Почему коаксиальные ВЧ-кабели подходят для передачи сигналов базовой станции?

Соответствие требованиям передачи сигнала в базовых станциях с помощью RF коаксиальных кабелей

Понимание требований к передаче сигнала в базовых станциях

Базовым станциям требуются кабели, которые сохраняют целостность сигнала в диапазоне частот до 6 ГГц и устойчивы к внешним воздействиям, таким как перепады температур и влажность. Эти системы требуют обратных потерь <20 дБ и стабильного импеданса 50 Ом для предотвращения отражений сигнала, что имеет важнейшее значение для надежной передачи голоса и данных в сотовых сетях.

Как RF коаксиальные кабели соответствуют требованиям телекоммуникационной инфраструктуры

Многослойная конструкция коаксиальных кабелей РЧ сочетает в себе прецизионные проводники с передовыми диэлектрическими материалами, обеспечивая баланс между гибкостью и эффективностью экранирования. В отличие от жестких волноводов, коаксиальные варианты адаптируются к резким изгибам при установке на вышках, обеспечивая затухание менее 0,3 дБ/м на частоте 3,5 ГГц, что соответствует ключевым показателям производительности для развертывания сетей 5G NR.

Феномен: рост зависимости от надежного РЧ-соединения в сетях 5G

Операторы сообщили о снижении количества выездов на объекты на 38 % при использовании двойных экранированных коаксиальных кабелей РЧ в миллиметровых малых сотах во время полевых испытаний в 2023 году. Это повышенная надежность обусловлена инновациями, такими как диэлектрики с пенопластовым заполнением, которые помогают минимизировать всплески задержки при пиковых нагрузках.

Сравнительный анализ: коаксиальный кабель против волновода против оптоволокна в последней миле базовых станций

Снижение потерь сигнала и затухания в высокочастотных базовых станциях

Факторы, способствующие потерям сигнала в радиочастотных коаксиальных кабелях

Коаксиальные кабели RF страдают от потерь сигнала в основном по трем причинам. Во-первых, это диэлектрическое поглощение, при котором около 0,8–1,5 % энергии теряется в стандартных пенополиэтиленовых материалах. Затем идет сопротивление проводника, которое может уменьшить мощность сигнала до 25 % в оплетенных медных кабелях. И, наконец, плохая экранировка приводит к потерям из-за излучения. Однако недавний отчет Института телекоммуникационных стандартов выявил интересный факт. Исследование 2023 года показало, что современные высокочастотные базовые станции, работающие в диапазоне от 3,5 до 28 ГГц, ослабляют сигнал примерно на 23 % быстрее по сравнению со старыми системами с частотой ниже 6 ГГц, когда все эти факторы действуют одновременно. Это имеет большое значение для операторов сетей, стремящихся поддерживать качество соединения на различных частотах.

Влияние диапазона частот и возможностей передачи сигнала на затухание

Стандартные коаксиальные кабели RF теряют уровень сигнала примерно на 18% с каждым увеличением частоты на 1 ГГц. У большинства распространённых моделей потери превышают 3 дБ уже через 100 футов при работе на частоте 6 ГГц. Однако на нижних частотах ситуация значительно лучше: сигналы ниже 1 ГГц обычно теряют менее половины децибела на том же расстоянии. Для борьбы с такими потерями инженеры разрабатывают кабели со стабильными характеристиками импеданса. Высококачественные кабели могут поддерживать номинальное сопротивление 50 Ом с отклонением не более ±1 Ом в диапазоне от постоянного тока до 40 ГГц, что делает их надёжными в широком спектре применений, где критически важна целостность сигнала.

