Блог

Понимание фидерных ВЧ-кабелей: основные функции и типы

Что такое фидерные ВЧ-кабели и как они работают в сотовых сетях?

RF-фидерные кабели передают радиочастотные сигналы туда и обратно между важными компонентами сотовых сетей, такими как антенны и блоки базовой полосы. Большинство коаксиальных конструкций имеют четыре основные внутренние части: в центре находится медный провод, покрытый диэлектрическим материалом, выполняющим функцию изоляции. Вокруг него располагается металлический экран для защиты от нежелательных помех, а весь кабель защищён внешней оболочкой от механических повреждений. Экранирование имеет особое значение, поскольку оно предотвращает влияние электромагнитных помех, в то время как диэлектрик способствует стабильной работе кабеля, сохраняя необходимые электрические свойства. Что касается 5G, эти малопотерные кабели становятся абсолютно необходимыми, поскольку они должны эффективно передавать сверхвысокочастотные миллиметровые волны, не теряя значительной части мощности сигнала на протяжении линии.

Распространённые типы коаксиальных кабелей: серия RG против серии LMR

Операторы связи в основном используют два типа коаксиальных фидерных кабелей:

Серия	Затухание (дБ/100 футов при 2 ГГц)	Случай использования
Rg	6.8–9.1	Короткие внутренние соединения
LMR	2.2–3.7	Развертывание на открытом воздухе с низкими потерями

Кабели LMR обеспечивают примерно на 23% меньшие потери сигнала на высоких частотах по сравнению со стандартными вариантами RG, что делает их более подходящими для макросетей 5G, требующих длинных кабельных трасс свыше 100 футов.

Объяснение импеданса: 50 Ом против 75 Ом в телекоммуникационных приложениях

При несоответствии импеданса в системе сигналы отражаются назад, вместо того чтобы проходить должным образом, что нарушает эффективность работы сетей. Большинство специалистов в области телевещания по-прежнему используют кабели 75 Ом, поскольку они хорошо подходят для этих задач. Однако в случае вышек сотовой связи и другой беспроводной инфраструктуры сегодня почти все предпочитают кабели 50 Ом. Они способны передавать значительно большую мощность по сравнению с кабелями 75 Ом — иногда до 5 киловатт, при этом теряя меньше сигнала на пути следования. Согласно недавнему отраслевому отчёту за начало 2024 года, около девяти из десяти телекоммуникационных компаний устанавливают кабели 50 Ом между антеннами и удалёнными блоками радиосвязи (RRU). Такое предпочтение логично с учётом требований современных сотовых сетей.

Минимизация затухания сигнала: длина, толщина кабеля и потери на частоте

Как потери сигнала возрастают с расстоянием и частотой

По мере того как сигналы распространяются на большие расстояния и работают на более высоких частотах, они естественным образом теряют мощность. Потери обычно составляют от 0,2 до 1,5 дБ на каждые 100 футов кабеля, хотя это значение варьируется в зависимости от типа кабеля и диапазона рабочих частот. Например, на частоте 900 МГц обычные коаксиальные кабели демонстрируют падение сигнала примерно на 11 дБ уже через 100 футов, тогда как современные мало-потеряющие кабели снижают эти потери до около 8 дБ. Ситуация ухудшается при переходе к более высоким частотам. Если сравнить 5G в диапазоне 3,5 ГГц с более старыми сигналами 4G ниже 2 ГГц, то новая технология испытывает почти в 2,5 раза большие потери сигнала. Существует два различных способа проявления этих потерь. При увеличении длины кабеля сигнал ослабевает пропорционально пройденному расстоянию. Однако частота влияет по-другому: потери возрастают не линейно, а экспоненциально с ростом частоты. Таким образом, если кто-то попытается удвоить длину кабельной линии, потери сигнала также удвоятся. А попытка проложить кабель значительно длиннее приведёт к серьёзным проблемам с сигналом.

Соотношение диаметра кабеля и затухания для оптимальной производительности

Кабели большего диаметра уменьшают затухание, но увеличивают жесткость и стоимость. Например, кабель диаметром 0,5 дюйма снижает потери сигнала на 40 % по сравнению с версией диаметром 0,25 дюйма на частоте 3 ГГц. Однако более толстые кабели сложнее прокладывать в ограниченных пространствах. Операторы часто оценивают компромиссы, используя следующие критерии:

Диаметр (дюймы)	Гибкость конструкции	Затухание на частоте 3 ГГц (дБ/100 футов)
0.25	Высокий	6.8
0.5	Умеренный	4.1
0.75	Низкий	2.9

Частотно-зависимые характеристики потерь в диапазонах 4G и 5G

Современная сетевая инфраструктура должна обеспечивать передачу сигналов в широком диапазоне частот — от 600 МГц до 40 ГГц. Устаревшие технологии 4G LTE, работающие в диапазоне от 700 до 2600 МГц, как правило, испытывают ослабление сигнала на уровне 3–8 дБ на каждые 30 метров при использовании обычных кабельных соединений. Ситуация усложняется при переходе к новым технологиям. Для 5G в среднем диапазоне на частоте 3,5 ГГц потери значительно выше и могут достигать 12 дБ на том же расстоянии. А высокочастотные миллиметровые волны в диапазоне 24–40 ГГц требуют применения специальных сверхмалопотерьных кабелей, чтобы поддерживать уровень сигнала выше критического порога в 15 дБ. Эти различия имеют большое значение при принятии решений о развертывании сетей в реальных условиях.

