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RF同軸フィーダーケーブル：マクロサイト接続のための低損失性能

7/8”および1-1/4”クラゲ状同軸フィーダーケーブルが高出力4G/5Gマクロ展開で主流である理由

高出力のマクロセルサイト、特に3.5GHz帯付近の中間周波数で4G LTEおよび5G NRを扱うものでは、大径のコルゲート同軸フィーダーケーブルを使用することが事実上の標準的な手法となっている。この特定の周波数帯域で作動する場合、7/8インチケーブルは従来の1/2インチタイプと比較して信号損失を約40％低減する。さらに1-1/4インチ版にすると、損失はさらに約25％低下する。このような性能は、タワーに搭載された機器で30メートルを超える垂直方向への信号伝送を行う際に非常に重要である。これらのケーブルに使用される銅製シールドは90dB以上の電磁妨害を遮断するため、周囲に他の無線通信が密集している環境でも安定した動作が可能である。特殊なコルゲート構造は100ワットを超える連続送信による発熱に対処し、ケーブルの電気的特性が変化して信号品質が損なわれることを防ぐ。これらのケーブルは3.5GHzにおいて100メートルあたり3dB未満の一貫して低い信号損失を示し、取り扱いが荒くても耐えうる十分な強度を持ち、50オームのインピーダンスを維持できる。2023年の業界レポートによると、グローバルモバイルインフラストラクチャ協会が実施した調査に基づき、世界中の5Gマクロインフラの約四分の三がこの種のケーブルソリューションに依存しているという。

銅 vs. フォームPE誘電体：3.5GHz NRにおける減衰、PIM、熱安定性のトレードオフ

誘電体材料の選択は、5G NR中帯域容量の主要帯域である3.5GHzにおけるフィーダーケーブルの動作特性を根本的に決定する。固体銅およびフォームポリエチレン（フォームPE）誘電体の両方がIEC 61196-1仕様を満たしているが、運用上のトレードオフを考慮したシステムレベルでの意思決定が必要となる。

銅系誘電体は優れた信号減衰特性を提供するため、長い垂直フィーダー配線用途に最適です。しかし、機械的応力や振動が加わった場合、PIMレベルが約-155 dBc程度にまで悪化するという欠点があります。一方、フォームPE材料は、界面の均一性と界面における非線形性の低減により、PIMを約-165 dBcまで低下させることができます。ただし、これらの材料は湿潤環境で水分を吸収しやすく、温度が65度を超えると誘電率が変化しやすいため、熱変動のある屋外エンクロージャでは位相安定性に影響を及ぼすことがあります。選定にあたっては、設置場所の特定の条件を検討する必要があります。長距離ケーブルを要し、著しい温度変動がある高層タワーへの設置には銅系材料が最適です。一方、振動に敏感な短距離設置用途、特に超低PIMレベルが適切な動作に不可欠なマルチバンドシステムでは、フォームPEが好ましい選択となります。

PIM-クリティカル設計：マルチバンド4G/5Gフィーダーケーブルシステムにおける信号完全性の確保

－165 dBcのPIMしきい値を満たす：材料、コネクタ、および組立のベストプラクティス

マルチバンド4G/5Gネットワークにおいて高い周波数利用効率を得るためには、受動的相互変調（PIM）レベルを-165 dBc以下に抑えることが非常に重要です。PIMがこの値を超えると、ユーザーの多いエリアではネットワーク容量が約20%低下します。これは、厄介な第3次相互変調信号が受信帯域を妨害するためです。優れたフィーダーシステムはこの問題に対処するために主に3つのアプローチを採用しています。まず、非線形電流の問題を低減する無酸素銅導体を使用します。次に、はんだ接続ではなく圧着コネクタを採用することで、はんだ継手間の微小なギャップによるPIM性能の劣化を防ぎ、通常約30 dBcの改善効果が得られます。最後に、規定トルクの±10%以内で適切な組立トルクを管理することにより、接続点での機械的応力による歪みを防止します。RF部品に関する3GPP TR 38.811仕様書を参照すると、エンジニアは温度変動や複数の周波数帯が同時に動作する場合でも良好なPIM特性を維持するために、ヘリカル溝加工パターンや均一な誘電体材料といった要素にも注意を払う必要があります。

