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RF 동축 피더 케이블: 매크로 사이트 연결성을 위한 저손실 성능

7/8인치 및 1-1/4인치 주름형 동축 피더 케이블이 고출력 4G/5G 매크로 구축에서 지배적인 이유

고출력 매크로 셀 사이트의 경우, 특히 3.5GHz 대역의 중간 주파수에서 4G LTE 및 5G NR을 다루는 경우에는 직경이 큰 주름 동축 피더 케이블 사용이 사실상 표준화되었습니다. 이 특정 주파수 대역에서 작업할 때, 7/8인치 케이블은 일반적인 1/2인치 케이블 옵션에 비해 신호 손실을 약 40% 줄여줍니다. 1-1/4인치 규격으로 올라가면 손실이 추가로 약 25% 더 감소합니다. 이러한 성능은 탑 장비 설치 시 흔히 발생하는 30미터 이상의 수직 거리에서 신호를 전송할 때 매우 중요합니다. 이 케이블에 적용된 구리 차폐층은 90dB 이상의 전자기 간섭을 차단하여 근처에서 다른 무선 활동이 많이 일어나는 환경에서도 안정적으로 작동할 수 있게 해줍니다. 특수한 주름 구조 설계는 100와트 이상의 지속적인 송신에서 발생하는 열 축적을 효과적으로 관리하여 케이블의 전기적 특성이 변하지 않고 신호 품질이 유지되도록 합니다. 이러한 케이블은 3.5GHz에서 100미터당 3dB 이하의 일관된 낮은 신호 손실을 보이며, 거친 취급에도 견딜 만큼 강하고 50옴의 임피던스를 유지합니다. 글로벌 모바일 인프라 협회(GMIA)가 실시한 조사에 따르면, 2023년 산업 보고서는 전 세계적으로 설치된 5G 매크로 인프라의 약 4분의 3이 이러한 유형의 케이블 솔루션에 의존하고 있다고 밝혔습니다.

3.5GHz NR에서 감쇠, PIM 및 열 안정성 측면에서의 구리 대 폼-PE 유전체 비교

유전체 재료 선택은 5G NR 중간 밴드 용량의 핵심 주파수대인 3.5GHz에서 피더 케이블 동작 특성에 근본적인 영향을 미칩니다. 고체 구리와 폼폴리에틸렌(폼-PE) 유전체 모두 IEC 61196-1 사양을 충족하지만, 운용상의 트레이드오프는 시스템 수준에서 신중한 결정을 요구합니다.

구리 유전체는 우수한 신호 감쇠 특성을 제공하여 장거리 수직 피더 응용 분야에 매우 적합합니다. 그러나 기계적 스트레스나 진동이 가해질 경우 PIM 레벨이 약 -155 dBc 수준으로 증가하는 단점이 있습니다. 반면 폼 PE 소재는 인터페이스의 균일성과 인터페이스에서의 비선형성이 낮아 PIM을 약 -165 dBc까지 낮출 수 있습니다. 하지만 이러한 소재는 습한 환경에서 습기를 더 빨리 흡수하는 문제가 있으며, 온도가 65도 섭씨를 초과하면 유전율이 변화하여 옥외 케이스처럼 열 변화가 있는 환경에서 위상 안정성에 영향을 줄 수 있습니다. 선택 시 엔지니어들은 특정 설치 현장의 조건을 고려해야 합니다. 구리 소재는 긴 케이블 길이와 큰 온도 변동이 있는 높은 탑 설치에 가장 적합하며, 폼 PE는 진동에 민감하고 다중 밴드 시스템에서 초저 PIM 레벨이 정상 작동에 필수적인 짧은 거리 설치에 더 적합한 선택입니다.

PIM-중요 설계: 다중 밴드 4G/5G 피더 케이블 시스템에서 신호 무결성 보장

-165 dBc PIM 임계값 충족: 재료, 커넥터 및 어셈블리 최적 사례

다중 밴드 4G/5G 네트워크에서 스펙트럼 효율성을 높이기 위해서는 수동적 상호변조(PIM) 수준을 -165 dBc 이하로 유지하는 것이 매우 중요합니다. PIM 수치가 이 기준을 초과하면 사용자 밀도가 높은 지역에서 네트워크 용량이 약 20% 감소하게 되는데, 이는 귀찮은 3차 상호변조 신호들이 수신 밴드를 방해하기 때문입니다. 최고의 피더 시스템은 이러한 문제를 해결하기 위해 세 가지 주요 방법을 사용합니다. 첫째, 산소 불순물이 없는 순동 도체를 사용하여 비선형 전류 문제를 줄이는 것입니다. 둘째, 납땜 연결 대신 압축 커넥터를 사용하는 것으로, 납땜 조인트 사이의 작은 간격이 PIM 성능에 크게 악영향을 미칠 수 있기 때문에 대부분의 경우 약 30 dBc 정도의 우수한 성능을 제공합니다. 셋째, 규정된 값의 ±10% 이내에서 적절한 조립 토크를 유지함으로써 연결 지점에서의 기계적 응력으로 인한 왜곡을 방지하는 것입니다. 3GPP TR 38.811의 RF 부품 사양을 살펴보면, 엔지니어들은 나선형 골짜기 패턴 및 균일한 유전 물질과 같은 요소들에도 주의를 기울여야 합니다. 이러한 요소들은 온도 변화나 다중 주파수 밴드가 동시에 작동하는 상황에서도 우수한 PIM 특성을 유지하는 데 결정적인 역할을 합니다.

