Blog

Zrozumienie przewodów zasilających RF: podstawowe funkcje i typy

Czym są przewody zasilające RF i jak działają w sieciach komórkowych?

Kable zasilające RF przesyłają sygnały radiowe tam i z powrotem między ważnymi częściami sieci komórkowych, takimi jak anteny i jednostki baseband. Większość konstrukcji współosiowych zawiera cztery główne elementy wewnętrzne – zaczynając od miedzianego przewodu w środku, następnie otoczonego materiałem dielektrycznym działającym jako izolacja. Wokół niego znajduje się ekranowanie metalowe chroniące przed niepożądanymi zakłóceniami, a całość jest objęta zewnętrzną osłoną zapewniającą ochronę przed uszkodzeniami mechanicznymi. Ekranowanie odgrywa kluczową rolę, ponieważ zapobiega zakłóceniom elektromagnetycznym, podczas gdy materiał dielektryczny pomaga utrzymać stabilną pracę całego układu dzięki zachowaniu odpowiednich właściwości elektrycznych. W przypadku technologii 5G te kable o niskich stratach stają się absolutnie niezbędne, ponieważ muszą obsługiwać bardzo wysokie częstotliwości fal milimetrowych bez nadmiernej utraty mocy sygnału na trasie transmisji.

Typowe rodzaje kabli koncentrycznych: seria RG vs LMR

Operatorzy telekomunikacyjni wykorzystują głównie dwa typy kabli zasilających koncentrycznych:

Serii	Tłumienie (dB/100 stóp @ 2 GHz)	Przykłady zastosowania
Rg	6.8–9.1	Krótkie połączenia wewnętrzne
LMR	2.2–3.7	Zastosowania zewnętrzne o niskich stratach

Kable LMR wykazują o około 23% mniejsze straty sygnału przy wysokich częstotliwościach niż standardowe warianty RG, dzięki czemu lepiej nadają się do dużych instalacji 5G wymagających długich odcinków kabli powyżej 100 stóp.

Wyjaśnienie impedancji: 50 Ohm vs 75 Ohm w zastosowaniach telekomunikacyjnych

Gdy w systemie występuje niezgodność impedancji, sygnały są odbijane z powrotem zamiast przemieszczać się poprawnie, co zakłóca efektywność działania sieci. Większość osób pracujących w telewizji nadawczej nadal korzysta z kabli 75 omowych, ponieważ dobrze sprawdzają się w tym zastosowaniu. Natomiast w przypadku wież komórkowych i innej infrastruktury bezprzewodowej niemal wszyscy obecnie preferują kable 50 omowe. Wytrzymują one znacznie większe moce niż ich odpowiedniki 75 omowe, czasem nawet do 5 kilowatów, tracąc przy tym mniej sygnału na drodze. Zgodnie z najnowszym raportem branżowym z początku 2024 roku około 9 na 10 firm telekomunikacyjnych instaluje kable 50 omowe pomiędzy antenami a zdalnymi jednostkami radiowymi (RRU). To upodobanie jest uzasadnione, biorąc pod uwagę wymagania współczesnych sieci komórkowych.

Minimalizacja tłumienia sygnału: długość kabla, grubość i straty częstotliwości

Jak straty sygnału rosną wraz z odległością i częstotliwością

W miarę jak sygnały przemieszczają się na większe odległości i działają na wyższych częstotliwościach, naturalnie tracą na sile. Spadek ten zwykle wynosi od 0,2 do 1,5 dB na każde 100 stóp kabla, choć zależy to od rodzaju kabla oraz zakresu częstotliwości, w którym pracuje. Weźmy na przykład 900 MHz – zwykłe koaksjalne kable pokazują spadek sygnału o około 11 dB już po 100 stopach, podczas gdy nowoczesne kable niskich strat redukują tę wartość do około 8 dB. Sytuacja pogarsza się przy wyższych częstotliwościach. Spójrzmy na 5G pracujące w paśmie 3,5 GHz w porównaniu do starszych sygnałów 4G poniżej 2 GHz – nowoczesna technologia ponosi prawie 2,5 razy większe straty sygnału. Występują dwa różne sposoby, w jakie te straty się manifestują. Gdy mówimy o długości kabla, sygnał słabnie wprost proporcjonalnie do przebytej odległości. Natomiast częstotliwość działa inaczej – nie jest tylko trochę gorsza, ale staje się wykładniczo gorsza wraz ze wzrostem wartości. Dlatego jeśli ktoś spróbuje podwoić długość kabla, podwoi również straty sygnału. A próba wydłużenia kabla znacznie dalej wiąże się z poważnymi problemami z sygnałem.

