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RF कोएक्सियल केबल में उत्कृष्ट शील्डिंग और शोर प्रतिरोध

RF कोएक्सियल केबल की मुख्य संरचना

RF कोएक्सियल केबल एक परतदार डिज़ाइन के माध्यम से शोर प्रतिरोध प्राप्त करते हैं: केंद्रीय कंडक्टर के चारों ओर परावैद्युत इन्सुलेशन, शील्डिंग और बाहरी जैकेट होता है। परावैद्युत परत विद्युत नुकसान को कम करती है, जबकि शील्डिंग बाहरी हस्तक्षेप को रोकने के लिए एक फैराडे केज बनाती है।

शोर युक्त वातावरण में शील्डिंग प्रभावशीलता

शहरी आधार स्टेशनों को बिजली की लाइनों, रेडियो ट्रांसमीटरों और औद्योगिक उपकरणों से वैद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप (EMI) का सामना करना पड़ता है। इसका मुकाबला करने के लिए बहु-परत शील्डिंग का उपयोग किया जाता है, जो कम आवृत्ति की शोर के लिए 95% ब्रेड कवरेज को उच्च आवृत्ति के EMI को प्रतिबिंबित करने वाली फॉयल परतों के साथ जोड़ती है। फील्ड परीक्षणों में दिखाया गया है कि एकल शील्ड डिज़ाइन की तुलना में इस दोहरी परत वाले दृष्टिकोण से हस्तक्षेप में 40-60 dB तक की कमी आती है।

बहु-परत शील्डिंग और हस्तक्षेप अवरोधन

उन्नत विन्यास चार शील्डिंग परतों का उपयोग करते हैं: दो फॉयल और दो ब्रेडेड। बाहरी फॉयल हवाई EMI को विक्षेपित करती है, जबकि आंतरिक ब्रेड ग्राउंड-लूप धाराओं को अवशोषित करती है। स्पाइरल-ब्रेडेड विविधताएं कवरेज को बरकरार रखते हुए लचीलापन बढ़ाती हैं, जो बार-बार रखरखाव की आवश्यकता वाले टावरों के लिए महत्वपूर्ण है।

ब्रेड कवरेज और संकेत स्पष्टता पर डाइइलेक्ट्रिक का प्रभाव

अधिक ब्रेड घनत्व संकुलित स्पेक्ट्रम में 15-20% बेहतर शोर अस्वीकृति प्रदान करता है। गैस-इंजेक्टेड फोम पॉलिएथिलीन जैसी कम नुकसान वाली डाइइलेक्ट्रिक सामग्री संकेत अखंडता को बनाए रखती है, जो 3 गीगाहर्ट्ज पर 0.3 डीबी/मीटर तक क्षीणन कम करती है।

केस अध्ययन: शहरी आधार स्टेशन के लिए शील्डिंग प्रदर्शन

2023 में 200 शहरी स्थलों के विश्लेषण में पाया गया कि मल्टी-शील्डेड आरएफ समाक्षीय केबल मेट्रो प्रणालियों और 5G छोटी कोशिकाओं के निकट होने के बावजूद 98.7% सिग्नल-टू-नॉइज़ अनुपात (SNR) अनुपालन बनाए रखते हैं। SNR दसवें द्वारा अनुपालन पूरा करने के लिए मूल शील्डिंग का उपयोग करने वाले स्थलों को 33% अधिक रिपीटर की आवश्यकता थी।

आरएफ समाक्षीय केबल डिज़ाइन के साथ लंबी दूरी पर कम सिग्नल हानि

समाक्षीय केबल में सिग्नल हानि और आवृत्ति-निर्भर अभिमुखन

आरएफ समाक्षीय केबल सटीक इंजीनियरिंग के माध्यम से सिग्नल गिरावट को कम करते हैं, जिसमें अभिमुखन सीधे आवृत्ति के साथ बढ़ता है। 900 MHz पर, मानक RG-8 केबल 100 फीट प्रति 7.6 dB खो देते हैं, जबकि 50 MHz पर 1.3 dB की तुलना में, जो दर्शाता है कि उच्च आवृत्तियाँ ऊष्मा के रूप में ऊर्जा विघटन को कैसे तेज करती हैं। आधार स्टेशन अनुप्रयोगों के लिए आवृत्ति-आधारित केबल चयन की आवश्यकता इसी प्रतिरूप द्वारा निर्धारित होती है।

