Блог

Соаксиальные питающие кабели СВЧ: малые потери для подключения макросайтов

Почему гофрированные соаксиальные питающие кабели 7/8” и 1-1/4” доминируют на мощных макросетях 4G/5G

Для макросетей с высокой мощностью, особенно работающих в диапазонах 4G LTE и 5G NR на средних частотах около 3,5 ГГц, стандартом стали коаксиальные фидерные кабели большого диаметра с гофрированной структурой. В данном диапазоне частот кабели диаметром 7/8 дюйма уменьшают потери сигнала примерно на 40 процентов по сравнению с обычными вариантами диаметром 1/2 дюйма. При переходе на версии диаметром 1-1/4 дюйма потери снижаются ещё примерно на четверть. Такая производительность особенно важна при передаче сигналов на вертикальных участках длиннее 30 метров, что типично для оборудования, установленного на вышках. Медленная экранировка этих кабелей обеспечивает подавление электромагнитных помех более чем на 90 дБ, что позволяет им эффективно работать даже в условиях интенсивной беспроводной активности поблизости. Специальная гофрированная конструкция способствует отводу тепла, выделяемого при непрерывной передаче мощностью свыше 100 Вт, предотвращая изменение электрических свойств кабеля и ухудшение качества сигнала. Эти кабели демонстрируют стабильно низкие потери сигнала — менее 3 дБ на 100 метров при частоте 3,5 ГГц, а также обладают достаточной механической прочностью, чтобы выдерживать грубое обращение и сохранять импеданс 50 Ом. Согласно отраслевым отчётам за 2023 год, примерно три четверти всей макросетевой инфраструктуры 5G по всему миру используют именно этот тип кабельных решений, как указано в опросах Ассоциации глобальной мобильной инфраструктуры.

Медь против вспененного полиэтилена в качестве диэлектрика: компромиссы между затуханием, интермодуляционными искажениями и тепловой стабильностью на частоте 3,5 ГГц в сетях NR

Выбор материала диэлектрика принципиально определяет поведение фидерного кабеля на частоте 3,5 ГГц — основной полосе для обеспечения ёмкости 5G NR в среднем диапазоне. Хотя диэлектрики из сплошной меди и вспененного полиэтилена (вспененный PE) соответствуют спецификациям IEC 61196-1, их эксплуатационные компромиссы требуют осознанных решений на системном уровне:

Медные диэлектрики обеспечивают отличное затухание сигнала, что делает их идеальными для длинных вертикальных фидерных линий. Однако у них есть недостаток — уровень интермодуляционных искажений (PIM) приближается к -155 дБс, особенно при механических нагрузках или вибрациях. Пенообразные материалы ПЭ, напротив, способны снизить PIM до приблизительно -165 дБс благодаря однородным границам раздела и снижению нелинейности на стыках. Тем не менее, эти материалы быстрее поглощают влагу в условиях высокой влажности и склонны к изменению диэлектрической проницаемости при температурах выше 65 градусов Цельсия, что влияет на фазовую стабильность, особенно в наружных корпусах, подверженных перепадам температур. При выборе между вариантами инженеры должны учитывать конкретные условия эксплуатации. Медь предпочтительнее для установок на высоких башнях с протяжёнными кабельными трассами и значительными колебаниями температуры. Пенообразный ПЭ становится лучшим выбором для коротких линий, чувствительных к вибрациям, особенно в многодиапазонных системах, где достижение сверхнизкого уровня PIM абсолютно необходимо для правильной работы.

Критическое проектирование PIM: Обеспечение целостности сигнала в многодиапазонных системах фидерных кабелей 4G/5G

Соблюдение порога PIM -165 дБн: передовые практики выбора материалов, разъемов и монтажа

Поддержание уровня пассивной интермодуляции (PIM) ниже -165 дБс имеет большое значение для достижения высокой спектральной эффективности в многодиапазонных сетях 4G/5G. Если уровень PIM превышает эту величину, ёмкость сети снижается примерно на 20% в районах с высокой плотностью пользователей, поскольку сигналы интермодуляции третьего порядка начинают мешать приёмным диапазонам. Лучшие фидерные системы решают эту проблему тремя основными способами. Во-первых, они используют проводники из бескислородной меди, что уменьшает нелинейные токовые явления. Во-вторых, применяются обжимные соединители вместо паяных, поскольку малейшие зазоры между паяными соединениями могут значительно ухудшить характеристики по PIM, обеспечивая преимущество около 30 дБс в большинстве случаев. И, наконец, точный контроль момента затяжки при монтаже — в пределах ±10% от указанного значения — помогает предотвратить искажения, вызванные механическими напряжениями в точках соединения. Согласно спецификациям 3GPP TR 38.811 для ВЧ-компонентов, инженерам также необходимо обращать внимание на такие параметры, как спиральные рифлёные структуры и однородность диэлектрических материалов. Эти факторы играют решающую роль в поддержании хороших характеристик по PIM даже при колебаниях температуры или одновременной работе на нескольких частотных диапазонах.