Zrównoważenie średnicy kabla i tłumienia dla optymalnej wydajności

Kable o większej średnicy zmniejszają tłumienie, ale zwiększają sztywność i koszt. Na przykład kabel o średnicy 0,5 cala zmniejsza straty sygnału o 40% w porównaniu z wersją o średnicy 0,25 cala przy częstotliwości 3 GHz. Jednak grubsze kable są trudniejsze do prowadzenia w ciasnych przestrzeniach. Operatorzy często oceniają kompromisy, stosując następujące kryteria:

Średnica (cali)	Stopień elastyczności	Tłumienie przy 3 GHz (dB/100 stóp)
0.25	Wysoki	6.8
0.5	Umiarkowany	4.1
0.75	Niski	2.9

Charakterystyka strat zależnych od częstotliwości w pasmach 4G i 5G

Obecna infrastruktura sieciowa musi obsługiwać sygnały w szerokim zakresie częstotliwości, od 600 MHz aż do 40 GHz. Starsze technologie 4G LTE działające w paśmie od 700 do 2600 MHz zazwyczaj charakteryzują się osłabieniem sygnału na poziomie 3–8 dB na każde 100 stóp przy użyciu standardowych kabli. Sytuacja komplikuje się przy nowszych technologiach. 5G w paśmie średnim 3,5 GHz napotyka znacznie większe straty, które mogą osiągać nawet 12 dB na tej samej odległości. A jeszcze wyższe częstotliwości fal milimetrowych w zakresie 24–40 GHz absolutnie wymagają specjalnych kabli o ekstremalnie niskich stratach, by utrzymać spadek sygnału powyżej niebezpiecznego poziomu 15 dB. Te różnice mają duże znaczenie przy decyzjach dotyczących rzeczywistej wdrożeń.

Najlepsze praktyki zmniejszania degradacji sygnału w liniach zasilających

1. Minimalizuj długość tras kablowych : Skrócenie długości o 50 stóp może zmniejszyć straty sygnału o 30–55%, w zależności od częstotliwości
2. Używaj kabli z gotowymi złączami : Zestawy zakończone fabrycznie minimalizują ryzyko pasożytniczego intermodulacji (PIM) podczas instalacji w terenie
3. Nie dopuszczaj do ostrych gięć : Zachowaj promień gięcia na poziomie co najmniej 10-krotności średnicy kabla, aby zapobiec zakłóceniom impedancji
4. Wybieraj materiały o niskich stratach : Rdzenie dielektryczne piankowy zapewnia lepszą wydajność w wysokich częstotliwościach o 18–22% w porównaniu do polietylenu stałego

Dopasowując specyfikacje kabli do odległości wdrożenia, częstotliwości oraz warunków środowiskowych, operatorzy mogą zmniejszyć liczbę awarii związanych z tłumieniem nawet o 67%, jednocześnie utrzymując SNR (stosunek sygnału do szumu) powyżej progów operacyjnych.

Zapewnienie zgodności częstotliwości i pasma dla nowoczesnych sieci

Obsługa 4G LTE i 5G NR: wymagania dotyczące zakresu częstotliwości

Współczesne sieci komunikacyjne wymagają kabli zasilających, które będą w stanie obsłużyć zakresy częstotliwości 4G LTE od 700 do 2600 MHz, a także nowsze sygnały 5G NR sięgające nawet 7,125 GHz. Przyglądając się różnym częściom widma, zakres Sub-6 GHz pozostaje bardzo ważny dla osiągnięcia optymalnego połączenia między dobrą powierzchnią pokrycia a wystarczającą pojemnością danych. Następnie są częstotliwości milimetrowe w przedziale od 24 do 47 GHz, które wymagają specjalnych kabli niemal bez strat sygnału, ponieważ działają najlepiej na krótszych dystansach, oferując ogromny potencjał przepustowości. Dla operatorów sieci, którzy starają się nadążać za zmieniającymi się potrzebami, sensowne jest stosowanie kabli wspierających wiele pasm częstotliwości, ponieważ umożliwia to maksymalne wykorzystanie dostępnych zasobów widma w miarę ewolucji infrastruktury.