Рекомендации по снижению ослабления сигнала в фидерных линиях

1. Сокращайте длину кабельных трасс : Сокращение длины на 15 метров может уменьшить потери сигнала на 30–55%, в зависимости от частоты
2. Используйте кабели с предустановленными коннекторами : Заводские соединения минимизируют риски пассивной интермодуляции (PIM) во время установки на объекте
3. Избегайте резких изгибов : Соблюдайте радиус изгиба не менее 10 диаметров кабеля, чтобы предотвратить нарушение импеданса
4. Выбирайте материалы с низкими потерями : Пенные диэлектрические сердечники обеспечивают на 18–22% лучшую производительность на высоких частотах по сравнению с твердым полиэтиленом

Соответствие характеристик кабеля расстоянию развертывания, частоте и условиям окружающей среды позволяет сократить простои, связанные с затуханием, до 67%, сохраняя при этом отношение сигнал/шум (SNR) выше эксплуатационных пороговых значений.

Обеспечение совместимости частоты и полосы пропускания для современных сетей

Поддержка 4G LTE и 5G NR: требования к диапазону частот

Современные сетям связи требуются фидерные кабели, способные работать как в диапазонах 4G LTE от 700 до 2600 МГц, так и с новыми сигналами 5G NR, достигающими частоты 7,125 ГГц. Рассматривая различные участки спектра, диапазон Sub-6 ГГц остаётся особенно важным для достижения оптимального баланса между хорошим покрытием и достаточной ёмкостью передачи данных. Затем есть миллиметровые волны в диапазоне от 24 до 47 ГГц, для которых требуются специальные кабели с минимальными потерями сигнала, поскольку они наиболее эффективны на коротких дистанциях, но обладают огромным потенциалом пропускной способности. Для операторов сетей, стремящихся соответствовать изменяющимся требованиям, использование кабелей, поддерживающих несколько частотных диапазонов, является логичным решением, поскольку это позволяет максимально эффективно использовать доступные ресурсы спектра по мере развития инфраструктуры.

Потребность в полосе пропускания для телекоммуникаций с высокой скоростью передачи данных

каналы 5G требуют полосы пропускания 100–400 МГц на несущую, что значительно превышает лимит LTE в 20 МГц. Для сохранения целостности сигнала фидерные кабели должны обеспечивать коэффициент стоячей волны (VSWR) ниже 1,5:1, минимизируя отражения, которые могут нарушить потоковую передачу видео 4K и массовые потоки данных IoT.

Сочетание поддержки устаревших сетей и производительности, готовой к будущему

Операторы должны обеспечивать совместимость с существующими услугами 3G и 4G, одновременно готовясь к внедрению 5G-Advanced, который предусматривает пиковые скорости передачи данных до 10 Гбит/с. Фазостабильные кабели с постоянными диэлектрическими свойствами обеспечивают надежную работу в условиях смешанных частот, снижая фазовые искажения в приложениях MIMO и формирования лучей.

Оценка многодиапазонных фидерных кабелей для повышения гибкости сети

Кабели питания с двумя и тремя диапазонами могут снизить затраты на инфраструктуру до 30% в переходных зонах между сельскими и городскими районами. Оптимальные конструкции обеспечивают одновременную передачу на частотах 600 МГц (LTE) и 3,5 ГГц (5G) с ослаблением не более 0,3 дБ/м при 40°C, что гарантирует эффективную работу в условиях реальных тепловых нагрузок.

Сохранение целостности сигнала: показатели PIM и факторы монтажа

Понимание пассивной интермодуляции (PIM) в сотовых системах

Пассивная интермодуляция, или ПИМ, возникает, когда нелинейные участки пассивных компонентов начинают создавать нежелательные гармонические сигналы. В последнее время мы наблюдаем усугубление этой проблемы в сетях 5G. Переход на более высокие частоты около 3,5 ГГц усугубляет ситуацию, вызывая на 15–20 процентов больше искажений по сравнению со старыми технологиями 4G. При поиске неисправностей, связанных с ПИМ, инженеры-практики часто сталкиваются с типичными причинами: корродированные разъёмы, ослабленные соединения, которые никто не потрудился правильно затянуть после установки, а также кабельные сборки, плохо совместимые друг с другом. Все эти мелкие проблемы создают помехи, которые снижают производительность сети и постепенно уменьшают её общую ёмкость.

