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Cavi Coassiali RF: Prestazioni a Basse Perdite per la Connettività dei Siti Macro

Perché i Cavi Coassiali Corrugati da 7/8” e 1-1/4” Dominano i Deploy di Macrocella 4G/5G ad Alta Potenza

Per siti macro ad alta potenza, in particolare quelli che gestiscono tecnologie 4G LTE e 5G NR a frequenze medio-alte intorno ai 3,5 GHz, l'uso di cavi coassiali corrugati di alimentazione con diametro maggiore è diventato una pratica ormai standard. Quando si opera in questo intervallo di frequenza, i cavi da 7/8 di pollice riducono le perdite di segnale di circa il 40 percento rispetto alle comuni opzioni da mezzo pollice. Passando a versioni da 1-1/4 di pollice, le perdite diminuiscono ulteriormente di circa un quarto. Queste prestazioni sono molto importanti quando i segnali devono percorrere distanze verticali superiori ai 30 metri, situazione frequente nell'equipaggiamento installato su torri. La schermatura in rame di questi cavi blocca oltre 90 dB di interferenze elettromagnetiche, consentendo loro di funzionare bene anche in presenza di intensa attività wireless nelle vicinanze. La particolare struttura corrugata aiuta a dissipare l'accumulo di calore generato da trasmissioni continue superiori a 100 watt, evitando così variazioni nelle proprietà elettriche del cavo che potrebbero compromettere la qualità del segnale. Questi cavi mostrano perdite di segnale costantemente inferiori a 3 dB ogni 100 metri a 3,5 GHz e sono abbastanza robusti da resistere a manipolazioni gravose mantenendo un'impedenza di 50 ohm. Secondo rapporti del settore del 2023, circa i tre quarti di tutta l'infrastruttura macro 5G nel mondo si basano su questa tipologia di soluzione cablata, come indicato da indagini condotte dalla Global Mobile Infrastructure Association.

Rame vs. Dielettrico in Schiuma-PE: Compromessi in termini di attenuazione, PIM e stabilità termica a 3,5 GHz NR

La scelta del materiale dielettrico determina in modo fondamentale il comportamento del cavo di alimentazione a 3,5 GHz, la banda principale per la capacità 5G NR in banda media. Sebbene sia i dielettrici in rame solido che quelli in polietilene espanso (schiuma-PE) soddisfino le specifiche IEC 61196-1, i relativi compromessi operativi richiedono decisioni deliberate a livello di sistema:

I dielettrici in rame offrono un'eccellente attenuazione del segnale, risultando ideali per applicazioni con cavi verticali di lunga estensione. Tuttavia, presentano uno svantaggio in termini di livelli di PIM prossimi a -155 dBc, specialmente quando sono soggetti a sollecitazioni meccaniche o vibrazioni. I materiali in PE espanso, d'altra parte, possono ridurre il PIM a circa -165 dBc grazie alle loro interfacce uniformi e alla minore non linearità alle interfacce. Tuttavia, questi materiali assorbono più rapidamente umidità in ambienti umidi e tendono a mostrare variazioni della costante dielettrica quando la temperatura supera i 65 gradi Celsius, influenzando la stabilità di fase, in particolare negli alloggiamenti esterni soggetti a escursioni termiche. Nella scelta tra le diverse opzioni, gli ingegneri devono considerare le specifiche condizioni del sito. Il rame è preferibile per installazioni su torri alte con cavi di lunga lunghezza e notevoli fluttuazioni termiche. Il PE espanso diventa la scelta privilegiata per installazioni più brevi sensibili alle vibrazioni, specialmente nei sistemi multibanda dove raggiungere livelli di PIM ultra bassi è assolutamente essenziale per un corretto funzionamento.

Progettazione Critica PIM: Garantire l'Integrità del Segnale nei Sistemi di Cavo Tronco Multi-Banda 4G/5G

Rispettare la Soglia PIM di -165 dBc: Pratiche Ottimali per Materiali, Connettori e Assemblaggio

Mantenere i livelli di intermodulazione passiva (PIM) al di sotto di -165 dBc è molto importante per ottenere una buona efficienza spettrale nelle reti multibanda 4G/5G. Se il PIM supera questo valore, la capacità della rete diminuisce di circa il 20% nelle aree con elevata densità di utenti, poiché quei fastidiosi segnali di intermodulazione del terzo ordine interferiscono sulle bande di ricezione. I migliori sistemi di alimentazione affrontano questo problema adottando tre approcci principali. In primo luogo, utilizzano conduttori in rame privo di ossigeno, che riducono i problemi di corrente non lineare. In secondo luogo, impiegano connettori a compressione anziché saldati, poiché i piccoli intervalli tra i giunti saldati possono compromettere notevolmente le prestazioni PIM, con un vantaggio tipico di circa 30 dBc. Infine, un controllo accurato della coppia di serraggio, entro il ±10% rispetto al valore specificato, aiuta a prevenire distorsioni causate da sollecitazioni meccaniche nei punti di connessione. Esaminando le specifiche 3GPP TR 38.811 per i componenti RF, gli ingegneri devono inoltre prestare attenzione ad aspetti come i profili di goffratura elicoidale e l'uniformità dei materiali dielettrici. Questi fattori fanno la differenza nel mantenere buone caratteristiche PIM anche in presenza di fluttuazioni termiche o quando sono attive simultaneamente più bande di frequenza.