Wymagania dotyczące przepustowości w telekomunikacji o wysokiej szybkości transmisji danych

kanały 5G wymagają pasm o szerokości 100–400 MHz na nośnik, co znacznie przekracza limit 20 MHz w LTE. Aby zachować wierność sygnału, kable zasilające powinny utrzymywać współczynnik VSWR poniżej 1,5:1, minimalizując odbicia, które mogą zakłócać przesyłanie wideo 4K i ogromne strumienie danych IoT.

Balansowanie między obsługą sieci poprzednich generacji a wydajnością przygotowaną na przyszłość

Operatorzy muszą zapewnić kompatybilność z istniejącymi usługami 3G i 4G, jednocześnie przygotowując się na 5G-Advanced, którego celem są szczytowe przepływności do 10 Gbps. Kable fazowo stabilne o spójnych właściwościach dielektrycznych gwarantują niezawodną pracę w środowiskach wieloczęstotliwościowych, zmniejszając zniekształcenia fazowe w aplikacjach MIMO i formowaniu wiązki.

Ocena wielopasmowych kabli zasilających pod kątem elastyczności sieci

Kable zasilające o podwójnej i potrójnej paśmie mogą zmniejszyć koszty infrastruktury do 30% w strefach przejściowych między obszarami wiejskimi a miejskimi. Optymalne projekty zapewniają jednoczesną transmisję na częstotliwościach 600 MHz (LTE) i 3,5 GHz (5G), przy tłumieniu nie większym niż 0,3 dB/m w temperaturze 40°C, co gwarantuje efektywną pracę pod obciążeniem termicznym występującym w warunkach rzeczywistych.

Utrzymywanie integralności sygnału: wydajność PIM i czynniki instalacyjne

Zrozumienie pasożytniczego modulowania międzyczęstotliwościowego (PIM) w systemach komórkowych

Pasywna intermodulacja, znana również jako PIM, występuje, gdy nieliniowe punkty w pasywnych elementach zaczynają generować niechciane sygnały harmoniczne. Ostatnio problem ten staje się szczególnie dotkliwy w sieciach 5G. Przejście na wyższe częstotliwości wokół 3,5 GHz pogarsza sytuację, powodując o około 15–20 procent większą distortję niż w przypadku starszej technologii 4G. Inżynierowie terenowi podczas rozwiązywania problemów z PIM napotykają kilka typowych przyczyn. Jedną z głównych jest korozja złącz, a także luźne połączenia, które nikt nie dokręcił odpowiednio po instalacji. Nie można też zapominać o zestawach kablowych, które ze sobą niekompatybilne. Wszystkie te drobne problemy generują zakłócenia, które pogarszają wydajność sieci i zmniejszają jej całkowitą pojemność z czasem.

Wpływ PIM na pojemność sieci i jakość rozmów

Badania przeprowadzone w warunkach rzeczywistych w ciągu 2023 roku wskazują, że gdy występuje zakłócenie spowodowane pasywną intermodulacją (PIM), może ono zmniejszyć przepustowość sieci nawet o 40 procent na zatłoczonych miejskich wieżach komórkowych w godzinach szczytu. Gdy wiele operatorów działa w ograniczonej przestrzeni, te problemy nasilają się, prowadząc do zerwanych rozmów i frustrująco powolnych połączeń internetowych dla użytkowników. Operatorzy sieci, którzy pracują z kablami zasilającymi, w których pomiary PIM przekraczają wartość -140 dBc, zauważają wzrost liczby zgłoszeń serwisowych o około 30%, dotyczących słabej jakości dźwięku podczas rozmów telefonicznych oraz niestabilnych połączeń. Nie jest to wyłącznie abstrakcyjny problem dla inżynierów – bezpośrednio wpływa on na doświadczenia użytkowników końcowych w gęsto zaludnionych obszarach.

Wybór i instalacja kabli zasilających o niskim poziomie PIM dla środowisk gęstych

Kable zasilające o niskim poziomie PIM z wykorzystaniem konektorów pokrytych srebrem zmniejszają intermodulację o 85% w porównaniu ze standardowymi interfejsami aluminiowymi. Kluczowe praktyki instalacyjne obejmują:

• Dokręcanie sterowane momentem obrotowym (25–30 N·m dla złączek typu N)
• Unikanie zgięć o promieniu mniejszym niż 10× średnica kabla
• Nakładanie żelu antyutleniającego na zakończenia zewnętrzne

W wdrożeniach sieci 5G wykorzystujących fale milimetrowe, kable o współczynniku PIM ≤ -155 dBc poprawiają stosunek sygnału do szumu o 12 dB, zwiększając efektywny zasięg o 18%. Regularne testy PIM co 6–12 miesięcy pomagają utrzymać zgodność ze standardami 3GPP TS 37.145 dotyczącymi kontroli interferencji.