गेज और सामग्री के अनुसार समाक्षीय केबल सिग्नल हानि (प्रति 10 फीट)

केबल प्रकार	18 AWG (dB)	14 AWG (dB)	डाईलेक्ट्रिक सामग्री
लचीला डिजाइन	0.35	0.22	गैस-इंजेक्टेड फोम
करघेदार तांबा	0.28	0.15	पीटीएफई सम्मिश्र

18 एडब्ल्यूजी के बराबर तुल्यों की तुलना में प्रतिरोधक हानि में 37% की कमी 14 एडब्ल्यूजी के मोटे चालकों द्वारा की जाती है, जबकि टेम्परेचर में उतार-चढ़ाव के दौरान स्थिर प्रतिबाधा बनाए रखने के लिए पीटीएफई-आधारित परावैद्युत का उपयोग किया जाता है।

कम नुकसान लचीली बनाम करघेदार तांबा केबल तुलना

RF कोएक्सियल केबल्स की बात आने पर, लचीले केबल्स प्रति फुट लगभग 0.07 डीबी अतिरिक्त हानि देते हैं लेकिन इसके बदले में कुछ काफी मूल्यवान प्राप्त करते हैं: वे 180 डिग्री तक पूरी तरह मोड़े जा सकते हैं। इससे वे संचार टावरों पर उन बहुत तंग जगहों के लिए उत्तम बन जाते हैं जहाँ स्थापना एक चुनौती होती है। अब करघेदार तांबे के संस्करण अलग तरीके से काम करते हैं। ये वास्तव में 6 गीगाहर्ट्ज़ आवृत्तियों पर लगभग 0.13 डीबी प्रति फुट तक संकेत हानि को कम कर देते हैं क्योंकि उनके बाहरी चालक बिना किसी विराम के चलते हैं। शहरी मैक्रो सेल सेटअप के लिए, कई स्थापनाकर्ता दोनों प्रकारों के मिश्रण के साथ जाते हैं। वे आमतौर पर भवनों के माध्यम से ऊर्ध्वाधर रूप से करघेदार केबल्स का उपयोग करते हैं क्योंकि वे लगभग 2 डिग्री सेल्सियस की सीमा के भीतर तापमान परिवर्तनों को बेहतर ढंग से संभालते हैं। फिर खुद एंटीनाओं पर, वे ऊपर बताए गए लचीले जंपर्स पर स्विच कर जाते हैं। जब इन प्रणालियों के दिन-प्रतिदिन विश्वसनीय तरीके से काम करने की आवश्यकता होती है, तो यह तर्कसंगत लगता है।

प्रवृत्ति: घुलनशील नुकसान को कम करने के लिए उन्नत फोम डाइलेक्ट्रिक्स

नए शोध से पता चलता है कि ये विशेष कम-PIM फोम डाइलेक्ट्रिक्स, नियमित ठोस पॉलीएथिलीन कोर की तुलना में संवेशन हानि (इन्सर्शन लॉस) को लगभग 26 से लेकर 30 प्रतिशत तक कम कर सकते हैं। वायु से भरे संस्करण 1.3 से कम डाइलेक्ट्रिक स्थिरांक बनाए रखने में सक्षम हैं, जो इस बात को ध्यान में रखते हुए काफी प्रभावशाली है कि वे 500 न्यूटन से अधिक के बल का भी दबाव सहन करते हैं। यह प्रदर्शन इन्हें 5G NR तैनाती के लिए आदर्श बनाता है, क्योंकि ये 28 गीगाहर्ट्ज़ की आवृत्तियों पर प्रति 100 मीटर में 3 dB से अधिक हानि न होने के महत्वपूर्ण 3GPP मानक को प्राप्त करने में सहायता करते हैं। अधिकांश शीर्ष स्तरीय निर्माता अब इन ग्रेडेड इंडेक्स फोम को अपनाना शुरू कर रहे हैं क्योंकि वे विभिन्न उद्योगों में विस्तृत बैंड अनुप्रयोगों में उत्पन्न होने वाली परेशान करने वाली मॉडल फैलाव (मोडल डिस्पर्शन) की समस्याओं को कम करने में बहुत अच्छा काम करते हैं।