현장에서 발생하는 PIM 고장 모드: 부식, 토크 변동 및 마이크로그랩에 의한 왜곡

현장 테스트를 통해 다양한 구축 사례에서 액티브 피더 시스템의 PIM 고장을 일으키는 주요 원인 세 가지가 확인되었다. 가장 큰 문제는 대기 중 부식으로, 특히 염화물이 연결 지점에서 산화를 유발하는 경우이다. 이로 인해 비선형 접합부가 생성되어 해안 지역이나 산업 단지 근처에서 신호 왜곡 수준을 최대 15 dBc까지 증가시킬 수 있다. 또 다른 일반적인 문제는 부적절한 설치 토크로 인해 접촉 저항이 불균일하게 되는 것이다. 이러한 상황이 발생하면 RF 누설과 데이터 처리량 감소가 나타나며, 종종 이상한 네트워크 성능 지표와 일치한다. 가장 까다로운 문제 중 하나는 도체와 절연재 사이 또는 커넥터 핀과 소켓 사이에 존재하는 미세한 간격(0.1mm 미만)이다. 이러한 작은 공간은 강한 RF 신호에 노출될 때 원치 않는 다이오드처럼 작용하여 광범위한 직교변조 간섭(intermodulation interference)을 유발한다. 에릭슨의 최신 현장 신뢰성 연구 자료에 따르면, 이 세 가지 문제가 도시 내 셀룰러 기지국의 PIM 관련 용량 손실의 20% 이상을 차지하고 있다. 이러한 문제들을 해결하기 위해 통상적으로 사업자들은 실외 커넥터에 질소 가압을 적용하고, 결합면에 레이저 텍스처링을 사용하여 더 나은 접촉을 만들며, 초기 설정 절차 중에는 자동 토크 체커를 도입한다.

고밀도 및 미래 준비형 구축을 위한 광섬유 피더 케이블 대안

실내 마이크로 기지국 및 소형 도시 기지국을 위한 굽힘에 강한 광섬유 피더 케이블

실내 마이크로 기지국, DAS 시스템, 소형 도심 셀 등은 공간 제약과 신호 성능 측면에서 여러 어려움에 직면해 있습니다. 바로 이런 상황에서 굽힘에 강한 광섬유(BIF) 피더 케이블이 해결책이 될 수 있으며, 기존 동축 케이블 솔루션의 많은 문제를 해결합니다. BIF 기술은 최소 굽힘 반경을 약 5mm 수준으로 낮추는데, 이는 일반 단일모드 광섬유 대비 약 70% 향상된 수치입니다. 이를 통해 엘리베이터 샤프트와 같은 좁은 공간이나 벽 뒤 배선, 가구로 혼잡한 사무실 환경에서도 장비 설치가 훨씬 용이해집니다. 무엇보다도 중요한 점은 이러한 복잡한 배치 과정에서도 신호 손실이 0.1dB이라는 중요 임계치 아래로 유지된다는 것입니다.

주요 장점은 다음과 같습니다.

• 공간 최적화 : 250-µm BIF 코어는 기존 설계 대비 케이블 직경을 40% 더 작게 만들어 기존 건물의 리트로핏에 필수적임
• 신뢰성 : ITU-T G.657.A1 시험 프로토콜에 따라 반복 굽힘 100회 이상 후에도 <0.5 dB/km의 감쇠율 유지
• 안전성 준수 : 실내 사용을 위한 낮은 연기 및 무할로겐(LSZH) 피복이 IEC 61034 및 UL 1666 화재 안전 기준을 충족함

BIF 피더 케이블은 파장 분할 다중화(WDM) 방식에서 최대 1625nm까지 작동하므로, 향후 등장할 5G-Advanced 및 6G 프론탈 시스템에도 그대로 적용 가능합니다. 이 케이블은 IEC 60794-1-2 E3 표준에 따라 400N/cm 이상의 압축 하중에 견딜 수 있도록 설계되어 있어 보행자 이동이 많은 도심 지역에서도 우수한 성능을 발휘하는 것으로 테스트를 통해 입증되었습니다. 이러한 케이블은 굽힘으로 인해 발생하는 미세 균열이 생기지 않아 다른 제품 대비 기술자가 현장에 출동하여 수리해야 하는 빈도가 약 35% 정도 감소합니다. 또한 기업과 도시 곳곳에 이미 설치된 혼합형 구리선 및 광섬유 인프라에 별도의 복잡한 절차 없이 쉽게 연결이 가능합니다.

자주 묻는 질문

4G/5G 구축 시 7/8인치 및 1-1/4인치 동축 피더 케이블을 사용하는 주요 장점은 무엇입니까?

주요 장점으로는 신호 손실을 40% 이상 줄일 수 있으며, 뛰어난 전자기 간섭 차폐 성능과 100와트를 초과하는 지속적인 송신에서 발생하는 열 축적을 처리할 수 있는 능력이 있습니다.

고체 구리 유전체와 폼-PE 유전체는 성능 측면에서 어떻게 다릅니까?

고체 구리 유전체는 우수한 신호 감쇠 성능을 제공하지만 기계적 스트레스 하에서 더 높은 PIM 수준을 나타낼 수 있습니다. 반면 폼-PE 유전체는 낮은 PIM을 제공하지만 온도 및 습기 관련 문제가 발생할 수 있습니다.

급전 시스템에서 PIM 고장을 일으키는 원인은 무엇입니까?

PIM 고장은 대기 중 부식, 부적절한 설치 토크, 미세 갭에 의한 왜곡 등이 주된 원인입니다. 이러한 요소들은 신호 왜곡 증가와 네트워크 용량 저하로 이어집니다.

왜 어떤 사람들은 기존 동축 케이블보다 굴곡에 강한 광섬유 케이블을 선택할 수 있습니까?

굴곡에 강한 광섬유 케이블은 좁은 공간에서도 유연하게 설치할 수 있으며, 낮은 신호 손실을 유지하고 화재 안전 기준을 준수하여 실내 설치에 매우 적합합니다.