Blog

Kable koncentryczne RF: Niskie straty dla połączeń na stacjach makro

Dlaczego kable koncentryczne o średnicy 7/8” i 1-1/4” dominują w rozwinięciach mocy wysokiej 4G/5G na stacjach makro

W przypadku makrokomórek o dużej mocy, szczególnie tych pracujących w technologiach 4G LTE i 5G NR na częstotliwościach średnich około 3,5 GHz, standardem stały się grubościenne kable koncentryczne o większej średnicy. W tym zakresie częstotliwości kable o średnicy 7/8 cala zmniejszają tłumienie sygnału o około 40 procent w porównaniu do typowych kabli półcalowych. Przy przejściu na wersje o średnicy 1-1/4 cala straty spadają dodatkowo o około jedną czwartą. Takie parametry są bardzo ważne podczas przesyłania sygnałów w pionie na odległości przekraczające 30 metrów, co często ma miejsce w przypadku urządzeń zamontowanych na masztach. Miedziane ekranowanie tych kabli zapewnia tłumienie powyżej 90 dB zakłóceń elektromagnetycznych, dzięki czemu działają one poprawnie nawet w warunkach dużego natężenia innej aktywności radiowej w pobliżu. Specjalny, fałdowany kształt konstrukcji pomaga odprowadzać ciepło generowane podczas ciągłych transmisji o mocy powyżej 100 watów, zapobiegając zmianom właściwości elektrycznych kabla i utrzymaniu wysokiej jakości sygnału. Kable te charakteryzują się stabilnie niskim tłumieniem sygnału poniżej 3 dB na 100 metrów przy częstotliwości 3,5 GHz, a ponadto są wystarczająco trwałe, by wytrzymać intensywne użycie i zachować impedancję 50 omów. Zgodnie z raportami branżowymi z 2023 roku, wynikającymi z badań przeprowadzonych przez Globalną Asocjację Infrastruktury Mobilnej, około trzech czwartych wszystkich makroinfrastruktur 5G na świecie korzysta z tego typu rozwiązań kablowych.

Miedź a dielektryk piankowy PE: kompromisy w tłumieniu, PIM i stabilności termicznej przy 3,5 GHz NR

Wybór materiału dielektryka decydująco wpływa na zachowanie kabla zasilającego przy 3,5 GHz – podstawowej paśmie dla pojemności 5G NR w paśmie średnim. Chociaż zarówno dielektryk ze spiekaną miedzią, jak i z piankowym polietylenem (piankowy PE) spełniają specyfikacje IEC 61196-1, to ich eksploatacyjne kompromisy wymagają świadomych decyzji na poziomie systemu:

Dielektryki miedziane zapewniają doskonałe tłumienie sygnału, co czyni je idealnym wyborem do długich pionowych aplikacji zasilających. Istnieje jednak wada związana z poziomami PIM zbliżającymi się do -155 dBc, szczególnie przy obciążeniach mechanicznych lub wibracjach. Natomiast materiały piankowego PE mogą obniżyć wartość PIM do około -165 dBc dzięki jednolitym powierzchniom styku i zmniejszonej nieliniowości na stykach. Te materiały jednak szybciej wchłaniają wilgoć w wilgotnych środowiskach i mają tendencję do zmian stałej dielektrycznej, gdy temperatura przekracza 65 stopni Celsjusza, co wpływa na stabilność fazy, zwłaszcza w zewnętrznych obudowach narażonych na wahania termiczne. Decydując między opcjami, inżynierowie muszą wziąć pod uwagę konkretne warunki lokalizacyjne. Miedź najlepiej sprawdza się w instalacjach na wysokich wieżach z długimi odcinkami kabli i znacznymi wahaniami temperatur. Piankowy PE staje się preferowanym wyborem dla krótszych instalacji wrażliwych na wibracje, szczególnie w systemach wielopasmowych, gdzie osiągnięcie bardzo niskich poziomów PIM jest absolutnie konieczne dla prawidłowego działania.