Как ПИМ влияет на ёмкость сети и качество звонков

Исследования, проведенные в полевых условиях на протяжении 2023 года, показывают, что при возникновении интермодуляционных помех (PIM) пропускная способность сети может сокращаться до 40 процентов на загруженных городских базовых станциях во время пиковых часов. Когда несколько операторов работают в ограниченном пространстве, эти проблемы усугубляются, что приводит к обрыву вызовов и раздражающе медленному интернет-соединению для пользователей. У сетевых операторов, использующих фидерные кабели, где измерения PIM превышают -140 дБс, наблюдается увеличение примерно на 30 % количества обращений в службу поддержки клиентов с жалобами на плохое качество звука при разговорах и нестабильное соединение. Это не просто абстрактная проблема для инженеров — она напрямую влияет на опыт конечных пользователей в густонаселенных районах.

Выбор и установка фидерных кабелей с низким уровнем PIM для плотной застройки

Фидерные кабели с низким уровнем PIM с серебряными разъемами снижают интермодуляцию на 85 % по сравнению со стандартными алюминиевыми соединениями. Критически важные правила монтажа включают:

• Затяжка с контролем крутящего момента (25–30 Н·м для разъемов типа N)
• Избегайте изгибов с радиусом менее чем в 10 раз превышающим диаметр кабеля
• Нанесение антиоксидантного геля на внешние оконечные соединения

В сетях 5G миллиметрового диапазона кабели с уровнем интермодуляционных искажений PIM ≤ -155 дБс улучшают отношение сигнал/шум на 12 дБ, увеличивая эффективный радиус покрытия на 18%. Регулярное тестирование PIM каждые 6–12 месяцев помогает поддерживать соответствие стандартам 3GPP TS 37.145 по контролю помех

Устойчивость к воздействию окружающей среды и долгосрочная надежность фидерных кабелей

Сложности при установке на открытом воздухе: УФ-излучение, влажность и экстремальные температуры

Кабели питания, установленные на открытом воздухе, должны выдерживать всевозможные суровые условия. Длительное воздействие ультрафиолетового излучения является серьезной проблемой, зачастую приводя к разрушению полиэтиленовых оболочек примерно на 40 процентов всего за пять лет. Кроме того, наблюдаются экстремальные перепады температур — от -40 градусов Цельсия до 85 градусов Цельсия, а также сильные дожди, иногда превышающие 100 миллиметров в час, которые могут серьезно повлиять на слабые уплотнения кабелей. При прокладке вдоль побережья ситуация усугубляется, поскольку соляной туман вызывает коррозию. Разъёмы начинают быстрее выходить из строя, а сигналы значительно ослабляются, если они недостаточно защищены от морской среды.

Основные функции защиты: устойчивость к УФ-излучению, защита от воды и термостойкость

Для выдерживания суровых условий современные кабели питания оснащаются:

• Оболочкой, стабилизированной против УФ-излучения (испытана по стандарту UL 1581 MW 1100), сохраняющей не менее 90 % прочности на растяжение после 3000 часов воздействия
• Трехслойной защитой от воды сочетание технологии сухого сердечника со сварной алюминиевой броней для предотвращения проникновения влаги
• Термически стабильные диэлектрики поддержание коэффициента стоячей волны по напряжению <1,3:1 в диапазоне температур от -55 °C до +125 °C

Эти особенности обеспечивают стабильные электрические характеристики независимо от изменяющихся условий окружающей среды.

Отраслевые стандарты для прочных фидерных кабелей, пригодных для наружной установки

Соответствие стандарту Telcordia GR-13-CORE гарантирует минимальный срок службы 20 лет в жестких условиях наружной эксплуатации. Обязательные сертификаты включают:

Стандарт	Ключевое требование	Значение для кабелей
IEC 60754-1	Выделение дыма, не содержащего галогенов	Безопасная установка в тоннелях/подвалах
EN 50288-7-1	Устойчивость к УФ-излучению/атмосферным воздействиям	Прямое воздействие солнечных лучей
ETSI EN 302 066	Защита от погружения по стандарту IP68	Сайты ячеек, подверженные затоплению

Часто задаваемые вопросы о ВЧ-фидерных кабелях

Для чего используются ВЧ-фидерные кабели?

ВЧ-фидерные кабели используются для передачи радиочастотных сигналов между основными компонентами, такими как антенны и базовые блоки в сотовых сетях.

Какие типы коаксиальных кабелей commonly используются в телекоммуникациях?

Операторы связи в основном используют коаксиальные кабели типов RG и LMR, при этом кабели LMR обеспечивают меньшие потери сигнала на высоких частотах.

Почему телекоммуникационные компании предпочитают кабели 50 Ом?

кабели 50 Ом предпочтительнее, поскольку они эффективно передают большую мощность с меньшими потерями сигнала по сравнению с кабелями 75 Ом.

Как диаметр кабеля влияет на затухание сигнала?

Кабели большего диаметра уменьшают затухание сигнала, но повышают жесткость и стоимость, что требует тщательной оценки компромиссов.

Как можно минимизировать деградацию сигнала в фидерных линиях?

Деградацию сигнала можно минимизировать за счет сокращения длины кабеля, использования предварительно заделанных кабелей, избегания резких изгибов и выбора материалов с низкими потерями.

С какими природными факторами сталкиваются внешние фидерные кабели?

Внешние фидерные кабели подвергаются таким воздействиям, как ультрафиолетовое излучение, влага, экстремальные температуры и коррозия в морской среде.