Modalità di guasto reali del PIM: corrosione, variazione della coppia e deformazione indotta da microgap

I test sul campo hanno individuato tre cause principali dei guasti PIM nei sistemi di alimentazione attivi in varie implementazioni. Il problema più grave è la corrosione atmosferica, in particolare quando i cloruri provocano ossidazione nei punti di connessione. Questo fenomeno crea giunzioni non lineari che possono aumentare i livelli di distorsione del segnale fino a 15 dBc in aree vicine alle coste o a zone industriali. Un altro problema comune è il momento di serraggio errato durante l'installazione, che provoca una resistenza di contatto non uniforme. Quando ciò accade, si osserva una dispersione RF e una riduzione della velocità di trasmissione dati, spesso correlata a metriche anomale delle prestazioni di rete. Forse il problema più insidioso riguarda microscopiche fessure (inferiori a 0,1 mm) tra conduttori e materiali isolanti, oppure tra i pin dei connettori e le relative prese. Questi piccoli spazi agiscono come diodi indesiderati quando esposti a segnali RF intensi, generando interferenze da intermodulazione diffuse. I dati dell'ultimo studio sulla affidabilità sul campo di Ericsson mostrano che questi tre problemi combinati sono responsabili di oltre il 20% delle perdite di capacità legate al PIM nelle torri cellulari urbane. Per contrastare tali problemi, gli operatori implementano tipicamente la pressurizzazione con azoto per i connettori esterni, utilizzano texture laserate sulle superfici di accoppiamento per garantire un migliore contatto e integrano verificatori automatici del momento di serraggio durante le procedure iniziali di configurazione.

Alternative ai cavi di alimentazione in fibra ottica per installazioni ad alta densità e future-proof

Cavi di alimentazione in fibra a bassa sensibilità alla curvatura per micro stazioni base interne e siti urbani compatti

Le micro stazioni base interne, i sistemi DAS e le piccole celle urbane compatte si scontrano tutti con problemi legati alle limitazioni di spazio e alle prestazioni del segnale. È qui che entrano in gioco i cavi di alimentazione in fibra a bassa sensibilità alla curvatura (BIF), risolvendo molte delle problematiche tipiche delle soluzioni coassiali tradizionali. La tecnologia BIF riduce effettivamente il raggio minimo di curvatura a circa 5 mm, ovvero circa il 70% in meno rispetto alla fibra monomodale standard. Questo fa una grande differenza durante l'installazione di apparecchiature in spazi ristretti come vani ascensore, nel passaggio dei cavi dietro le pareti o anche nell'aggirare ambienti d'ufficio affollati di mobili. E la parte migliore è che le perdite del segnale rimangono ben al di sotto della soglia critica di 0,1 dB durante tutte queste operazioni.

I principali vantaggi sono:

• Ottimizzazione dello Spazio : I nuclei BIF da 250 µm consentono diametri dei cavi del 40% più piccoli rispetto ai design standard, fondamentale per la riqualificazione di edifici esistenti
• Affidabilità : Mantiene un'attenuazione <0,5 dB/km dopo oltre 100 cicli di curvatura stretta, secondo i protocolli di prova ITU-T G.657.A1
• Conformità alla sicurezza : La guaina a bassa emissione di fumo e priva di alogeni (LSZH) soddisfa gli standard di sicurezza antincendio IEC 61034 e UL 1666 per uso interno

I cavi di alimentazione BIF funzionano con la multiplazione a divisione di lunghezza d'onda (WDM) fino a 1625 nm, il che significa che si integreranno perfettamente nei futuri sistemi fronthaul 5G-Advanced e persino 6G. I cavi sono progettati per resistere a forze di schiacciamento ben oltre i 400 N/cm secondo gli standard IEC 60794-1-2 E3; i test dimostrano che ciò funziona molto bene nelle aree urbane trafficate dove il passaggio pedonale è intenso. Questi cavi non sviluppano microfessurazioni causate dalla flessione, che spesso provocano problemi, pertanto gli interventi tecnici sono necessari circa il 35% in meno rispetto ad altre soluzioni. Inoltre, si collegano facilmente senza difficoltà agli impianti ibridi esistenti in rame e fibra già installati da molte aziende e città.

Domande frequenti

Quali sono i principali vantaggi dell'utilizzo di cavi di alimentazione coassiali da 7/8" e 1-1/4" nei deployment 4G/5G?

I vantaggi principali includono una riduzione della perdita di segnale del 40% o superiore, un'eccellente schermatura contro le interferenze elettromagnetiche e la capacità di gestire l'accumulo di calore derivante da trasmissioni continue superiori a 100 watt.

In che modo i dielettrici in rame solido e in PE espanso differiscono in termini di prestazioni?

I dielettrici in rame solido offrono un'eccellente attenuazione del segnale ma possono presentare livelli più elevati di PIM sotto stress meccanico. I dielettrici in PE espanso offrono un PIM più basso ma possono avere problemi legati a temperatura e umidità.

Quali sono le cause dei guasti PIM nei sistemi di alimentazione?

I guasti PIM sono spesso dovuti alla corrosione atmosferica, al momento di serraggio non corretto durante l'installazione e alle distorsioni indotte da microinterruzioni. Questi fattori portano a un aumento della distorsione del segnale e a una riduzione della capacità della rete.

Perché qualcuno potrebbe scegliere cavi in fibra insensibili alla curvatura invece dei tradizionali cavi coassiali?

I cavi in fibra insensibili alla curvatura offrono una migliore flessibilità negli spazi ristretti, mantengono basse le perdite di segnale e rispettano gli standard di sicurezza antincendio, risultando quindi particolarmente adatti per installazioni interne.