Projektowanie krytyczne dla IPM: Zapewnienie integralności sygnału w wielopasmowych systemach kabli zasilających 4G/5G

Spełnianie progu IPM na poziomie -165 dBc: Najlepsze praktyki dotyczące materiałów, złączek i montażu

Utrzymanie poziomu pasożytniczego modulowania (PIM) poniżej -165 dBc ma duże znaczenie dla osiągnięcia wysokiej sprawności widmowej w wielopasmowych sieciach 4G/5G. Jeżeli poziom PIM przekroczy tę wartość, pojemność sieci spada o około 20% w obszarach o dużej liczbie użytkowników, ponieważ szkodliwe sygnały trzeciego rzędu zaczynają zakłócać pasma odbiorcze. Najlepsze systemy zasilające radzą sobie z tym problemem za pomocą trzech głównych podejść. Po pierwsze, wykorzystują przewodniki miedziane beztlenowe, które zmniejszają nieliniowość prądu. Następnie stosuje się złącza dociskowe zamiast lutowanych, ponieważ mikroskopijne szczeliny między złączami lutowanymi mogą znacząco pogorszyć parametry PIM, co w większości przypadków daje przewagę rzędu 30 dBc. I na koniec, odpowiednia kontrola momentu dokręcania podczas montażu – w granicach ±10% wartości nominalnej – pomaga zapobiegać zniekształceniom spowodowanym naprężeniami mechanicznymi w punktach połączeń. Zgodnie z zaleceniami zawartymi w specyfikacji 3GPP TR 38.811 dotyczącej komponentów RF, inżynierowie powinni również zwracać uwagę na takie aspekty jak śrubowate wzory żłobienia i jednorodność materiałów dielektrycznych. Te czynniki odgrywają kluczową rolę w utrzymaniu dobrych charakterystyk PIM nawet przy wahaniach temperatury czy jednoczesnej aktywności wielu pasm częstotliwości.

Rzeczywiste tryby uszkodzeń PIM: korozja, zmienność momentu obrotowego i odkształcenie spowodowane mikroszczelinami

Testy terenowe wykazały trzy główne przyczyny awarii PIM w aktywnych systemach zasilających w różnych instalacjach. Największy problem stanowi korozja atmosferyczna, szczególnie gdy chlorki powodują utlenianie w punktach połączeń. Tworzy to nieliniowe złącza, które mogą zwiększyć poziom zniekształceń sygnału nawet o 15 dBc w obszarach przybrzeżnych lub przemysłowych. Kolejnym powszechnym problemem jest niewłaściwy moment dokręcenia podczas instalacji, prowadzący do niestabilnej rezystancji kontaktu. W takim przypadku występuje wyciek sygnału RF oraz zmniejszenie przepustowości danych, co często koreluje ze stwierdzonymi anomaliami w metrykach wydajności sieci. Być może najtrudniejszym problemem są mikroskopijne szczeliny (mniejsze niż 0,1 mm) pomiędzy przewodnikami a materiałami izolacyjnymi lub pomiędzy pinami złącz a ich gniazdami. Te małe przestrzenie działają jak niepożądane diody pod wpływem silnych sygnałów RF, generując rozległe zakłócenia intermodulacyjne. Dane z najnowszego badania niezawodności terenowej firmy Ericsson pokazują, że te trzy problemy razem odpowiadają za ponad 20% strat pojemności związanych z PIM w miejskich wieżach komórkowych. Aby temu zapobiec, operatorzy zazwyczaj stosują azotowe napowietrzanie zewnętrznych złącz, wykorzystują laserowe teksturowanie powierzchni stykowych w celu poprawy kontaktu oraz wprowadzają automatyczne sprawdzanie momentu dokręcania podczas wstępnych procedur uruchamiania.

