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Câbles coaxiaux d’alimentation : performances à faibles pertes pour la connectivité des sites macro

Pourquoi les câbles coaxiaux d’alimentation ondulés de 7/8” et 1-1/4” dominent les déploiements macro 4G/5G haute puissance

Pour les sites macro à haute puissance, notamment ceux utilisant la 4G LTE et la 5G NR à des fréquences moyennes autour de 3,5 GHz, l'utilisation de câbles coaxiaux gaine ondulée de grand diamètre est devenue une pratique quasi standard. Dans cette plage de fréquences, les câbles de 7/8 de pouce réduisent les pertes de signal d'environ 40 pour cent par rapport aux options classiques de demi-pouce. En passant à des versions de 1-1/4 de pouce, les pertes diminuent encore d'environ un quart. Cette performance est cruciale lorsque les signaux sont transmis sur des distances verticales supérieures à 30 mètres, ce qui est fréquent avec les équipements installés sur des tours. Le blindage en cuivre de ces câbles atténue plus de 90 dB d'interférences électromagnétiques, leur permettant de fonctionner efficacement même en présence d'une forte activité sans fil environnante. La conception spéciale ondulée contribue à gérer l'accumulation de chaleur due aux transmissions continues supérieures à 100 watts, évitant ainsi toute modification des propriétés électriques du câble et préservant la qualité du signal. Ces câbles présentent des pertes de signal constamment inférieures à 3 dB par 100 mètres à 3,5 GHz, tout en étant suffisamment robustes pour résister à une manipulation intensive et maintenir leur impédance de 50 ohms. Selon des rapports industriels de 2023 et des enquêtes menées par l'Association mondiale de l'infrastructure mobile, environ les trois quarts de toutes les infrastructures macro 5G dans le monde s'appuient sur ce type de solution de câblage.

Cuivre contre diélectrique en mousse-PE : compromis en matière d'atténuation, de PIM et de stabilité thermique à 3,5 GHz NR

Le choix du matériau diélectrique façonne fondamentalement le comportement des câbles d'alimentation à 3,5 GHz — la bande principale pour la capacité 5G NR en bande médiane. Bien que les diélectriques en cuivre massif et en mousse de polyéthylène (mousse-PE) répondent aux spécifications de l'IEC 61196-1, leurs compromis opérationnels exigent des décisions délibérées au niveau système :

Les diélectriques en cuivre offrent une excellente atténuation du signal, ce qui les rend idéaux pour les applications de câbles verticaux longs. Toutefois, ils présentent un inconvénient en ce qui concerne les niveaux de PIM qui s'approchent de -155 dBc, particulièrement lorsqu'ils sont soumis à des contraintes mécaniques ou des vibrations. Les matériaux en PE expansé, quant à eux, peuvent réduire le PIM à environ -165 dBc grâce à leurs interfaces uniformes et à la moindre non-linéarité aux interfaces. Néanmoins, ces matériaux absorbent plus rapidement l'humidité dans des environnements humides et tendent à présenter des variations de la constante diélectrique lorsque la température dépasse 65 degrés Celsius, ce qui affecte la stabilité de phase, notamment dans les enceintes extérieures soumises à des variations thermiques. Lors du choix entre ces options, les ingénieurs doivent tenir compte des conditions spécifiques du site. Le cuivre est préférable pour les installations sur hautes tours avec des câbles longs et des fluctuations importantes de température. Le PE expansé devient le choix privilégié pour des installations plus courtes sensibles aux vibrations, notamment dans les systèmes multi-bandes où l'obtention de niveaux de PIM ultra-faibles est absolument essentielle au bon fonctionnement.

Conception critique PIM : Assurer l'intégrité du signal dans les systèmes de câbles d'alimentation multi-bandes 4G/5G

Atteindre le seuil PIM de -165 dBc : meilleures pratiques en matière de matériaux, de connecteurs et d'assemblage

Maintenir les niveaux d'intermodulation passive (PIM) en dessous de -165 dBc est crucial pour obtenir une bonne efficacité spectrale dans les réseaux multi-bandes 4G/5G. Si le PIM dépasse ce seuil, la capacité du réseau diminue d'environ 20 % dans les zones à forte densité d'utilisateurs, car les signaux d'intermodulation du troisième ordre perturbent les bandes de réception. Les meilleurs systèmes de câblage résolvent ce problème selon trois approches principales. Tout d'abord, ils utilisent des conducteurs en cuivre sans oxygène, qui réduisent les problèmes de courant non linéaire. Ensuite, ils privilégient des connecteurs à compression plutôt que soudés, car les petits intervalles entre les soudures peuvent fortement dégrader les performances en matière de PIM, avec un avantage d'environ 30 dBc dans la plupart des cas. Enfin, un contrôle rigoureux du couple de serrage lors du montage, à ±10 % de la valeur spécifiée, permet d'éviter les distorsions dues aux contraintes mécaniques aux points de connexion. Selon les spécifications 3GPP TR 38.811 relatives aux composants RF, les ingénieurs doivent également prêter attention à des éléments tels que les motifs d'ondulation hélicoïdaux et l'uniformité des matériaux diélectriques. Ces facteurs font toute la différence pour conserver de bonnes caractéristiques de PIM, même lorsque la température varie ou que plusieurs bandes de fréquences sont actives simultanément.