Принцип: Обратная зависимость между длиной кабеля и целостностью сигнала

При каждом дополнительных 50 футах кабеля уровень сигнала падает примерно на 0,75–1,2 дБ в сетях 4G и 5G. Это довольно существенно, если учесть, что FCC требует потерь менее 2 дБ для конечных соединений на стороне клиента. Большинство специалистов на местах рекомендуют использовать кабели длиной менее 150 футов при работе с частотами ниже 6 ГГц. Они также применяют продвинутые методы согласования импеданса, которые, как утверждается, снижают раздражающие отражения потерь примерно на две трети. Об этом упоминала Ассоциация беспроводной инфраструктуры в своём отчёте 2022 года, поэтому сейчас специалисты определённо обращают на это внимание.

Пример из практики: Малопотерные коаксиальные кабели, снижающие затухание сигнала в городских макросетях

Одной крупной городской телекоммуникационной компании удалось снизить потери сигнала в макросети с примерно 4,2 дБ до всего лишь 1,8 дБ после замены стандартных кабелей RG-8 на новые версии с пенопластовым диэлектриком, заполненным азотом. Результаты оказались впечатляющими. Скорость загрузки увеличилась примерно на 41% в переполненных центральных районах, где все борются за пропускную способность. Кроме того, каждая базовая станция потребляла на 18 Вт меньше на каждом участке вышки. Это может показаться незначительным, пока вы не поймёте, что это даёт экономию около 2100 долларов США в год на оплате электроэнергии для каждой отдельной вышки, находящейся в их эксплуатации.

Тренд: внедрение сверхмало-потерьных коаксиальных ВЧ-кабелей в высокочастотные сети

Семьдесят восемь процентов мобильных операторов теперь отдают приоритет кабелям с ультранизкими потерями (<0,5 дБ/100 футов на 28 ГГц) для развертывания mmWave, что обусловлено требованиями к ширине канала 5G NR. Согласно Отчету о мобильных сетях 2024 года, наблюдается рост использования проводников с серебряным покрытием на 290% по сравнению с предыдущим годом, что повышает проводимость на высоких частотах на 27% по сравнению со стандартными медными конструкциями.

Создано для надежности: конструкция коаксиального кабеля и инновации в материалах

Многослойная архитектура ВЧ коаксиальных кабелей: проводник, диэлектрик, экран, оболочка

Надежность коаксиальных кабелей RF обеспечивается их конструкцией, выполненной по принципу многослойности с точностью инженерных расчетов. Внутри находятся сплошные или многопроволочные медные проводники, которые эффективно передают сигналы. Между ними расположен диэлектрический изоляционный материал, такой как тефлон (PTFE) или вспененный полиэтилен, который обеспечивает бесперебойную работу без помех. Далее следует экранирующий слой, обычно изготовленный из оплетки из меди или алюминиевой фольги, который блокирует около 90–95 процентов электромагнитных помех. И, наконец, снаружи всего находится оболочка, как правило, из устойчивого к ультрафиолету ПВХ, защищающая от погодных условий и других внешних воздействий. Практические испытания показали, что такие многослойные конструкции выходят из строя значительно реже, чем более простые однослоиные варианты — примерно на 25% реже, согласно данным полевых исследований, собранных за длительное время.

Инновации в материалах, повышающие долговечность и производительность

Последнее поколение коаксиальных кабелей РЧ вызывает большой интерес благодаря серьезным инновациям в области материаловедения, которые позволяют им соответствовать требованиям сетей 5G. Что касается проводимости, то высокочистые медные сплавы снижают потери сигнала примерно на 18% по сравнению с обычными проводниками, согласно исследованию, опубликованному Ponemon в 2023 году. Тем временем передовые диэлектрики с азотным вспениванием внутри этих кабелей увеличили коэффициент скорости до приблизительно 0,85, что означает, что сигналы могут проходить через них значительно быстрее, чем раньше. Внешний слой тоже не остаётся без внимания. Двухслойные оболочки из полиэтилена с радиационной поперечной сшивкой на 40% лучше выдерживают суровые погодные условия по сравнению со старыми моделями, поэтому эти кабели служат более 15 лет, даже в тяжёлых городских условиях, где часто наблюдаются экстремальные температуры. Все эти улучшения полностью соответствуют данным из Отчёта по материалам для телекоммуникаций за 2024 год, в котором эксперты подчеркнули, что обновление материалов — это не просто желательное дополнение, а абсолютно необходимое условие, если операторы связи хотят обеспечить почти идеальную доступность сети 99,999%, от которой все зависят.

