Blog

RF koaxiálne prívodné káble: nízke straty pre pripojenie makro lokalít

Prečo dominujú 7/8” a 1-1/4” profilované koaxiálne prívodné káble v nasadení vysokovýkonových makro lokalít 4G/5G

Pre makro-bunky s vysokým výkonom, najmä pre tie, ktoré pracujú so štandardmi 4G LTE a 5G NR na stredných frekvenciách okolo 3,5 GHz, sa ako takmer štandard začali používať koaxiálne káble väčšieho priemeru s drážkovaným vedením. Pri tejto konkrétnej frekvenčnej oblasti znižujú káble s priemerom 7/8 palca straty signálu približne o 40 percent v porovnaní s bežnými polpalcovými riešeniami. Použitie verzií s priemerom 1-1/4 palca ďalej zníži straty o ďalších asi 25 percent. Tento výkon je veľmi dôležitý pri prenose signálu vo vertikálnom smere na vzdialenosti vyššie ako 30 metrov, čo sa často vyskytuje pri zariadeniach namontovaných na vežiach. Medi brániace z medi blokujú viac ako 90 dB elektromagnetickej interferencie, čo im umožňuje spoľahlivo fungovať aj v prostredí s intenzívnou bezdrôtovou aktivitou. Špeciálny drážkovaný dizajn pomáha odvádzať teplo hromadiace sa pri nepretržitom vysielaní nad 100 wattov, aby sa nezmenili elektrické vlastnosti kábla a tým sa nezhoršila kvalita signálu. Tieto káble vykazujú stále nízke útlmy signálu pod 3 dB na 100 metrov pri 3,5 GHz a sú dostatočne odolné, aby vydržali hrubé zaobchádzanie a zachovali si impedanciu 50 ohmov. Podľa priemyselných správ z roku 2023 približne tri štvrtiny všetkej 5G makro infraštruktúry na svete využívajú tento typ káblového riešenia, ako uvádzajú prieskumy Global Mobile Infrastructure Association.

Meď voči dielektriku z penového PE: kompromisy v útlme, PIM a tepelnej stabilita pri 3,5 GHz NR

Voľba dielektrického materiálu zásadne ovplyvňuje správanie napájacieho kábla pri 3,5 GHz – hlavnom pásme pre kapacitu 5G NR stredného pásma. Aj keď oba typy, súdržný meď a penový polyetylén (penový PE), spĺňajú špecifikácie IEC 61196-1, ich prevádzkové kompromisy vyžadujú premyslené rozhodnutia na úrovni systému:

Medené dielektriká poskytujú vynikajúce útlmy signálu, čo ich robí ideálnymi pre dlhé vertikálne napájacie aplikácie. Avšak existuje nevýhoda, pokiaľ ide o úrovne PIM blížiace sa približne -155 dBc, najmä keď sú vystavené mechanickému namáhaniu alebo vibráciám. Penové materiály PE na druhej strane dokážu znížiť PIM na približne -165 dBc vďaka svojim rovnomerným rozhraniam a zníženej nelinearite na rozhraniach. Tieto materiály však majú problém s rýchlejším nasávaním vlhkosti vo vlhkých prostrediach a majú sklon meniť hodnoty dielektrických konštánt, keď teploty presiahnu 65 stupňov Celzia, čo ovplyvňuje fázovú stabilitu, najmä v vonkajších krytoch, ktoré zažívajú tepelné kolísanie. Pri rozhodovaní medzi možnosťami musia inžinieri zohľadniť konkrétne podmienky na lokalite. Meď je najvhodnejšia pre inštalácie na vysokých vežiach s dlhými káblovými dĺžkami a výraznými teplotnými výkyvmi. Penové PE sa stáva uprednostňovanou voľbou pre kratšie inštalácie citlivé na vibrácie, obzvlášť v viacpásmových systémoch, kde je dosiahnutie extrémne nízkych úrovní PIM absolútne nevyhnutné pre správne fungovanie.