विश्वसनीय आरएफ सिग्नल संचरण के लिए प्रतिबाधा स्थिरता और VSWR

वोल्टेज स्टैंडिंग वेव अनुपात (VSWR) और प्रतिबाधा स्थिरता की व्याख्या

आरएफ समाक्षीय केबल सिग्नल को मजबूत रखते हैं क्योंकि वे प्रतिबाधा को उचित ढंग से नियंत्रित करते हैं। वोल्टेज स्टैंडिंग वेव अनुपात, या संक्षेप में VSWR, मूल रूप से इस बात को मापता है कि प्रतिबाधा में अमेल होने पर कितना सिग्नल वापस लौट जाता है। जब सब कुछ पूरी तरह से मिल जाता है, तो हमें 1:1 VSWR पठन प्राप्त होता है। अधिकांश आधुनिक सेल टावर व्यवहार में लगभग 1.4 से 1.5 अनुपात पर चलते हैं। यदि चीजें गलत होने लगती हैं और हम 2:1 VSWR देखते हैं, तो लगभग 11 प्रतिशत शक्ति वापस लाइन में भेज दी जाती है जहाँ तक पहुँचनी चाहिए थी वहाँ नहीं पहुँचती। ऐसी हानि समय के साथ तेजी से बढ़ जाती है, विशेष रूप से बड़े संचार नेटवर्क में।

बेस स्टेशन सुसंगतता के लिए 50-ओम प्रतिबाधा बनाए रखना

टेलीकॉम कंपनियों ने आरएफ कोएक्स केबल्स को उन सभी बेस स्टेशनों के साथ अच्छी तरह से काम करना सुनिश्चित करने के लिए 50 ओम को अपना पसंदीदा प्रतिबाधा मानक बना लिया है। इस विकल्प के पीछे कारण वास्तव में सरल है। यह इन केबल्स द्वारा संभाले जा सकने वाले शक्ति के मात्रा और स्पष्ट तथा साफ़ संकेत बनाए रखने के बीच सही संतुलन बनाता है। निर्माता इस आदर्श स्थिति को कंडक्टर के आकारों को सावधानीपूर्वक डिज़ाइन करके और विशिष्ट इन्सुलेटिंग सामग्री का चयन करके प्राप्त करते हैं। हाल के वर्षों में जिसे 'हेक्सागोनल ब्रेडिंग' विधि कहा जाता है, उसमें सुधार हुआ है जिससे चीजें और भी बेहतर हुई हैं। ये नए तकनीकी तरीके उत्पादन के दौरान असंगतियों को कम करते हैं, जिसका अर्थ है कि केबल से केबल के बीच कम भिन्नता होती है। परिणामस्वरूप, अधिकांश आधुनिक केबल्स 600 मेगाहर्ट्ज़ से लेकर 3.5 गीगाहर्ट्ज़ तक की लगभग पूरी आवृत्ति सीमा में लगभग 1.3 से 1 के स्थिर वीएसडब्ल्यूआर अनुपात को बनाए रखते हैं। ऐसी स्थिरता नेटवर्क स्थापना पर काम कर रहे इंजीनियरों के लिए जीवन को आसान बना देती है।