Соответствие импеданс (50 Омм для применения радиочастот) обеспечивает минимальное отражение

Стандарт импеданса 50 омов помогает сократить эти раздражающие отражения сигнала, потому что он поддерживает диэлектрическую постоянную очень стабильной в пределах 1,5% колебания. Когда инженеры ошибаются на месте, все быстро идет наперекосяк. Мы видели из тестов, что несоответствующие импедансы могут увеличить потерю возвращения на 6 децибелей, что вызывает проблемы примерно в четырех из пяти базовых станций согласно исследованиям New England Labs в прошлом году. Современные методы производства теперь поддерживают выравнивание проводников в пределах менее 0,1 миллиметра друг от друга. Это имеет большое значение, когда кабели должны изгибаться под прямым углом, не теряя своих характеристик. Какой результат? Гораздо лучшее качество сигнала с примерно на 32 процента меньшим фазовым искажением на этих высоких частотах мм-волн по сравнению с кабелями, изготовленными за пределами этих стандартов.

Стратегия: выбор волнистых медных и алюминиевых наружных проводников

Медь предпочтительна для высокопроизводительных городских макроэлементов, а алюминий с уменьшением веса на 63% идеально подходит для воздушных установок. В обоих материалах ковровые конструкции повышают стойкость к раздавлению на 22% по сравнению с альтернативными с гладкими стенами.

Производительность защиты и сопротивление ЭМИ в плотной радиочастотной среде

Эффективность защиты как критический фактор в плотной радиочастотной среде

Современные базовые станции должны справляться со всевозможными электромагнитными помехами, поступающими от близлежащих антенн, повсюду проложенных линий электропередачи, а также бесчисленного количества работающих вокруг устройств интернета вещей. Решение? Коаксиальные ВЧ-кабели с хорошей экранировкой творят чудеса в таких условиях. Эти кабели действуют как барьер против нежелательных радиочастотных помех, которые в противном случае нарушили бы передачу сигналов. Согласно недавним исследованиям, опубликованным в Отчёте о эффективности экранирования ВЧ 2024 года, когда операторы инвестируют в качественные экранирующие материалы, наблюдается резкое снижение перебоев в обслуживании, вызванных помехами. В загруженных городских районах, где уровень электромагнитных помех (ЭМП) может превышать 100 вольт на метр, эти улучшения сокращают количество проблем почти на две трети. Это существенно повышает надёжность связи в плотной городской среде.

Многослойные конструкции экранирования, снижающие проблемы с помехами

Для борьбы с высокочастотными электромагнитными помехами в диапазонах 5G производители используют многослойные экранирующие конструкции, сочетающие фольгу, оплетку и композитные материалы:

Многослойные конструкции превосходят кабели с одинарным экраном в 2,5 раза в диапазоне миллиметровых волн согласно сравнительному исследованию экранирования на 120 объектах сотовой связи.

Анализ спорных вопросов: риски ПИМ в плохо собранных ВЧ коаксиальных кабелях

Хотя экранирование улучшает устойчивость к ЭМП, неправильное оконцевание может привести к пассивной интермодуляции (ПИМ), при которой корродированные разъёмы или неплотные соединения генерируют нежелательные сигналы. Исследования отрасли показывают, что 31 % отказов в полевых условиях в плотных сетях вызваны ПИМ, а не дефектами экрана, что подчёркивает важность точной сборки.

Данные из практики: показатели снижения ЭМП при использовании двойных экранированных кабелей

В ходе испытаний 2023 года применение двойных экранированных ВЧ коаксиальных кабелей в базовых станциях макросетей сократило количество повторных передач, связанных с ЭМП, на 42 %. Сети, использующие кабели с экранированием 90 дБ, достигли на 12 % более высокого отношения сигнал/шум по сравнению с сетями со стандартными конструкциями 60 дБ, что демонстрирует их эффективность в зонах с высоким уровнем помех, таких как стадионы и транспортные узлы.

