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왜 공기 유전체 동축 케이블이 5G 및 mmWave 기지국에 최적의 선택인지

저손실의 물리학: 2.5GHz 이상에서 공기 유전체가 어떻게 감쇠를 최소화하는가

공기 유전 동축 케이블은 공기의 매우 낮은 유전율(약 1)을 활용하는데, 이는 모든 실용적인 절연체 중에서 가장 낮은 값으로, 2.5GHz 이상의 주파수 대역에서 신호 손실을 크게 줄이는 데 효과적입니다. 폼 또는 고체 폴리에틸렌 유전체와 같은 기존 옵션과 비교했을 때, 공기는 분자 분극 현상을 거의 일으키지 않아 훨씬 적은 에너지를 흡수합니다. 약 6GHz에서 이는 신호 감쇠를 거의 40%까지 줄일 수 있습니다. 밀리미터파의 더 높은 주파수 대역에서는 주파수가 증가함에 따라 신호 손실이 훨씬 빠르게 악화되기 때문에 이러한 특성이 특히 중요해집니다. 실제 테스트 결과에 따르면, 이러한 공기 유전 케이블은 28GHz에서 100미터를 통과한 후에도 약 92%의 신호 품질을 유지합니다. 이는 대부분의 폼 코어 케이블이 일반적으로 70% 미만의 성능을 보이는 것과 비교하면 훨씬 우수한 수치입니다. 이러한 방식으로 신호를 깨끗하게 유지하는 것은 현대 네트워크에서 사용되는 고급 변조 기술에 필수적이며, 특히 5G 백홀 시스템에서 지연 시간을 낮추는 데 매우 중요합니다.

고밀도 도시 5G 기지국을 위한 열 안정성 및 고출력 처리

도시 지역에서는 5G 기지국이 일반적으로 200와트가 넘는 송신 출력으로 작동하기 때문에 우수한 열 관리 솔루션이 반드시 필요합니다. 공기 유전체 동축 케이블은 중공 코어 구조로 인해 전통적인 고체 충전 설계 대비 약 3배 빠르게 열을 방출할 수 있어 점점 더 인기를 얻고 있습니다. 강성 케이블의 경우, 산업용 온도 범위인 영하 40도에서 영상 85도까지 전체 구간에서 삽입 손실 변동이 0.05dB 이하로 유지됩니다. 이것은 직사일광에 의해 심각한 과열 문제가 발생할 수 있는 옥상 설치 장비에 특히 중요합니다. 반유연 케이블의 경우, 코너 주변에서 단단히 굽혔을 때에도 VSWR 비율이 1.15:1 이하로 임피던스를 안정적으로 유지합니다. 이는 소형 안테나 어레이를 통합할 때 발생하는 성가신 PIM 문제를 방지하는 데 도움이 됩니다. 이러한 모든 특성들이 결합되어 네트워크가 신뢰성 있게 온라인 상태를 유지하도록 보장합니다. 그리고 사실을 인정해야 하는데, 지난해 폰먼 연구소(Ponemon Institute)의 조사에 따르면 서비스 중단 시 통신사들은 매시간 약 74만 달러의 비용을 부담하게 되므로, 통신사 입장에서는 다운타임을 감수할 여유가 없습니다.

기지국 구축을 위한 최고의 검증된 에어 다이일렉트릭 동축 케이블 유형

강성 에어 다이일렉트릭 라인: 3.5GHz 이상에서의 정밀한 성능

강성 공기 유전 동축 케이블은 2.5GHz 이상의 주파수에서 작동하는 고정형 피더 응용 분야에 매우 낮은 신호 손실을 제공합니다. 이러한 케이블의 특징은 공기 갭 구조가 전반적으로 일관되게 유지되는 외부 도체의 무접합 설계에 있습니다. 이 일관성 덕분에 밀리미터파 주파수 대역에서 기존의 폼 코어 케이블과 비교해 신호 손실이 약 30% 정도 감소합니다. 3.5GHz 이상의 신호를 다루는 경우, 이러한 정밀도는 전반적인 신호 무결성을 향상시킵니다. 따라서 경로 손실이 큰 제약 요인이 되는 매크로 기지국 안테나 피더에는 많은 통신 업체들이 이러한 케이블을 선호합니다. 시스템이 원활히 작동되도록 하기 위해 대부분의 제조업체들은 케이블 내부에 약 3~5psi의 건조한 공기를 유지하는 가압 시스템을 도입하고 있습니다. 이러한 시스템은 수분 침투를 방지하고 혹독한 기상 조건에서도 전압 정재파비(VSWR)를 안정적으로 유지하는 데 도움을 줍니다. 다만 설치 시 몇 가지 어려움이 따릅니다. 기술자는 설치 중 엄격한 굴곡 반경 지침을 따라야 합니다. 하지만 이러한 요구 사항에도 불구하고 강성 공기 유전 케이블은 긴 수명과 우수한 위상 안정성 덕분에 신뢰성이 가장 중요한 영구 타워 설치에 이상적인 선택으로 여전히 각광받고 있습니다.

반유연 에어 유전체 변종: 설치 실용성과 24–28GHz 효율 간의 균형

반유연성인 공기 유전체 케이블은 최고 성능과 설치 용이성 사이의 중간 지점을 차지하며, 특히 소형 셀을 설치해야 하는 도심 지역 및 건물 내부에서 매우 유용하다. 주름진 구리로 제작된 외부 도체는 이러한 케이블이 자신의 직경의 8배 정도로 조밀하게 굽힐 수 있게 해주어, 바쁜 옥상에서도 리트로핏 설치가 가능하며 좁은 기계 공간 내에서도 깔끔한 배선이 가능하다. 28GHz 대역의 주파수에서 테스트한 결과, 30미터당 약 0.6dB의 손실만 발생하여 데이터 전송 속도가 유지되며 성능 저하 없이 안정적인 통신이 가능하다. 또한 이 케이블은 유전체 재질에 정밀하게 성형된 스페이서를 장착하여 진동이나 온도 변화 시 중심 도체가 흔들리는 것을 방지함으로써 장기간 신호 품질의 안정성을 보장한다. 비록 강성이 있는 고정형 케이블보다 다소 더 높은 신호 손실을 나타내지만, 반유연성 케이블은 24~28GHz 대역 대부분의 상황에서 무선 주파수 성능, 물리적 유연성, 그리고 기술자들의 설치 속도 간 최적의 균형을 제공한다.