Реальные режимы отказа PIM: коррозия, вариации крутящего момента и искажение, вызванное микрозазорами

Полевые испытания выявили три основные причины сбоев, связанных с интермодуляционными помехами (PIM), в активных фидерных системах при различных вариантах развертывания. Наиболее серьезную проблему представляет атмосферная коррозия, особенно когда хлориды вызывают окисление в точках соединения. Это приводит к образованию нелинейных переходов, которые могут увеличить уровень искажений сигнала до 15 дБн в прибрежных районах или вблизи промышленных объектов. Другой распространённой проблемой является неправильный момент затяжки при монтаже, что приводит к нестабильному контактному сопротивлению. В таких случаях наблюдаются утечки ВЧ-сигналов и снижение скорости передачи данных, что зачастую совпадает с аномальными показателями сетевой производительности. Возможно, самая сложная проблема — это микроскопические зазоры (менее 0,1 мм) между проводниками и изоляционными материалами или между контактами разъёмов и их гнёздами. Эти небольшие промежутки при воздействии мощных ВЧ-сигналов начинают работать как паразитные диоды, создавая широкораспространённые интермодуляционные помехи. Данные последнего исследования надежности на местах от компании Ericsson показывают, что в совокупности эти три проблемы ответственны более чем за 20 % потерь ёмкости, связанных с PIM, в городских сотовых вышках. Для борьбы с этими проблемами операторы обычно используют азотное давление в наружных соединителях, применяют лазерную текстуризацию сопрягаемых поверхностей для улучшения контакта и внедряют автоматические устройства проверки момента затяжки на этапе первоначальной настройки.

Альтернативы волоконно-оптическим питающим кабелям для высокоплотных и перспективных развертываний

Гибкие волоконно-оптические питающие кабели для внутренних микробазовых станций и компактных городских объектов

Внутренние микробазовые станции, системы DAS и компактные городские малые соты сталкиваются с проблемами, связанными с ограниченным пространством и качеством сигнала. На этом фоне гибкие волоконно-оптические (BIF) питающие кабели решают множество вопросов, присущих традиционным коаксиальным решениям. Технология BIF фактически снижает минимальный радиус изгиба до приблизительно 5 мм, что примерно на 70 % лучше по сравнению с обычным одномодовым волокном. Это существенно упрощает установку оборудования в стеснённых условиях — например, в шахтах лифтов, за стенами или в загруженных офисных помещениях с мебелью. При этом самое главное — потери сигнала остаются значительно ниже критического порога в 0,1 дБ во всех этих сценариях прокладки.

К основным преимуществам относятся:

• Оптимизация пространства : сердечники BIF толщиной 250 мкм позволяют уменьшить диаметр кабеля на 40 % по сравнению со стандартными конструкциями — это особенно важно при модернизации старых зданий
• Надежность : сохраняет затухание менее 0,5 дБ/км после более чем 100 циклов изгиба с малым радиусом в соответствии с протоколами испытаний ITU-T G.657.A1
• Соблюдение требований безопасности : оболочка из материала с низким выделением дыма и безгалогенная (LSZH) соответствует стандартам пожарной безопасности IEC 61034 и UL 1666 для внутреннего применения

Кабели питания BIF совместимы с волновым разделением мультиплексирования (WDM) на длине волны до 1625 нм, что означает их полную пригодность для будущих систем передачи сигнала 5G-Advanced и даже 6G. Кабели спроектированы так, чтобы выдерживать усилия сжатия сверх 400 Н/см согласно стандарту IEC 60794-1-2 E3; испытания показывают высокую эффективность в загруженных городских районах с интенсивным пешеходным движением. Эти кабели не образуют микротрещин при изгибе, которые зачастую вызывают неисправности, поэтому техническое обслуживание требуется примерно на 35% реже по сравнению с другими решениями. Кроме того, они легко подключаются без лишних сложностей к уже установленным гибридным медно-оптоволоконным системам, используемым во многих компаниях и городах.

Часто задаваемые вопросы

Каковы основные преимущества использования коаксиальных фидерных кабелей 7/8" и 1-1/4" при развертывании сетей 4G/5G?

Основные преимущества включают снижение потерь сигнала на 40% или более, отличную экранировку от электромагнитных помех и способность выдерживать накопление тепла при непрерывной передаче мощностью свыше 100 Вт.

Чем отличаются сплошной медный и пенополиэтиленовый диэлектрики по своим эксплуатационным характеристикам?

Сплошной медный диэлектрик обеспечивает отличное затухание сигнала, но может иметь более высокие уровни нелинейных интермодуляционных искажений (PIM) при механических нагрузках. Пенополиэтиленовые диэлектрики обеспечивают более низкие PIM, но могут страдать от проблем, связанных с температурой и влажностью.

Что вызывает отказы из-за нелинейных интермодуляционных искажений (PIM) в фидерных системах?

Отказы из-за нелинейных интермодуляционных искажений (PIM) часто возникают из-за атмосферной коррозии, неправильного момента затяжки при установке и искажений, вызванных микронеплотностями. Это приводит к увеличению искажения сигнала и снижению ёмкости сети.

Почему кто-то может выбрать малогабаритные оптоволоконные кабели вместо традиционных коаксиальных кабелей?

Малогабаритные оптоволоконные кабели обеспечивают повышенную гибкость в ограниченных пространствах, сохраняют низкие потери сигнала и соответствуют стандартам пожарной безопасности, что делает их идеально подходящими для внутренних установок.