実環境におけるPIMの故障モード：腐食、トルクばらつき、およびマイクロギャップによる歪み

現地試験では、さまざまな展開環境におけるアクティブフィーダーシステムでのPIM故障の主な原因が3つあることが明らかになっています。最も深刻な問題は大気腐食であり、特に塩化物イオンが接続部で酸化を引き起こす場合です。これにより非線形接合部が形成され、沿岸地域や工業地帯付近では信号歪みレベルが最大15 dBcまで増加する可能性があります。もう一つの一般的な問題は、不適切な取り付けトルクによって接触抵抗が不均一になることです。このような場合、RF漏洩やデータスループットの低下が見られ、しばしば異常なネットワークパフォーマンス指標と一致します。おそらく最も厄介な問題は、導体と絶縁材料の間、あるいはコネクターピンとソケットの間に生じる微小な隙間（0.1 mm未満）です。これらの狭い空間は強いRF信号にさらされると望ましくないダイオードのように働き、広範囲にわたる相互変調干渉を引き起こします。Ericssonの最新の現地信頼性調査データによると、これら3つの問題が都市部のセルラータワーにおけるPIM関連の容量損失の20％以上を占めています。これらの問題に対処するために、通信事業者は通常、屋外コネクターへの窒素加圧、より良好な接触を得るための摺動面へのレーザーによる表面粗化処理、および初期設定手順中に自動トルクチェッカーを導入しています。

高密度かつ将来に備えた展開向けのファイバーオプティック給電ケーブル代替ソリューション

屋内マイクロ基地局およびコンパクトな都市部サイト向けの曲げに強いファイバー給電ケーブル

屋内マイクロ基地局、DASシステム、そしてこうしたコンパクトな都市部の小型セルは、いずれもスペースの制約と信号性能という課題に直面しています。このような場面で役立つのが曲げに強いファイバー（BIF）給電ケーブルであり、従来の同軸ケーブル方式で生じる多くの問題を解決します。BIF技術により、最小曲げ半径が実際に約5mm程度まで低下し、これは通常のシングルモードファイバと比べて約70％優れた性能です。この特性により、エレベーター昇降路内や壁裏への機器設置、家具類で混雑したオフィス環境での配線といった狭所での施工が格段に容易になります。さらに最も重要な点として、こうした複雑な配線を行っても信号損失は常に重要なしきい値である0.1dB以下に抑えられます。

主要な利点は以下の通りです.

• 空間最適化 ：250-µm BIFコアにより、標準設計と比較して40%小さいケーブル直径を実現—老朽化した建物への改造工事において極めて重要
• 可靠性 ：ITU-T G.657.A1試験プロトコルに従い、きつい曲げを100回以上繰り返した後でも0.5 dB/km以下の減衰を維持
• 安全性 ：屋内使用における火災安全基準IEC 61034およびUL 1666に適合した低発煙無鹵素（LSZH）シース

BIF フィーダーケーブルは波長分割多重（WDM）に対応しており、最大1625 nmまで使用可能です。このため、今後の5G-Advancedやさらに先の6Gフロントホールシステムにもスムーズに統合できます。これらのケーブルはIEC 60794-1-2 E3規格に基づく試験で400 N/cmを超える圧縮力に耐える性能を備えており、歩行者往来が非常に多い都市部でも優れた性能を発揮します。また、曲げによる微細な亀裂が発生しにくいため、他の選択肢と比べて技術者が現場に出向いて修理を行う頻度が約35％低減されます。さらに、多くの企業や都市で既に導入されている銅線と光ファイバーの混合構成にも簡単に接続でき、手間がかかりません。

よく 聞かれる 質問

4G／5G展開において、7/8インチおよび1-1/4インチの同軸フィーダーケーブルを使用する主な利点は何ですか？

主な利点には、信号損失の40％以上での低減、優れた電磁干渉遮蔽性能、および100ワットを超える連続送信から発生する熱の蓄積を処理できる能力が含まれます。

固体銅とフォームPE誘電体は、性能面でどのように異なりますか？

固体銅誘電体は優れた信号減衰を提供しますが、機械的応力下ではPIMレベルが高くなることがあります。一方、フォームPE誘電体は低いPIMを提供しますが、温度や湿気に関連した問題が生じる可能性があります。

給電システムにおけるPIM故障の原因は何ですか？

PIM故障は、大気中の腐食、不適切な取り付けトルク、およびマイクロギャップによる歪みが原因であることが多く、これらにより信号歪みが増加し、ネットワーク容量が低下します。

なぜ従来の同軸ケーブルよりも曲げに強い光ファイバーケーブルが選ばれるのでしょうか？

曲げに強い光ファイバーケーブルは、狭いスペースでの柔軟性が向上しており、信号損失が少なく、防火安全基準にも適合しているため、屋内設置に非常に適しています。