PIM-Kritický návrh: Zabezpečenie integrity signálu v viacpásmových káblových systémoch 4G/5G

Splnenie prahovej hodnoty -165 dBc PIM: Odborné postupy pre materiál, konektory a montáž

Udržiavanie úrovne pasívnej intermodulácie (PIM) pod -165 dBc je veľmi dôležité pre dosiahnutie dobrého využitia spektra v týchto viacpásmových sieťach 4G/5G. Ak PIM prekročí túto hranicu, kapacita siete klesne približne o 20 % v oblastiach s veľkým počtom používateľov, pretože rušivé signály intermodulácie tretej rádovej začnú ovplyvňovať prijímacie pásma. Najlepšie napájacie systémy riešia tento problém tromi hlavnými prístupmi. Po prvé, používajú vodiče z bezkyslíkového medi, ktoré znižujú problémy s nelineárnymi prúdmi. Po druhé, používajú kompresné konektory namiesto spájkovaných, pretože malé medzery medzi spájkovanými spojmi môžu výrazne zhoršiť výkon PIM, čo vo väčšine prípadov predstavuje zlepšenie o približne 30 dBc. A nakoniec, správna kontrola krútiaceho momentu pri montáži v rozmedzí plus alebo mínus 10 % od špecifikovanej hodnoty pomáha zabrániť deformáciam spôsobeným mechanickým namáhaním v miestach pripojenia. Pri pohľade na špecifikácie 3GPP TR 38.811 pre RF komponenty musia inžinieri tiež venovať pozornosť veciam ako špirálové drážkovanie a rovnomerné dielektrické materiály. Tieto faktory robia veľký rozdiel pri udržiavaní dobrých charakteristík PIM aj v prípade kolísania teplôt alebo súčasnej aktivity viacerých frekvenčných pásiem.

Reálne režimy zlyhania PIM: Korózia, odchýlka krútiaceho momentu a deformácia spôsobená mikroprierezom

Pozorovania z terénnych testov odhalili tri hlavné príčiny výpadkov PIM v aktívnych systémoch napájania pri rôznych nasadeniach. Najväčší problém predstavuje atmosférická korózia, najmä keď chloridy spôsobujú oxidáciu na spojovacích miestach. Toto vytvára nelineárne spoje, ktoré môžu zvýšiť úroveň signálneho skreslenia až o 15 dBc v oblastiach blízko pobreží alebo priemyselných zón. Ďalším bežným problémom je nesprávny krútiaci moment pri inštalácii, čo vedie k nekonzistentnému prechodovému odporu. V takom prípade sa vyskytuje RF unikanie a znížená dátová priepustnosť, čo často korešponduje so zvláštnymi metrikami výkonu siete. Možno najzložitejší problém zahŕňa drobné medzery (menšie ako 0,1 mm) medzi vodičmi a izolačnými materiálmi alebo medzi kontaktmi konektorov a ich zásuvkami. Tieto malé priestory pôsobia ako nežiaduce diódy, keď sú vystavené silným RF signálom, čím vzniká rozsiahle interferenčné modulačné rušenie. Údaje z najnovšej štúdie spoločnosti Ericsson o spoľahlivosti v teréne ukazujú, že tieto tri problémy spoločne zodpovedajú za viac ako 20 % straty kapacity súvisiacej s PIM v mestských mobilných vežiach. Na boj proti týmto problémom prevádzkovatelia zvyčajne používajú dusíkové pretlakovanie vonkajších konektorov, laserové texturovanie dotýkajúcich sa povrchov pre lepší kontakt a automatické meranie krútiaceho momentu počas počiatočných inštalačných postupov.

