % IACS | 61 % IACS |
| Poids | 8,96 g/cm³ | 2,70 g/cm³ |
| Résistance à la corrosion | Excellente (avec revêtement) | Bon (variantes anodisées) |
| Flexibilité | 30 % de cycles de flexion supplémentaires | 15 % de rigidité accrue |
Le cuivre est privilégié pour les déploiements urbains macrocellulaires à haute puissance, tandis que la réduction de poids de 63 % de l'aluminium le rend idéal pour les installations aériennes. Les conceptions ondulées améliorent la résistance à l'écrasement de 22 % par rapport aux alternatives à paroi lisse, pour les deux matériaux.
Les stations de base actuelles doivent faire face à toutes sortes de perturbations électromagnétiques provenant d'antennes voisines, de lignes électriques s'étendant partout, ainsi que d'innombrables appareils IoT qui circulent autour. La solution ? Les câbles coaxiaux RF dotés d'un bon blindage font des merveilles dans ce domaine. Ces câbles agissent comme des barrières contre les bruits indésirables en radiofréquence qui, autrement, perturberaient les signaux. Selon certaines recherches récentes publiées dans le rapport 2024 sur l'efficacité du blindage RF, lorsque les opérateurs investissent dans des matériaux de blindage de qualité, ils constatent une chute spectaculaire des interruptions de service causées par les interférences. Dans les zones urbaines animées où l'interférence électromagnétique (EMI) peut atteindre plus de 100 volts par mètre, ces améliorations réduisent les problèmes d'environ deux tiers. Cela fait une grande différence pour maintenir des communications fiables dans les environnements urbains densément peuplés.
Pour lutter contre les interférences électromagnétiques à haute fréquence dans les bandes 5G, les fabricants utilisent des architectures de blindage multicouches combinant du feuillard, de la tresse et des matériaux composites :
| Type de blindage | Couverture en fréquence | Atténuation EMI (dB) | Flexibilité |
|---|---|---|---|
| Tresse simple | Jusqu'à 6 GHz | 40 50 dB | Élevé |
| Feuillard + Tresse | Jusqu'à 40 GHz | 70 85 dB | Modéré |
| Blindages quadruples | 60 GHz+ | 90 110 dB | Faible |
Les conceptions multicouches surpassent les câbles à blindage simple par un facteur de 2,5 dans les bandes mmWave, selon une étude comparative d'analyse de 120 sites cellulaires.
Bien que le blindage améliore la résistance aux interférences électromagnétiques (EMI), une terminaison incorrecte peut entraîner une intermodulation passive (PIM), où des connecteurs corrodés ou des jonctions desserrées génèrent des signaux indésirables. Des études sectorielles montrent que 31 % des défaillances sur le terrain dans les réseaux denses proviennent de la PIM plutôt que de défauts de blindage, soulignant ainsi l'importance d'un assemblage précis.
Lors des essais de 2023, le déploiement de câbles coaxiaux RF doublement blindés dans les stations de base macrocellulaires a permis de réduire de 42 % les retransmissions liées aux EMI. Les réseaux utilisant des câbles blindés à 90 dB ont atteint des rapports signal/bruit supérieurs de 12 % par rapport à ceux dotés de conceptions standard à 60 dB, démontrant ainsi leur efficacité dans les zones à forte interférence telles que les stades et les centres de transport.
Les câbles coaxiaux RF maintiennent des performances constantes sur toute la plage de fréquences utilisée dans les stations de base actuelles, couvrant des bandes inférieures à 6 GHz situées autour de 3,3 à 7,1 GHz jusqu'aux plages élevées des ondes millimétriques comprises entre 24 et 40 GHz. Ces câbles intègrent des matériaux spéciaux qui minimisent les pertes de signal et conservent une résistance exacte de 50 ohms, nécessaire pour une transmission efficace de la puissance, même avec des signaux puissants atteignant jusqu'à 5 kilowatts dans les grands dispositifs d'antennes. Lorsqu'il s'agit spécifiquement des applications en ondes millimétriques, les fabricants ont de plus en plus recours à une isolation en mousse polyéthylène injectée d'azote plutôt qu'au matériau PTFE classique. Selon des résultats récents publiés l'année dernière dans le Wireless Infrastructure Report, ce changement réduit effectivement les pertes de signal d'environ 17 pour cent, rendant ces câbles nettement plus adaptés à la transmission à haute fréquence.
Dans les environnements urbains gérant plus de 50 000 connexions simultanées, les câbles coaxiaux RF doublement blindés maintiennent une intégrité du signal de 98,6 % en période de pointe. Leur construction résistante aux courbures permet un routage compact dans les chemins de câbles et les tours, offrant un avantage distinct par rapport aux solutions rigides à guide d'ondes.
De plus en plus d'opérateurs de réseaux optent pour des câbles coaxiaux RF large bande fonctionnant dans la plage de 1,7 à 7,5 GHz. Ces câbles leur permettent de combiner leurs réseaux 4G, 5G et LTE sur une seule et même ligne d'alimentation au lieu de plusieurs. Les économies réalisées avec cette configuration peuvent être assez importantes, environ 23 pour cent selon le rapport de l'Alliance du haut débit mobile de 2023. De plus, cela laisse de la marge pour l'évolution, car ces systèmes peuvent gérer des fréquences allant jusqu'à 10 GHz à l'avenir. En regardant encore plus loin, un phénomène intéressant émerge avec les conceptions de câbles hybrides utilisant des diélectriques à espacement aérien. Ces nouveaux câbles commencent à apparaître dans des applications nécessitant des connexions de liaison montante mmWave ultra large bande au-dessus de fréquences de 28 GHz.
À quoi servent les câbles coaxiaux RF ?
Les câbles coaxiaux RF sont utilisés pour transmettre des signaux radiofréquence dans les infrastructures de télécommunications, notamment les réseaux cellulaires et les stations de base.
Pourquoi les câbles coaxiaux sont-ils préférés aux fibres pour les connexions de dernier kilomètre ?
Les câbles coaxiaux sont préférés aux fibres optiques pour les connexions de dernier kilomètre en raison de leur rapport coût-performance et de leur résistance aux intempéries.
Quelle plage de fréquences les câbles coaxiaux RF couvrent-ils ?
Les câbles coaxiaux RF couvrent une plage de fréquences allant du courant continu (DC) à 110 GHz, ce qui les rend adaptés à diverses applications.
Quel est l'impact d'une terminaison incorrecte sur les câbles coaxiaux RF ?
Une terminaison incorrecte peut entraîner une intermodulation passive (PIM), provoquant des signaux indésirables et réduisant la fiabilité.
Comment les conceptions de blindage affectent-elles les performances dans des environnements RF denses ?
Les conceptions de blindage à plusieurs couches (feuille, tresse, matériaux composites) réduisent les interférences et améliorent la résistance aux EMI dans les environnements RF denses.
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