Wytrzymałość środowiskowa i długoterminowa niezawodność kabli zasilających

Wyzwania związane z instalacją zewnętrzną: promieniowanie UV, wilgoć i skrajne temperatury

Kable zasilające instalowane na zewnątrz muszą wytrzymać różnorodne trudne warunki. Długotrwałe narażenie na światło UV jest dużym problemem, często powodującym degradację płaszczy polietylenowych o około 40 procent już po pięciu latach. Dodatkowo występują skrajne wahania temperatur od -40 stopni Celsjusza do 85 stopni Celsjusza oraz ulewy przekraczające czasem 100 milimetrów na godzinę, które mogą naruszać słabe uszczelki kabli. Gdy kable są układane wzdłuż wybrzeży, sytuacja się pogarsza, ponieważ mgła solna powoduje korozję. Złącza zaczynają szybciej ulegać awariom, a sygnały znacząco słabną, jeśli nie są odpowiednio chronione przed tym morskim środowiskiem.

Główne funkcje ochronne: odporność na promieniowanie UV, ochrona przed wodą i stabilność termiczna

Aby wytrzymać surowe warunki, nowoczesne kable zasilające są wyposażone w:

• Płaszcz ze stabilizacją UV (testowany zgodnie z normą UL 1581 MW 1100), zachowujący co najmniej 90% wytrzymałości rozciąganej po 3000 godzinach narażenia
• Trójwarstwową ochronę przed wodą łączenie technologii suchego rdzenia z aluminiową osłoną spawaną w celu zapobiegania przedostawaniu się wilgoci
• Dielektryki termicznie stabilne utrzymywanie współczynnika fali stojącej VSWR <1,3:1 w zakresie temperatur od -55°C do +125°C

Te cechy gwarantują stabilną wydajność elektryczną mimo zmieniających się warunków środowiskowych.

Standardy branżowe dla trwałych kabli zasilających przeznaczonych do użytku zewnętrznego

Zgodność z normą Telcordia GR-13-CORE gwarantuje minimalny okres eksploatacji wynoszący 20 lat w trudnych warunkach zewnętrznych. Niezbędne certyfikaty to:

Standard	Podstawowe wymaganie	Znaczenie dla kabli
IEC 60754-1	Emisja dymu bezhalogenkowego	Bezpieczne instalacje tunelowe/podziemne
EN 50288-7-1	Odporność na działanie promieni UV/czynników atmosferycznych	Narażenie na bezpośrednie działanie promieni słonecznych
ETSI EN 302 066	Ochrona przed zalaniem IP68	Stacje komórkowe w strefach podatnych na powodzie

Kable zasilające RF — najczęstsze pytania

Do czego służą kable zasilające RF?

Kable zasilające RF służą do przesyłania sygnałów o częstotliwości radiowej pomiędzy kluczowymi komponentami, takimi jak anteny i jednostki bazowe w sieciach komórkowych.

Jakie typy kabli koncentrycznych są powszechnie stosowane w telekomunikacji?

Operatorzy telekomunikacyjni używają głównie kabli koncentrycznych typu RG i LMR, przy czym kable LMR charakteryzują się mniejszym tłumieniem sygnału przy wyższych częstotliwościach.

Dlaczego operatorzy telekomunikacyjni preferują kable 50 omowe?

kable 50 omowe są preferowane, ponieważ efektywnie przesyłają większą moc przy mniejszych stratach sygnału w porównaniu z kablami 75 omowymi.

W jaki sposób średnica kabla wpływa na tłumienie sygnału?

Kable o większej średnicy zmniejszają tłumienie sygnału, ale zwiększają sztywność i koszt, wymagając starannego przeanalizowania kompromisów.

Jak zminimalizować degradację sygnału w liniach zasilających?

Degradację sygnału można zminimalizować poprzez skrócenie długości kabla, stosowanie wstępnie zamontowanych konektorów, unikanie ostrej giętki oraz wybór materiałów o niskich stratach.

Z jakimi wyzwaniami środowiskowymi muszą się mierzyć zewnętrzne kable zasilające?

Zewnętrzne kable zasilające napotykają wyzwania takie jak ekspozycja na promieniowanie UV, wilgoć, skrajne temperatury oraz korozja w środowiskach morskich.