Alternatívy káblov pre optické vlákno pre vysokohustotné a budúcnosťou odolné inštalácie

Ohýbaním odolné káble s optickým vláknom pre interné mikro základnové stanice a kompaktné mestské lokality

Interné mikro základnové stanice, systémy DAS a tie kompaktné mestské malé bunky čelia všetky problémom, pokiaľ ide o obmedzený priestor a výkon signálu. Tu prichádzajú do úvahy napájacie káble s ohýbaním odolným optickým vláknom (BIF), ktoré riešia mnohé z týchto problémov, s ktorými sa trápia tradičné koaxiálne riešenia. Táto technológia BIF skutočne zníži minimálny polomer ohybu na približne 5 mm, čo je o približne 70 % lepšie ako pri bežnom jednovidlovom vlákne. To predstavuje veľký rozdiel pri inštalácii zariadení v tesných priestoroch, ako sú výťahové šachty, pri vedení káblov za stenami alebo pri prechádzaní cez preplnené kancelárske priestory plné nábytku. A najlepšie na tom je, že strata signálu počas tohto manévrovania zostáva ďaleko pod kritickou hranicou 0,1 dB.

Hlavné výhody zahrnujú:

• Optimalizácia priestoru : Jadrové prvky BIF s rozmerom 250 µm umožňujú o 40 % menšie priemery káblov v porovnaní so štandardnými konštrukciami – kľúčové pre modernizáciu starších budov
• Spoľahlivosť : Udržiava útlm <0,5 dB/km po viac ako 100 cykloch tesného ohýbania, podľa skúšobných protokolov ITU-T G.657.A1
• Splnenie bezpečnostných predpisov : Plášť s nízkym vývinom dymu a bez halogénov (LSZH) spĺňa požiadavky na bezpečnosť pri požiari podľa noriem IEC 61034 a UL 1666 pre vnútorné použitie

Káble BIF feeder fungujú s multiplexovaním vlnových dĺžok (WDM) až do 1625 nm, čo znamená, že sa dokonale hodia pre budúce systémy fronthaulu 5G-Advanced a dokonca aj 6G. Káble sú vyrobené tak, aby odolávali tlakovým silám ďaleko nad 400 N/cm podľa štandardu IEC 60794-1-2 E3 – testy ukazujú, že výborne fungujú v rušných mestských oblastiach s intenzívnym pohybom chodcov. Tieto káble nerobia malé trhliny pri ohýbaní, ktoré často spôsobujú problémy, takže technici musia vyrábať opravy približne o 35 % menej často ako pri iných riešeniach. Navyše sa jednoducho a bez väčších problémov pripájajú ku zmiešaným inštaláciám medi a optického vlákna, ktoré už mnoho firiem a miest má nainštalované.

Často kladené otázky

Aké sú hlavné výhody používania koaxiálnych káblov 7/8" a 1-1/4" vo vysielacích sieťach 4G/5G?

Hlavné výhody zahŕňajú zníženie strát signálu o 40 % alebo viac, vynikajúce odstínenie elektromagnetického rušenia a schopnosť odvádzať teplo vyvinuté pri nepretržitom prenose nad 100 wattov.

Ako sa líšia dielektriká z plného medi a penového PE z hľadiska výkonu?

Dielektriká z plného medi poskytujú vynikajúcu útlmivosť signálu, ale môžu mať vyššie úrovne PIM pri mechanickom zaťažení. Penové PE dielektriká ponúkajú nižšie PIM, ale môžu mať problémy s teplotou a vlhkosťou.

Čo spôsobuje poruchy PIM vo feďerných systémoch?

Poruchy PIM sú často spôsobené atmosférickou koróziou, nesprávnym krútiacim momentom pri inštalácii a skresleniami spôsobenými mikropriestormi. To vedie k zvýšenému skresleniu signálu a zníženej kapacite siete.

Prečo by niekto mohol zvoliť ohybovo necitlivé optické káble namiesto tradičných koaxiálnych káblov?

Ohybovo necitlivé optické káble ponúkajú zlepšenú flexibilitu pre tesné priestory, udržiavajú nízke straty signálu a vyhovujú normám požiarnej bezpečnosti, čo ich robí veľmi vhodnými pre vnútorné inštalácie.