ट्रांसमीटर दक्षता पर खराब VSWR का वास्तविक प्रभाव

2024 में एकत्रित क्षेत्र डेटा को देखते हुए, हम पाते हैं कि उन आधार स्टेशनों में जहाँ VSWR 2:1 से अधिक हो जाता है, पाँच वर्ष की अवधि में लगभग 22 प्रतिशत अधिक एम्पलीफायर विफलताएँ देखी जाती हैं। जब प्रणाली में प्रतिबिंबित शक्ति होती है, तो ट्रांसमीटर को मूल रूप से अधिक काम करना पड़ता है, और चीजों को ठीक तरह से चलाने के लिए अपने आउटपुट में लगभग 17% की वृद्धि करनी पड़ती है। इस अतिरिक्त प्रयास का धन में भी वास्तविक प्रभाव पड़ता है, जिसमें प्रत्येक शहरी सेल साइट के लिए मासिक ऊर्जा बिल लगभग 74 डॉलर तक बढ़ जाता है। सौभाग्य से, नवीनतम अनुकूली प्रतिबाधा मिलान सर्किट अंतर बना रहे हैं। ये प्रणाली -40 डिग्री सेल्सियस से +85 डिग्री सेल्सियस तक तापमान में तेज उतार-चढ़ाव के बावजूद VSWR को प्लस या माइनस 0.05 के भीतर स्थिर रख सकती हैं। चुनौतीपूर्ण परिस्थितियों में विश्वसनीय नेटवर्क प्रदर्शन बनाए रखने में इस तरह की स्थिरता सब कुछ बदल देती है।

निष्क्रिय RF नेटवर्क में अंतरमॉड्यूलेशन विकृति (PIM) को कम करना

निष्क्रिय घटकों में अंतर-मॉड्यूलन विकृति (PIM) का अवलोकन

निष्क्रिय अंतर-मॉड्यूलन विकृति, या संक्षेप में PIM, तब होती है जब कोएक्सियल केबल जैसे निष्क्रिय घटकों के भीतर कई उच्च शक्ति वाले आरएफ सिग्नल मिलते हैं। ये पारस्परिक क्रियाएँ अवांछित हस्तक्षेप सिग्नल उत्पन्न करती हैं जो समग्र रूप से नेटवर्क के प्रदर्शन को बाधित कर देती हैं। अध्ययनों से पता चलता है कि यदि प्रेषण शक्ति में केवल 1 dB की वृद्धि होती है, तो PIM में लगभग 3 dB की वृद्धि हो जाती है। इससे नए 5G स्थापनाओं के लिए विशेष रूप से जोखिम बढ़ जाता है क्योंकि वे बहुत अधिक विस्तृत आवृत्ति सीमाओं में काम करते हैं। आज के LTE सिस्टम को ठीक से काम करने के लिए, PIM को -169 dBc से नीचे रहना चाहिए ताकि रिसीवर अभी भी -126 dBm संवेदनशीलता तक के सिग्नल को पकड़ सकें। इस आवश्यकता के कारण, निर्माताओं को आरएफ कोएक्सियल केबल के लिए उपयोग किए जाने वाले सामग्री और निर्माण विधियों के संबंध में बहुत सख्त दिशानिर्देशों का पालन करना चाहिए, विशेष रूप से उन सघन शहरी क्षेत्रों में जहाँ सिग्नल की गुणवत्ता सबसे अधिक महत्वपूर्ण होती है।

कोएक्सियल केबल और PIM: सामग्री और जोड़ों का योगदान कैसे होता है

धातु से धातु के संपर्क बिंदुओं पर गैर-रैखिक प्रभाव PIM के 78% मामलों के लिए जिम्मेदार हैं। प्रमुख योगदानकर्ता इस प्रकार हैं:

• निकल-लेपित कनेक्टर, जो चांदी-लेपित संस्करणों की तुलना में PIM में 40% अधिक दर्शाते हैं
• अनुचित रूप से कुंडलित केबल शील्ड जो 2.4 गीगाहर्ट्ज़ और उससे ऊपर हस्तक्षेप के कारण उछाल उत्पन्न करते हैं
• ढीली ब्रेड ज्यामिति जो संपीड़न-मोल्डेड डिज़ाइनों की तुलना में 15-20 डीबी तक PIM में गिरावट लाती है

विवाद विश्लेषण: क्या सभी कम-PIM केबल लागत के लायक हैं?