실제 성능: 기지국 환경에서 에어 유전체 동축 케이블 대비 폼 PE

CBRS 밴드 현장 검증: 3.7~3.98GHz 주파수 대역에서 120m 거리 기준 경로 손실 22% 낮음

CBRS 주파수 대역에서의 현장 테스트 결과, 공기 유전체 동축 케이블은 폴리에틸렌 폼 소재로 제작된 케이블보다 우수한 성능을 보여주었다. 3.7~3.98GHz 주파수 대역에서 약 120미터 길이의 피더 라인을 사용할 경우, 통신 사업자들은 신호 손실이 약 22% 감소하는 것을 일관되게 확인했다. 이는 폼 소재가 가지는 고유한 마찰과 신호 감쇠 문제와 비교해, 공기가 거의 완벽한 유전 특성(상대유전율 εr이 1.0에 근접)을 갖기 때문이다. 향상된 신호 품질 덕분에 기지국 탑에서는 전반적으로 더 강력한 신호를 송출할 수 있으며, 특히 셀 트래픽이 많은 도심 지역에서는 기지국 당 데이터 처리량이 15%에서 30%까지 증가한다. 또한 리피터 같은 추가 장비 없이도 커버리지 범위가 자연스럽게 확장된다. 통신 사업자 입장에서는 이러한 모든 이점으로 인해 새로운 인프라를 더 빠르게 구축할 수 있고, 파워 앰프가 더 효율적으로 작동하면서 수명도 연장되며, 전반적인 비용이 크게 절감된다. 재정적 효과 또한 명확한데, 하드웨어 교체 시기가 늦춰지고 서비스 수준 계약(SLA) 준수율이 향상됨에 따라 투자 수익률 회수 기간이 예상보다 3~5년 앞당겨진다.

공기 유전체 동축 케이블의 중요 설치 및 환경 최적 사례

습기 침투 방지, 가압 및 야외 장거리 운용 신뢰성

공기 유전체 동축 케이블에서 신호 품질을 그대로 유지하려면 유전체 재료가 위치한 내부 공간이 건조하고 안정되어 있어야 합니다. 실외 설치 및 장거리 케이블 배선의 경우 응결 문제를 방지하기 위해 3에서 5파운드/제곱인치(psi) 사이의 지속적인 건조 공기 압력이 필요합니다. 소량의 습기라도 mmWave 고주파 신호를 사용할 때 100미터 거리에서 최대 15~20데시벨의 심각한 신호 손실을 일으킬 수 있습니다. 커넥터를 밀봉할 때 기술자들은 일반적으로 두 가지 보호층을 적용하는데, 먼저 실리콘 자가 융착 테이프로 감싼 후, 자외선 저항성이며 접착제 코팅이 된 열수축 부츠로 덮습니다. 벽을 통하거나 건물 위를 지나는 경질 케이블의 경우 적절한 설치에는 물방울이 내부 가압 구역에 도달하기 전에 떨어질 수 있도록 드립 루프를 만들고 아래쪽으로 향하는 환기 밸브를 설치하는 것이 포함됩니다. 30미터를 초과하는 긴 수평 구간에서는 온도 변화로 인해 밀봉이 파손되는 것을 방지하기 위해 약 15~20미터 간격으로 팽창 조인트를 설치하는 것이 바람직한 방법입니다. 항상 습도가 높은 해안 지역의 실제 현장 보고서를 살펴보면, 압력 유지가 잘 된 시스템은 이러한 보호 장치가 없는 시스템보다 약 8~10년 더 오래 작동하는 것으로 나타났습니다. 따라서 일부 사람들은 압력 유지 장치를 단지 추가 기능 정도로 생각할 수 있지만, 숙련된 설치 업체들은 이것이 시스템이 장기간에 걸쳐 신뢰성 있게 작동하도록 보장하는 데 실제로 필수적임을 알고 있습니다.

자주 묻는 질문 섹션

• 5G에 공기 유전체 동축 케이블을 사용하는 주된 장점은 무엇인가요?
  공기 유전체 동축 케이블은 신호 감쇠가 적고 열 관리 성능이 뛰어나 5G와 같은 고주파 응용 분야에 이상적입니다.
• 다른 종류의 케이블보다 공기 유전체 케이블이 온도를 어떻게 더 효과적으로 관리하나요?
  공기 유전체 케이블의 중공 구조는 열이 보다 효율적으로 방출될 수 있게 하며, 이는 도심 지역 5G 기지국에서 사용되는 고출력 수준을 관리하는 데 중요합니다.
• 공기 유전체 동축 케이블 설치 시 발생할 수 있는 어려움은 무엇인가요?
  설치 시 엄격한 굴곡 반경 기준을 준수하고 수분 침투를 방지하기 위한 가압 시스템을 사용해야 합니다.
• 왜 폼 폴리에틸렌 케이블보다 공기 유전체 케이블이 선호되나요?
  공기 유전체 케이블은 더 나은 신호 품질과 낮은 경로 손실을 제공하여 추가 인프라 없이도 데이터 처리량과 커버리지 영역을 향상시킵니다.