Диапазон частот, мощность и гибкость развертывания в современных сетях

Рабочий диапазон частот и мощность ВЧ-кабелей в системах Sub-6 ГГц и миллиметрового диапазона

RF коаксиальные кабели обеспечивают стабильную производительность на протяжении всего частотного диапазона, используемого в современных базовых станциях, охватывая диапазоны от низких частот ниже 6 ГГц примерно от 3,3 до 7,1 ГГц и вплоть до высокочастотных диапазонов миллиметровых волн от 24 до 40 ГГц. Эти кабели содержат специальные внутренние материалы, которые минимизируют потери сигнала и сохраняют точное сопротивление 50 Ом, необходимое для эффективной передачи мощности, даже при работе с мощными сигналами, достигающими 5 киловатт в крупных установках вышек сотовой связи. Что касается применений в диапазоне ммВ, производители всё чаще переходят на пенополиэтиленовую изоляцию, заполненную азотом, вместо обычного материала из ПТФЭ. Согласно недавним данным, опубликованным в прошлом году в отчёте Wireless Infrastructure Report, такая замена фактически снижает потери сигнала примерно на 17 процентов, что делает эти кабели значительно более подходящими для передачи сложных высокочастотных сигналов.

Применение ВЧ-кабелей в телекоммуникациях и базовых станциях при высоких нагрузках

В городских условиях с одновременным подключением более 50 000 соединений двойной экранированный коаксиальный ВЧ-кабель сохраняет 98,6 % целостности сигнала при пиковых нагрузках. Благодаря конструкции, устойчивой к изгибам, возможна компактная прокладка в кабельных лотках и на вышках, что дает явное преимущество по сравнению с жесткими волноводными решениями.

Тренд: растущий спрос на широкополосные коаксиальные решения для многодиапазонных базовых станций

Всё больше сетевых операторов переходят на широкополосные коаксиальные ВЧ-кабели, работающие в диапазоне от 1,7 до 7,5 ГГц. Эти кабели позволяют объединить сети 4G, 5G и LTE на одной общей фидерной линии вместо нескольких. Экономия от такой конфигурации может быть довольно значительной — около 23 процентов, согласно отчёту Mobile Broadband Alliance за 2023 год. Кроме того, такая система оставляет пространство для роста, поскольку в будущем она сможет работать с частотами до 10 ГГц. Если смотреть ещё дальше, то наблюдается интересная тенденция в разработке гибридных кабелей с воздушным диэлектриком. Эти новые кабели начинают применяться в системах, требующих сверхширокополосных соединений mmWave магистралей на частотах выше 28 ГГц.

Раздел часто задаваемых вопросов

Для чего используются коаксиальные ВЧ-кабели?

Коаксиальные ВЧ-кабели применяются для передачи радиочастотных сигналов в телекоммуникационной инфраструктуре, включая сотовые сети и базовые станции.

Почему для последней мили коаксиальные кабели предпочтительнее волоконно-оптических?

Коаксиальные кабели предпочтительнее волоконно-оптических на последней миле из-за их соотношения стоимости и производительности, а также устойчивости к погодным условиям.

Какой частотный диапазон охватывают ВЧ коаксиальные кабели?

ВЧ коаксиальные кабели охватывают частотный диапазон от постоянного тока до 110 ГГц, что делает их пригодными для различных применений.

Каково влияние неправильного оконцевания на ВЧ коаксиальные кабели?

Неправильное оконцевание может привести к пассивной интермодуляции (PIM), вызывая появление нежелательных сигналов и снижая надёжность.

Как конструкции экранирования влияют на работу в условиях плотной ВЧ-среды?

Экранирующие конструкции с несколькими слоями (фольга, оплётка, композитные материалы) уменьшают помехи и повышают устойчивость к ЭМП в условиях плотной ВЧ-среды.