जबकि प्रीमियम कम-PIM केबल प्रयोगशाला की स्थितियों में हस्तक्षेप में 30-45 डीबी की कमी लाते हैं, वास्तविक दुनिया में लाभ भिन्न होते हैं:

तैनाती परिदृश्य	मानक केबल PIM	कम-PIM केबल में सुधार	आरओआई अवधि
शहरी मैक्रो सेल	-120dBc	-150dBc (25% क्षमता)	18 महीने
ग्रामीण छोटे सेल	-135dBc	-155dBc (8% क्षमता)	5+ वर्ष

इस अंतर के कारण विभिन्न तैनाती वातावरणों के लिए लागत प्रभावी PIM दहलीज को लेकर बहस होती है।

उद्योग का विरोधाभास: घने नेटवर्क में उच्च विश्वसनीयता बनाम PIM संवेदनशीलता

99.999% तक अपटाइम प्राप्त करने के प्रयास PIM भौतिकी के साथ टकराते हैं; डुप्लिकेट केबल मार्ग 60% तक धात्विक जंक्शन बढ़ा देते हैं, जिससे PIM से संबंधित विफलता के जोखिम बढ़ सकते हैं। परिणामस्वरूप, आधुनिक बेस स्टेशन डिज़ाइन डुप्लिकेट हार्डवेयर के बजाय केंद्रीकृत PIM निगरानी पर ध्यान केंद्रित करते हैं।

रणनीति: स्थापना की सर्वोत्तम प्रथाओं के माध्यम से PIM को कम करना

फील्ड अध्ययनों से पुष्टि होती है कि उचित स्थापना से PIM से संबंधित आउटेज में 53% की कमी आती है:

• 35-40 इंच-पाउंड कनेक्टर कसने के लिए टोर्क-सीमित रिंच का उपयोग करना
• 43 डीबीम ट्रांसमिट पावर पर छमाही पीआईएम स्वीप परीक्षण करना
• एंटीना एर्रे के पास बेंड त्रिज्या के 4 गुना से अधिक तंग मोड़ वाले केबल से बचना

ये प्रोटोकॉल पूर्ण लो-पीआईएम घटक प्रतिस्थापन की आवश्यकता के बिना प्रदर्शन बनाए रखने में मदद करते हैं।

आवृत्ति सीमा, शक्ति संभालन और पर्यावरणीय दृढ़ता

आधुनिक बेसबैंड इकाइयों में आवृत्ति सीमा और सिग्नल अखंडता

RF कोएक्सियल केबल 5G और पुरानी प्रणालियों के लिए आवश्यक विस्तृत बैंडविड्थ का समर्थन करते हैं, जिसमें आधुनिक बेस स्टेशनों को 600 MHz से 42 GHz तक संचालन की आवश्यकता होती है। उच्च-प्रदर्शन वाले केबल 6 GHz पर <4 डीबी/100 फीट अस्वीकृति बनाए रखते हैं। इनके डिज़ाइन चरण विरूपण को कम से कम करते हैं, जो कम-आवृत्ति नियंत्रण सिग्नल (1-3 GHz) और उच्च-बैंडविड्थ मिलीमीटर तरंगों (>24 GHz) के एक साथ संचरण की अनुमति देता है।

लगातार भार के तहत कोएक्सियल केबल की शक्ति संभालन क्षमता

पावर हैंडलिंग कंडक्टर के आकार और परावैद्युत स्थिरता पर निर्भर करती है। उदाहरण के लिए, ½-इंच केबल निरंतर पावर 300W को संभाल सकते हैं (40°C पर 30% डीरेटिंग के साथ), जबकि 7/8-इंच डिज़ाइन अधिकतम 2000W शिखर भार का सामना कर सकते हैं। प्रमुख विचार इस प्रकार हैं:

• सामग्री सीमाएं : तांबे से आवृत एल्युमीनियम 150°C पर निरंतर संचालन का समर्थन करता है
• शिखर बनाम औसत पावर : वोल्टेज स्पाइक के दौरान परावैद्युत भंजन को रोकने के लिए 5:1 की सुरक्षा मार्जिन की आवश्यकता होती है

