Blog

RF koaxiális tápvezetékek: alacsony veszteségű teljesítmény makrohelyek összekapcsolásához

Miért dominálják a 7/8” és 1-1/4” hullámosított koaxiális tápvezetékek a nagy teljesítményű 4G/5G makrótelepítéseket

Nagy teljesítményű makrocellás adóállomásoknál, különösen a 3,5 GHz körüli középhullámú sávban működő 4G LTE és 5G NR technológiáknál, az egészen nagy átmérőjű bordázott koaxiális tápvezetékek szinte szabványos gyakorlattá váltak. Ebben a frekvenciatartományban a 7/8 hüvelykes kábelek kb. 40 százalékkal csökkentik a jelveszteséget a szokásos félhüvelykes típusokhoz képest. A 1-1/4 hüvelykes változatok esetén a veszteség további kb. 25 százalékkal csökken. Ez a teljesítmény különösen fontos, amikor a jeleket 30 méternél hosszabb függőleges távolságon kell továbbítani, ami gyakori a toronyra szerelt berendezéseknél. A kábelek rézárnyékolása több mint 90 dB elektromágneses interferenciát blokkol, így jól működnek akkor is, ha a közelükben intenzív más vezeték nélküli tevékenység zajlik. A speciális bordázott kialakítás segít elvezetni a folyamatos, 100 watt feletti adásból keletkező hőt, így a kábel nem változtatja meg villamos tulajdonságait, és nem rontja el a jelminőséget. Ezek a kábelek 3,5 GHz-en folyamatosan alacsony, 100 méterenként 3 dB alatti jelcsillapítást mutatnak, emellett elég robosztusak ahhoz, hogy ellenálljanak durva kezelésnek, miközben megőrzik 50 ohmos impedanciájukat. Az iparági jelentések szerint a 2023-as évben a Global Mobile Infrastructure Association által végzett felmérések alapján a világszerte üzembe helyezett 5G makró infrastruktúra körülbelül háromnegyede ezt a kábelezési megoldást használja.

Réz vs. Hab-PE dielektrikum: csillapítás, PIM és hőállóság közötti kompromisszumok 3,5 GHz-es NR frekvencián

A dielektrikum anyagának kiválasztása alapvetően meghatározza a tápvonal viselkedését 3,5 GHz-en – az 5G NR középső sávjának fő frekvenciáján. Bár a tömör réz, valamint a habosított polietilén (hab-PE) dielektrikum is megfelel az IEC 61196-1 előírásainak, üzemeltetési szempontból komoly különbségek adódnak, amelyek szándékos, rendszer-szintű döntéseket igényelnek:

A réz dielektrikumok kiváló jelelcsillapítást biztosítanak, amely kiválóvá teszi őket a hosszú, függőleges tápvonal-alkalmazásokhoz. Azonban hátrányuk, hogy a PIM-szintek közel kerülhetnek a -155 dBc értékhez, különösen mechanikai terhelés vagy rezgések hatására. A habosított polietilén (PE) anyagok másrészről képesek a PIM-et kb. -165 dBc-re csökkenteni, köszönhetően az egységes határfelületeknek és a csökkentett nemlinearitásnak az interfészeknél. Ezek az anyagok viszont gyorsabban fel tudják venni a nedvességet páradús környezetben, és hajlamosak dielektromos állandójuk változására, ha a hőmérséklet meghaladja a 65 °C-ot, ami különösen a hőingadozásnak kitett kültéri tokokban befolyásolja a fázisstabilitást. Az opciók közötti választáskor a mérnökök figyelembe kell vegyék a konkrét telephelyi körülményeket. A réz ideális választás olyan magas tornyokhoz, ahol hosszabb kábeltávolságok és jelentős hőmérsékletingadozások vannak. A habosított PE anyag pedig rövidebb, rezgésekre érzékeny telepítések esetén előnyös, különösen több sávú rendszerekben, ahol az ultra alacsony PIM-szint elérése elengedhetetlen a megfelelő működéshez.

