Блог

Почему коаксиальный кабель с воздушным диэлектриком — оптимальный выбор для базовых станций 5G и mmWave

Физика низких потерь: как воздушный диэлектрик минимизирует затухание выше 2,5 ГГц

Коаксиальные кабели с воздушным диэлектриком используют чрезвычайно низкую диэлектрическую проницаемость воздуха (около 1), которая является наименьшей среди всех практических изоляторов, что делает их отличным решением для снижения потерь сигнала на частотах выше 2,5 ГГц. По сравнению с традиционными вариантами, такими как пенные или сплошные полиэтиленовые диэлектрики, воздух вызывает гораздо меньшую молекулярную поляризацию и поэтому поглощает значительно меньше энергии. На частоте около 6 ГГц это может снизить затухание сигнала почти на 40 %. В диапазоне высоких миллиметровых волн это свойство особенно важно, поскольку потери сигнала резко возрастают с увеличением частоты. Практические испытания показывают, что такие кабели с воздушным диэлектриком сохраняют около 92 % качества сигнала даже после прохождения 100 метров на частоте 28 ГГц. Это намного лучше, чем у большинства кабелей с пенопластовым сердечником, которые обычно показывают эффективность ниже 70 %. Сохранение чистоты сигнала имеет решающее значение для передовых методов модуляции, используемых в современных сетях, и особенно важно для поддержания низкой задержки в системах обратной связи 5G.

Тепловая стабильность и высокая мощность для плотных городских базовых станций 5G

В городских районах базовые станции 5G обычно работают с передающей мощностью более 200 ватт, что означает необходимость эффективных решений для теплового управления. Воздушные коаксиальные кабели с диэлектриком получили широкое распространение, поскольку их полая сердцевина позволяет отводить тепло примерно в три раза быстрее по сравнению с традиционными конструкциями со сплошным заполнением. Что касается жестких кабелей, то их вносимые потери изменяются менее чем на 0,05 дБ во всем промышленном температурном диапазоне — от минус 40 градусов Цельсия до плюс 85 градусов Цельсия. Это особенно важно для оборудования, установленного на крышах зданий, где прямые солнечные лучи могут вызвать серьезный перегрев. Что касается полугибких кабелей, они сохраняют стабильное волновое сопротивление с коэффициентом стоячей волны напряжения (КСВН) ниже 1,15:1, даже когда сильно изгибаются вокруг углов. Это помогает предотвратить возникновение проблем интермодуляции (PIM), которые появляются при интеграции компактных антенных решеток. Все эти характеристики в совокупности обеспечивают надежную работу сетей без простоев. И, честно говоря, операторы связи не могут позволить себе простои, поскольку, согласно исследованию Института Понемона за прошлый год, каждый час простоя обходится им примерно в 740 000 долларов США.

Наиболее проверенные типы коаксиальных кабелей с воздушным диэлектриком для развертывания базовых станций

Жесткие линии с воздушным диэлектриком: точные характеристики на частоте 3,5 ГГц и выше

Жесткие коаксиальные кабели с воздушным диэлектриком обеспечивают чрезвычайно низкие потери сигнала в стационарных фидерах, работающих на частотах выше 2,5 ГГц. Особенность этих кабелей заключается в их бесшовной конструкции внешнего проводника, которая обеспечивает постоянство геометрии воздушного зазора на всем протяжении. Эта стабильность снижает потери сигнала примерно на 30% по сравнению с аналогичными кабелями с пенопластовым сердечником при использовании на миллиметровых волнах. Для всех, кто работает с сигналами на частотах 3,5 ГГц и выше, такой уровень точности означает в целом лучшую целостность сигнала. Именно поэтому многие телекоммуникационные компании отдают предпочтение этим кабелям для фидеров антенн макробазовых станций, особенно учитывая, что затухание сигнала может быть серьезным ограничивающим фактором. Для бесперебойной работы большинство производителей начали внедрять системы подкачки, поддерживающие внутри кабеля сухой воздух под давлением около 3–5 фунтов на квадратный дюйм. Эти системы предотвращают проникновение влаги и помогают контролировать коэффициент стоячей волны напряжения даже в экстремальных погодных условиях. Установка таких кабелей сопряжена с определенными трудностями. Монтажники должны строго соблюдать рекомендации по минимальному радиусу изгиба во время монтажа. Однако, несмотря на эти требования, жесткие коаксиальные кабели с воздушным диэлектриком продолжают выделяться благодаря длительному сроку службы и отличной фазовой стабильности, что делает их идеальными для постоянных установок на вышках, где надежность имеет первостепенное значение.

Полугибкие варианты воздушного диэлектрика: баланс между практичностью установки и эффективностью в диапазоне 24–28 ГГц

Кабели с воздушным диэлектриком, полугибкие, занимают промежуточное положение между высокой производительностью и простотой развертывания, особенно полезны в густонаселённых городах и внутри зданий, где необходимо устанавливать малые соты. Наружный проводник из гофрированной меди позволяет этим кабелям изгибаться на радиусе, составляющем всего восемь диаметров кабеля, что делает возможной модернизацию даже на загруженных крышах и обеспечивает аккуратную прокладку в тесных технических помещениях. Испытания показали потери всего около 0,6 дБ на каждые 30 метров при частотах до 28 ГГц, поэтому скорость передачи данных остаётся высокой без компромиссов. Эти кабели также оснащены точно отформованными распорками для диэлектрика, предотвращающими смещение центрального проводника при вибрациях или изменениях температуры, что обеспечивает стабильность качества сигнала со временем. Хотя их потери сигнала несколько выше по сравнению с жёсткими версиями, полугибкие кабели по-прежнему обеспечивают наилучшее сочетание характеристик радиочастотной работы, физической гибкости и скорости монтажа большинством техников в диапазоне от 24 до 28 ГГц.