Alternatywy dla kabli zasilających światłowodowych w przypadku wdrożeń o dużej gęstości i zapewniających gotowość na przyszłość

Światłowody odporne na zginaanie do stacji bazowych mikro stosowanych w wnętrzach i kompaktowych miejskich lokalizacjach

Stacje bazowe mikro stosowane w wnętrzach, systemy DAS oraz te kompaktowe małe komórki miejskie napotykają wiele wyzwań związanymi z ograniczeniami przestrzeni i jakością sygnału. Właśnie dlatego kluczowe znaczenie odgrywają kable zasilające ze światłowodów odpornych na zginać (BIF), rozwiązując wiele problemów charakterystycznych dla tradycyjnych rozwiązań koncentrycznych. Technologia BIF faktycznie zmniejsza minimalny promień gięcia do około 5 mm, co stanowi poprawę rzędu 70% w porównaniu do standardowych światłowodów jednomodalnych. Ma to ogromne znaczenie podczas instalowania sprzętu w ciasnych miejscach, takich jak szyby windowe, prowadzenie kabli za ścianami czy nawet poruszanie się po zatłoczonych biurowcach pełnych mebli. A najlepsze? Straty sygnału pozostają znacznie poniżej krytycznego progu 0,1 dB przez cały czas tych manewrów.

Główne zalety obejmują:

• Optymalizacja przestrzeni : rdzenie BIF o średnicy 250 µm umożliwiają o 40% mniejsze średnice kabli w porównaniu ze standardowymi rozwiązaniami — kluczowe przy modernizacji istniejących budynków
• Niezawodność : utrzymuje tłumienie poniżej 0,5 dB/km po ponad 100 cyklach silnego zginania, zgodnie z protokołami testów ITU-T G.657.A1
• Zgodność z wymogami bezpieczeństwa : płaszcz niskodymowy bezhalogenkowy (LSZH) spełnia normy bezpieczeństwa pożarowego IEC 61034 oraz UL 1666 dla zastosowań wewnętrznych

Kable zasilające BIF współpracują z multipleksowaniem długości fal (WDM) aż do 1625 nm, co oznacza, że świetnie sprawdzą się w nadchodzących systemach przedłużających 5G-Advanced, a nawet w systemach 6G. Kable te są zaprojektowane tak, aby wytrzymywać siły ściskania znacznie przekraczające 400 N/cm – zgodnie z normą IEC 60794-1-2 E3 – testy pokazują, że doskonale sprawdzają się w zatłoczonych obszarach miejskich o dużym natężeniu ruchu pieszych. Te kable nie tworzą drobnych pęknięć spowodowanych gięciem, które często powodują problemy, dzięki czemu konieczność wysyłania techników na naprawy występuje o około 35% rzadziej niż przy innych rozwiązaniach. Ponadto łatwo i bez większego problemu łączą się z mieszanymi instalacjami miedzianymi i światłowodowymi, które zostały już wcześniej wdrożone przez wiele firm i miast.

Często zadawane pytania

Jakie są główne zalety stosowania koncentrycznych kabli zasilających 7/8" i 1-1/4" w rozwijanych sieciach 4G/5G?

Główne zalety to zmniejszenie strat sygnału o 40% lub więcej, doskonała ochrona przed zakłóceniami elektromagnetycznymi oraz możliwość odprowadzania ciepła związanego z ciągłymi transmisjami powyżej 100 watów.

W czym różnią się dielektryki z miedzi masowej i z piankowego PE pod względem wydajności?

Dielektryki z miedzi masowej zapewniają doskonałe tłumienie sygnału, ale mogą wykazywać wyższe poziomy PIM pod wpływem naprężeń mechanicznych. Dielektryki z piankowego PE oferują niższy poziom PIM, ale mogą mieć problemy związane z temperaturą i wilgocią.

Co powoduje uszkodzenia PIM w systemach zasilających?

Uszkodzenia PIM są często spowodowane korozją atmosferyczną, nieprawidłowym momentem dokręcenia podczas instalacji oraz zniekształceniami wynikającymi z mikroszczelin. Skutkuje to zwiększonym zniekształceniem sygnału i zmniejszoną pojemnością sieci.

Dlaczego ktoś mógłby wybrać kable światłowodowe odporne na zgiby zamiast tradycyjnych kabli koncentrycznych?

Kable światłowodowe odporne na zgiby oferują lepszą elastyczność w ciasnych przestrzeniach, utrzymują niskie straty sygnału oraz spełniają normy bezpieczeństwa pożarowego, co czyni je szczególnie przydatnymi do wdrożeń wewnętrznych.