PIM-kritikus tervezés: Jelintegritás biztosítása több sávú 4G/5G tápfogó kábelszisztémákban

A -165 dBc PIM határérték teljesítése: anyagok, csatlakozók és szerelési ajánlott eljárások

Nagyon fontos a passzív intermoduláció (PIM) szintjének -165 dBc alatt tartása, ha jó spektrális hatékonyságot szeretnénk elérni a több sávú 4G/5G hálózatokban. Ha a PIM e fölé az érték fölé emelkedik, a hálózati kapacitás körülbelül 20%-kal csökken a nagy felhasználószámú területeken, mivel a bosszantó harmadrendű intermodulációs jelek zavarni kezdik a vevő sávokat. A legjobb tápvonal-rendszerek három fő megközelítéssel küzdenek e probléma ellen. Először is, oxigéntelen rézvezetőket használnak, amelyek csökkentik a nemlineáris áramproblémákat. Másodszor, forrasztott helyett kompressziós csatlakozókat alkalmaznak, mivel a forrasztási varratok közötti kis rések jelentősen ronthatják a PIM-teljesítményt, ami a legtöbb esetben körülbelül 30 dBc előnyt jelent. Végül pedig a megfelelő szerelési nyomatékszabályozás, a megadott érték plusz-mínusz 10%-án belül, segít megelőzni a mechanikai feszültségből adódó torzításokat a csatlakozási pontokon. A 3GPP TR 38.811 specifikációinak figyelembevételével a mérnökök odafigyelnek még a spirális bordázási mintákra és az egységes dielektrikum anyagokra is. Ezek a tényezők döntenek arról, hogy a PIM-jellemzők akkor is megmaradjanak, ha hőmérsékletingadozás történik, vagy egyszerre több frekvenciasáv aktív.

A való világban előforduló PIM-hibák: korrózió, nyomatékváltozás és mikrohézag által okozott torzítás

Terepi tesztek három fő okot azonosítottak a PIM-hibák mögött aktív tápvonal-rendszerek különböző telepítései során. A legnagyobb problémát az atmoszférikus korrózió okozza, különösen akkor, amikor a kloridok oxidációt idéznek elő a csatlakozási pontokon. Ez nemlineáris átmeneteket hoz létre, amelyek a jelzaj-szintet akár 15 dBc-vel is növelhetik tengerparti vagy ipari területek közelében. Egy másik gyakori probléma a helytelen beszerelési nyomat, ami inkonzisztens érintkezési ellenálláshoz vezet. Ilyen esetekben rádiófrekvenciás szivárgást és csökkent adatátviteli sebességet tapasztalunk, ami gyakran furcsa hálózati teljesítménymutatókkal jár együtt. Talán a legnehezebben kezelhető probléma a vezetők és szigetelőanyagok közötti, illetve a csatlakozódugók és foglalatok közötti apró rés (0,1 mm-nél kisebb) jelenléte. Ezek a kis rések erős rádiófrekvenciás jelek hatására váratlan diódaként működhetnek, széleskörű intermodulációs zavart okozva. Az Ericsson legfrissebb terepi megbízhatósági tanulmányának adatai szerint e három probléma együttesen több mint a városi mobiltoronyhálózatokban fellépő PIM-mel kapcsolatos kapacitásveszteségek 20%-áért felelős. Ezekkel a problémákkal szemben a szolgáltatók általában nitrogénnyomásos tömítést alkalmaznak a kültéri csatlakozóknál, lézeres felületkezelést használnak az illeszkedő felületeken a jobb érintkezés érdekében, valamint automatikus nyomatellenőrző eszközöket építenek be a kezdeti telepítési eljárásokba.

