Blog

Prečo je koaxiálny kábel so vzduchovým dielektrikom optimálnou voľbou pre základňové stanice 5G a mmWave

Fyzika nízkeho útlmu: Ako vzduchové dielektrikum minimalizuje útlm nad 2,5 GHz

Koaxiálne káble s vzduchovým dielektrikom využívajú nesmierne nízku dielektrickú konštantu vzduchu (približne 1), ktorá je najnižšia medzi všetkými praktickými izolantmi, čo ich robí vynikajúcimi pri znížení strát signálu pri frekvenciách vyšších ako 2,5 GHz. V porovnaní s tradičnými možnosťami, ako sú pene alebo tuhé polyetylénové dielektriká, vzduch nevyvoláva veľa molekulárnej polarizácie, a preto pohlcuje oveľa menej energie. Približne pri 6 GHz sa tým môže znížiť útlm signálu takmer o 40 %. Keď sa dostaneme do vyšších pásiem milimetrových vĺn, tento jav nadobúda obrovský význam, pretože straty signálu sa s rastúcou frekvenciou zhoršujú omnoho rýchlejšie. Reálne testy ukazujú, že tieto káble so vzduchovým dielektrikom udržujú približne 92 % kvality signálu aj po prejdení 100 metrov pri 28 GHz. To je oveľa lepšie ako výkon väčšiny káblov s penovým jadrom, ktoré zvyčajne klesajú pod úroveň 70 %. Udržiavanie takto čistého signálu je rozhodujúce pre pokročilé modulačné techniky používané v moderných sieťach a obzvlášť dôležité pre udržiavanie nízkej latencie v systémoch 5G backhaul.

Teplotná stabilita a vysoká úroveň spracovania výkonu pre husté mestské 5G základne stanice

V mestských oblastiach zvyčajne pracujú 5G základnové stanice s vysielačmi o výkone vyššom ako 200 wattov, čo znamená, že skutočne potrebujú kvalitné riešenia tepelného manažmentu. Vzduchové dielektrické koaxiálne káble sa stávajú populárne, pretože ich duté jadro umožňuje odvod tepla približne trikrát rýchlejšie v porovnaní s tradičnými konštrukciami so solidným plnením. U tuhých káblov pozorujeme, že drift vložného útlmu zostáva po celom priemyselnom teplotnom rozsahu od mínus 40 stupňov Celzia až po plus 85 stupňov Celzia pod hodnotou 0,05 dB. To je veľmi dôležité pre zariadenia inštalované na strechách budov, kde priamy slnečný žiar môže spôsobiť vážne problémy s prehrievaním. Čo sa týka polohybkých káblov, udržiavajú stabilnú impedanciu s pomerom stojatej vlny (VSWR) pod 1,15:1, aj keď sú silne ohnuté v rohoch. To pomáha zabrániť vzniku nepríjemných problémov s PIM, ktoré sa objavujú pri integrácii kompaktných anténnych polí. Všetky tieto vlastnosti spoločne zabezpečujú spoľahlivý prevádzkový chod siete. A priznajme si, operátori si nemôžu dovoliť výpadok služby, pretože každá hodina výpadku im podľa výskumu inštitútu Ponemon z minulého roku stojí približne 740 000 dolárov.

Najlepšie overené typy koaxiálnych káblov s vzduchovou dielektrikou pre nasadenie základných staníc

Tuhejšie vedenia so vzduchovou dielektrikou: Presný výkon pri 3,5 GHz a vyššom

Tuhe koaxiálne káble s vzduchovým dielektrikom zabezpečujú extrémne nízke útlmy signálu pre pevné napájacie vedenia pracujúce na frekvenciách vyšších ako 2,5 GHz. To, čo tieto káble robí špeciálnymi, je ich bezšvový vonkajší vodič, ktorý udržiava konštantnú geometriu vzduchového medzera po celom jeho dĺžke. Táto konzistencia zníži stratu signálu približne o 30 % v porovnaní s podobnými káblami s penovým jadrom pri použití na milimetrových vlnách. Pre každého, kto pracuje so signálmi na 3,5 GHz a vyšších frekvenciách, táto úroveň presnosti znamená celkovo lepšiu integritu signálu. Preto mnohé telekomunikačné spoločnosti uprednostňujú tieto káble pre napájanie antén makro základňových staníc, najmä keď straty na dráhe môžu byť tak obmedzujúcim faktorom. Na to, aby všetko bezproblémovo fungovalo, väčšina výrobcov začala implementovať systémy pretlakovania, ktoré udržiavajú suchý vzduch vo vnútri kábla na tlaku približne 3 až 5 libier na štvorcový palec. Tieto systémy bránia vnikaniu vlhkosti a pomáhajú udržiavať pomer stojatej vlny napätia pod kontrolou aj za nepriaznivých poveternostných podmienok. Inštalácia však prináša určité výzvy. Technici musia počas montáže prísne dodržiavať odporúčané minimálne polomery ohýbania. Napriek týmto požiadavkám sa tuhé káble so vzduchovým dielektrikom vyznačujú dlhou životnosťou a vynikajúcou fázovou stabilitou, čo ich robí ideálnymi pre trvalé inštalácie na vežiach, kde spoľahlivosť má najvyššiu prioritu.