Реальные характеристики: коаксиальный кабель с воздушной изоляцией против пенополиэтиленового в сценариях базовых станций

Полевая проверка диапазона CBRS: на 22 % меньшие потери распространения на расстоянии 120 м в диапазоне 3,7–3,98 ГГц

Полевые испытания с полосами CBRS показали, что коаксиальные кабели с воздушным диэлектриком действительно превосходят кабели, изготовленные с использованием пенополиэтилена. При рассмотрении фидерных линий длиной около 120 метров, работающих в диапазоне частот от 3,7 до 3,98 ГГц, операторы сетей постоянно фиксировали снижение потерь сигнала примерно на 22%. Это происходит потому, что воздух обладает почти идеальными диэлектрическими свойствами (относительная диэлектрическая проницаемость близка к 1,0) по сравнению с естественным трением и проблемами затухания сигнала, характерными для вспененных материалов. Более высокое качество сигнала означает, что вышки могут передавать более мощные сигналы в целом. В загруженных городских районах с интенсивным трафиком это приводит к увеличению пропускной способности данных на каждой базовой станции на 15–30%. Кроме того, зона покрытия расширяется естественным образом без необходимости установки дополнительного оборудования, такого как репитеры. Для телекоммуникационных компаний все эти преимущества означают возможность быстрее развертывать новую инфраструктуру, более эффективную и долговечную работу усилителей мощности и значительное снижение общих расходов. Финансовые выгоды также вполне очевидны: окупаемость инвестиций наступает на 3–5 лет раньше благодаря отсрочке замены аппаратуры и лучшему соответствию соглашениям об уровне обслуживания.

Критические рекомендации по монтажу и эксплуатационным условиям для воздушного диэлектрического коаксиального кабеля

Предотвращение проникновения влаги, поддержание давления и надежность при длительной работе на открытом воздухе

Сохранение качества сигнала в коаксиальных кабелях с воздушным диэлектриком во многом зависит от наличия сухого и стабильного пространства внутри, где расположен диэлектрический материал. Для внешних установок и длинных кабельных трасс требуется постоянное давление сухого воздуха от 3 до 5 фунтов на квадратный дюйм, чтобы предотвратить образование конденсата. Даже небольшое количество влаги может вызвать серьёзные потери сигнала — до 15–20 децибел на дистанции всего в 100 метров при работе с высокочастотными mmWave-сигналами. При герметизации соединителей специалисты обычно применяют двойную защиту: сначала обматывают соединение силиконовой самослипающейся лентой, а затем покрывают термоусадочными муфтами, устойчивыми к ультрафиолету и имеющими клеевую подложку. Для жёстких кабелей, проложенных через стены или по зданиям, правильный монтаж включает создание капельных петель и установку выпускных клапанов, направленных вниз, чтобы капли воды стекали, не достигая внутренней герметизированной зоны. На длинных горизонтальных участках свыше 30 метров рекомендуется устанавливать компенсационные муфты примерно каждые 15–20 метров. Это позволяет компенсировать температурные изменения, не нарушая герметичности. Согласно реальным отчётам из районов побережья с постоянно высокой влажностью, системы с качественной герметизацией служат на 8–10 лет дольше по сравнению с теми, где такая защита отсутствует. Поэтому, хотя некоторые могут считать герметизацию лишь дополнительной функцией, опытные монтажники знают, что она необходима для обеспечения надёжной долгосрочной работы таких систем.

Раздел часто задаваемых вопросов

• Каково главное преимущество использования коаксиальных кабелей с воздушным диэлектриком для 5G?
  Коаксиальные кабели с воздушным диэлектриком обеспечивают меньшее затухание сигнала и лучшее тепловое управление, что делает их идеальными для высокочастотных приложений, таких как 5G.
• Как коаксиальные кабели с воздушным диэлектриком лучше управляют температурой по сравнению с другими типами?
  Полый сердечник коаксиальных кабелей с воздушным диэлектриком позволяет теплу эффективнее рассеиваться, что имеет решающее значение для управления высоким уровнем мощности, используемым в городских базовых станциях 5G.
• Какие проблемы монтажа связаны с использованием коаксиальных кабелей с воздушным диэлектриком?
  Монтаж требует строгого соблюдения рекомендаций по радиусу изгиба и применения систем поддержания давления для предотвращения проникновения влаги.
• Почему коаксиальные кабели с воздушным диэлектриком предпочтительнее кабелей с пенополиэтиленовым диэлектриком?
  Коаксиальные кабели с воздушным диэлектриком обеспечивают лучшее качество сигнала и меньшие потери в линии, что повышает пропускную способность и зону покрытия без дополнительной инфраструктуры.