उच्च-पावर बाहरी तैनाती में तापीय प्रबंधन

बाहरी बेस स्टेशनों को स्थापित करते समय, ऐसे केबलों का उपयोग करना महत्वपूर्ण है जो -55 डिग्री सेल्सियस से लेकर 125 डिग्री सेल्सियस तक के चरम तापमान को संभाल सकें। पीटीएफई (पॉलीटेट्राफ्लोरोएथिलीन) जैकेट केबलों को लचीला रखता है, भले ही तापमान -40 डिग्री सेल्सियस पर ठंड के बिंदु से नीचे गिर जाए, इसके अलावा यह समय के साथ सूर्य के प्रकाश के संपर्क में आने से क्षति के खिलाफ अच्छी तरह से खड़ा है। 2023 में किए गए शोध के अनुसार, केवल एक परत के बजाय कम्पोजिट पन्नी और ब्रैड की परिरक्षण का उपयोग करने से लगातार तीन दिनों तक लगातार लोड परीक्षण करने के बाद उपकरण के अंदर आंतरिक तापमान लगभग 18 डिग्री सेल्सियस तक कम हो जाता है। उन वास्तव में महत्वपूर्ण सेटअपों के लिए जहां विश्वसनीयता सबसे महत्वपूर्ण है, इंजीनियर अक्सर मजबूर हवा शीतलन समाधानों को उद्योग मानकों जैसे GR-487 के साथ जोड़ते हैं जो यह बताता है कि उपकरण को अपने परिचालन जीवनकाल के दौरान विभिन्न तापमान चक्रों के तहत कैसे प्रदर्शन करना चाहिए।

सामान्य प्रश्न

• आरएफ समाक्षीय केबलों में परिरक्षण का मुख्य उद्देश्य क्या है?
  RF कोएक्सियल केबल में शील्डिंग का प्राथमिक उद्देश्य बाहरी हस्तक्षेप को रोकना है, जो मुख्य चालक के चारों ओर फैराडे केज का प्रभाव उत्पन्न करता है।
• शहरी वातावरण में बहु-परत शील्डिंग हस्तक्षेप को कैसे कम करती है?
  बहु-परत शील्डिंग निम्न-आवृत्ति के शोर को अस्वीकार करने के लिए उच्च ब्रेड कवरेज को उच्च-आवृत्ति विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप को परावर्तित करने वाली फॉयल परतों के साथ जोड़कर हस्तक्षेप को कम करती है।
• कुछ स्थापनाओं में लचीली केबल को क्यों प्राथमिकता दी जाती है?
  लचीली केबल तंग जगहों में पसंद की जाती हैं जहाँ मोड़ना और गतिशीलता आवश्यक होती है, जबकि क्रिमिलेटेड तांबे की केबल संकेत हानि में कमी और बेहतर तापमान संभाल प्रदान करती हैं।
• आधुनिक RF नेटवर्क में उन्नत फोम डाइलेक्ट्रिक्स की क्या भूमिका होती है?
  उन्नत फोम डाइलेक्ट्रिक्स इन्सर्शन हानि को कम करते हैं, जो 5G नेटवर्क में न्यूनतम हानि के लिए 3GPP आवश्यकता जैसे कठोर मानकों को पूरा करने में सहायता करते हैं।
• VSWR क्या है और यह महत्वपूर्ण क्यों है?
  VSWR, वोल्टेज स्टैंडिंग वेव अनुपात, एक आरएफ प्रणाली में सिग्नल प्रतिबिंब को मापता है। उचित प्रतिबाधा मिलान VSWR को कम करता है, जिससे सिग्नल संचरण की दक्षता सुनिश्चित होती है।
• PIM पैसिव आरएफ नेटवर्क्स को कैसे प्रभावित करता है और इसके प्रभाव को कम करने के लिए क्या उपाय किए जा सकते हैं?
  PIM अवांछित सिग्नल उत्पन्न करके हस्तक्षेप का कारण बनता है; प्रभावी उपायों में उचित सामग्री चयन, जोड़ निर्माण विधियाँ और स्थापना प्रोटोकॉल शामिल हैं।