Modes de défaillance réels du PIM : corrosion, variance de couple et distorsion induite par microécart

Les essais sur le terrain ont identifié trois causes principales de défaillances PIM dans les systèmes d'alimentation actifs à travers divers déploiements. Le problème le plus important provient de la corrosion atmosphérique, en particulier lorsque les chlorures provoquent une oxydation aux points de connexion. Cela crée des jonctions non linéaires pouvant augmenter les niveaux de distorsion du signal jusqu'à 15 dBc dans les zones côtières ou industrielles. Un autre problème courant est un couple de serrage incorrect lors de l'installation, entraînant une résistance de contact inconstante. Dans ce cas, on observe des fuites RF et une réduction du débit de données, souvent corrélées à des indicateurs inhabituels de performance du réseau. Le problème le plus délicat concerne probablement les micro-fissures (inférieures à 0,1 mm) entre les conducteurs et les matériaux isolants, ou entre les broches des connecteurs et leurs douilles. Ces petits espaces agissent comme des diodes indésirables lorsqu'ils sont exposés à de puissants signaux RF, générant des interférences d'intermodulation généralisées. Selon les données de la dernière étude de fiabilité sur le terrain menée par Ericsson, ces trois problèmes combinés sont responsables de plus de 20 % des pertes de capacité liées au PIM dans les tours cellulaires urbaines. Pour lutter contre ces problèmes, les opérateurs mettent généralement en œuvre une pressurisation à l'azote pour les connecteurs extérieurs, utilisent un texturage laser sur les surfaces d'accouplement afin d'améliorer le contact, et intègrent des vérificateurs automatiques de couple lors des procédures de configuration initiale.

Alternatives de câbles d'alimentation en fibre optique pour des déploiements haute densité et évolutifs

Câbles d'alimentation en fibre insensible aux courbures pour stations de base micro-intérieures et sites urbains compacts

Les stations de base micro-intérieures, les systèmes DAS et ces petites cellules urbaines compactes font tous face à des défis liés aux limitations d'espace et à la performance du signal. C'est là qu'interviennent les câbles d'alimentation en fibre insensible aux courbures (BIF), qui résolvent bon nombre de problèmes posés par les solutions coaxiales traditionnelles. La technologie BIF réduit effectivement le rayon de courbure minimal à environ 5 mm, soit une amélioration d'environ 70 % par rapport à la fibre monomode classique. Cela fait une grande différence lors de l'installation d'équipements dans des espaces restreints tels que les cages d'ascenseur, le passage de câbles derrière les murs ou encore la traversée d'environnements de bureau surchargés de mobilier. Et le meilleur ? Les pertes de signal restent bien en dessous du seuil critique de 0,1 dB tout au long de ces manipulations.

Les principaux avantages sont les suivants:

• Optimisation de l'espace : Les cœurs BIF de 250 µm permettent des diamètres de câble 40 % plus petits par rapport aux conceptions standard, ce qui est essentiel pour la rénovation de bâtiments anciens
• Fiabilité : Maintient une atténuation <0,5 dB/km après plus de 100 cycles de courbure serrée, conformément aux protocoles d'essai ITU-T G.657.A1
• Conformité à la sécurité : L'enveloppe sans halogène et à faible émission de fumée (LSZH) répond aux normes de sécurité incendie IEC 61034 et UL 1666 pour une utilisation en intérieur

Les câbles d'alimentation BIF fonctionnent avec la multiplexion en longueur d'onde (WDM) jusqu'à 1625 nm, ce qui signifie qu'ils s'intégreront parfaitement aux futurs systèmes de fronthaul 5G-Advanced et même 6G. Ces câbles sont conçus pour résister à des forces de compression largement supérieures à 400 N/cm selon les essais normalisés IEC 60794-1-2 E3, ce qui s'avère très efficace dans les zones urbaines densément fréquentées. Ces câbles ne développent pas de microfissures dues aux courbures, une cause fréquente de pannes, réduisant ainsi d'environ 35 % la fréquence des interventions techniques par rapport à d'autres solutions. De plus, ils se raccordent facilement et sans difficulté aux infrastructures hybrides cuivre et fibre déjà déployées par de nombreuses entreprises et villes.

Questions fréquemment posées

Quels sont les principaux avantages de l'utilisation des câbles d'alimentation coaxiaux de 7/8" et 1-1/4" dans les déploiements 4G/5G ?

Les avantages principaux incluent une réduction des pertes de signal de 40 % ou plus, un excellent blindage contre les interférences électromagnétiques et la capacité de gérer l'accumulation de chaleur provenant de transmissions continues supérieures à 100 watts.

En quoi les diélectriques en cuivre massif et en PE expansé diffèrent-ils en termes de performance ?

Les diélectriques en cuivre massif offrent une excellente atténuation du signal mais peuvent présenter des niveaux plus élevés d'IMD sous contrainte mécanique. Les diélectriques en PE expansé offrent une IMD plus faible, mais peuvent être sensibles aux variations de température et à l'humidité.

Quelles sont les causes des défaillances par IMD dans les systèmes d'alimentation ?

Les défaillances par IMD sont souvent dues à la corrosion atmosphérique, à un couple de serrage incorrect lors de l'installation et à des distorsions induites par des micro-intervalles. Cela entraîne une distorsion accrue du signal et une réduction de la capacité du réseau.

Pourquoi choisirait-on des câbles en fibre insensible aux courbures plutôt que des câbles coaxiaux traditionnels ?

Les câbles en fibre insensibles aux courbures offrent une flexibilité améliorée pour les espaces restreints, conservent de faibles pertes de signal et respectent les normes de sécurité incendie, ce qui les rend particulièrement adaptés aux déploiements en intérieur.