Magas sűrűségű és jövőbiztos telepítésekhez szálkábel-tápvonal alternatívák

Hajlításrezisztens szálas tápvonalak beltéri mikro bázisállomásokhoz és kompakt városi telephelyekhez

A beltéri mikro bázisállomások, a DAS rendszerek és a kompakt városi kis cellák egyaránt nehézségekkel néznek szembe a helykorlátozottság és a jelminőség tekintetében. Itt lépnek színre a hajlításrezisztens szálas (BIF) tápvonalak, amelyek számos olyan problémát orvosolnak, amelyek a hagyományos koaxiális megoldásoknál jelentkeznek. A BIF technológia ténylegesen körülbelül 5 mm-esre csökkenti a minimális hajlítási sugarat, ami körülbelül 70%-kal jobb, mint a szokásos egymódusú szálaknál tapasztalható érték. Ez nagy különbséget jelent a berendezések szűk helyeken, például liftaknákban, falak mögött, vagy bútorokkal teli zsúfolt irodai környezetben történő telepítése során. És mi a legjobb? A jelveszteség az összes ilyen manőver közben is jól tartja magát a kritikus 0,1 dB-es határ alatt.

Fő előnyök:

• Téroptimalizálás : A 250-µm BIF magok 40%-kal kisebb kábeltérfogatot tesznek lehetővé a szabványos megoldásokhoz képest – létfontosságú a régi épületek felújításánál
• Megbízhatóság : Kevesebb, mint 0,5 dB/km csillapítást tart fenn több mint 100 alkalommal ismételt szoros hajlítás után az ITU-T G.657.A1 vizsgálati előírások szerint
• Biztonsági megfelelőség : Alacsony füstfejlődésű, halogénmentes (LSZH) köpeny burkolat, megfelel az IEC 61034 és UL 1666 tűzvédelmi szabványoknak beltéri használatra

A BIF tápvonal-kábelek hullámhossz-szétválasztással (WDM) működnek egészen 1625 nm-ig, ami azt jelenti, hogy tökéletesen illeszkednek majd a közelgő 5G-Advanced és akár a 6G előtéri rendszerekhez is. A kábeleket olyan módon gyártották, hogy az IEC 60794-1-2 E3 szabvány szerinti vizsgálatok szerint jól ellenállnak a több mint 400 N/cm-es összenyomó erőknek, ami kiválóan működik nagyon forgalmas városi területeken, ahol intenzív a gyalogforgalom. Ezek a kábelek nem fejlesztenek ki hajlításból származó apró repedéseket, amelyek gyakran problémát okoznak, így a technikusoknak kb. 35%-kal kevesebb alkalommal kell kiszállniuk javítani, mint más megoldások esetén. Emellett könnyedén csatlakoztathatók a sok vállalkozás és város által már telepített vegyes réz- és üvegszálas rendszerekhez.

Gyakran Ismételt Kérdések

Mik a 7/8" és 1-1/4" koaxiális tápvonal-kábelek használatának fő előnyei a 4G/5G központokban?

A főbb előnyök közé tartozik a jelveszteség csökkentése legalább 40%-kal, kiváló elektromágneses interferencia árnyékolás, valamint a folyamatos, 100 watt feletti adásból származó hőfelhalmozódás kezelésének képessége.

Miben különbözik a teljes réz és a hab-PE dielektrikum teljesítmény tekintetében?

A teljes réz dielektrikum kiváló jelelmosást biztosít, de mechanikai igénybevétel esetén magasabb PIM-szintekkel küzdhet. A hab-PE dielektrikum alacsonyabb PIM-et nyújt, de hőmérsékleti és nedvességgel kapcsolatos problémák léphetnek fel.

Mi okozza a PIM-hibákat a tápvonal rendszerekben?

A PIM-hibák gyakran az atmoszférikus korrózióra, helytelen szerelési nyomatra és mikrorepedések által okozott torzításokra vezethetők vissza. Ezek növekedett jelzajhoz és csökkent hálózati kapacitáshoz vezetnek.

Miért választhatna valaki hajlításrezisztens optikai kábeleket a hagyományos koaxiális kábelek helyett?

A hajlításrezisztens optikai kábelek kiváló rugalmasságot biztosítanak szűk helyeken, alacsony jelveszteséget tartanak fenn, és megfelelnek a tűzbiztonsági szabványoknak, így különösen alkalmasak beltéri alkalmazásokra.