Poloskložité varianty vzduchového dielektrika: Vyváženie praktičnosti inštalácie a účinnosti 24–28 GHz

Káble s vzduchovým dielektrikom, ktoré sú polohybné, sa nachádzajú niekde medzi najvyšším výkonom a jednoduchou inštaláciou, čo je obzvlášť užitočné v rušných mestách a vo vnútorných priestoroch budov, kde je potrebné inštalovať malé bunky. Vonkajší vodič vyrobený z rýhovaného medi umožňuje týmto káblom ohýbať sa tak tesne ako osemnásobok ich vlastného priemeru, čo umožňuje ľahkú rekonštrukciu aj na rušných strechách a umožňuje usporiadanie inštalácií v tesných strojových priestoroch. Testy ukázali stratu približne 0,6 dB každých 30 metrov pri frekvenciách dosahujúcich 28 GHz, takže rýchlosť prenosu dát zostáva silná bez kompromisov. Tieto káble majú tiež presne vymodelované rozperky pre dielektrický materiál, ktoré bránia posunu stredového vodiča pri vibráciách alebo zmenách teploty a tým dlhodobo zabezpečujú stabilitu kvality signálu. Hoci vykazujú mierne vyššiu stratu signálu v porovnaní s tuhými verziami, polohybné káble ponúkajú najlepší kompromis medzi výkonom rádiofrekvenčného prenosu, fyzickou pružnosťou a rýchlosťou, s akou ich môžu technici nainštalovať v väčšine situácií v rozsahu od 24 do 28 GHz.

Skutočný výkon: koaxiálny kábel s vzduchovým dielektrikom vs. penový PE v scenároch záklňovej stanice

Overenie pásma CBRS v teréne: o 22 % nižšie straty šírenia na 120 m pri 3,7 – 3,98 GHz

Pokusy s pásmi CBRS ukázali, že koaxiálne káble s vzduchovým dielektrikom výrazne prevyšujú tie vyrobené z penového polyetylénu. Pri pohľade na napájacie vedenia okolo 120 metrov dlhé, pracujúce v rozmedzí frekvencií od 3,7 do 3,98 GHz, síce sieťoví operátori konzistentne zaznamenali približne 22% pokles strát signálu. K tomu dochádza preto, lebo vzduch má takmer ideálne dielektrické vlastnosti (relatívnu permitivitu blízku 1,0) v porovnaní s prirodzeným trením a degradáciou signálu, ktoré sa vyskytujú v penových materiáloch. Lepšia kvalita signálu znamená, že veže môžu celkovo vysielať silnejší signál. V rušných mestských oblastiach, kde je objem bunkeovej prevádzky vysoký, to vedie k o 15 % až 30 % vyššiemu prenosu dát na základňovú stanicu. Navyše sa pokrytie samovoľne rozširuje bez potreby dodatočného zariadenia, ako sú opakovače. Pre telekomunikačné spoločnosti znamenajú všetky tieto výhody rýchlejšie nasadenie novej infraštruktúry, účinnejšiu a zároveň dlhodobejšiu prevádzku vysielačov a výrazné zníženie celkových nákladov. Finančné výhody sú rovnako jasné – návratnosť investícií nastáva o 3 až 5 rokov skôr, než sa očakávalo, a to vďaka oneskorenej potrebe výmeny hardvéru a lepšiemu dodržiavaniu dohôd o úrovni poskytovania služieb (SLA).

Kritické postupy inštalácie a environmentálne najlepšie postupy pre koaxiálne káble s vzduchovou dielektrikou

Zamedzenie vnikaniu vlhkosti, pretlak a spoľahlivosť pri vonkajších dlhých tratiach

Zachovanie kvality signálu v koaxiálnych kábloch so vzduchovou dielektrikou závisí od suchého a stabilného priestoru vo vnútri, kde sa nachádza dielektrický materiál. Pri vonkajších inštaláciách a dlhších káblových tratiach je potrebný nepretržitý tlak suchého vzduchu medzi 3 a 5 librami na štvorcový palec, aby sa zabránilo problémom s kondenzáciou. Už malé množstvo vlhkosti môže spôsobiť vážne straty signálu, až 15 až 20 decibelov na 100 metrov pri práci s vysokofrekvenčnými mmWave signálmi. Pri tesnení konektorov technici bežne aplikujú dve ochranné vrstvy: najprv omotajú silikónovou samospájkovacou páskou a potom ju prekryjú tepelne smrštiteľnými rúrkami, ktoré sú UV odolné a majú lepiacu vložku. Pre tuhé káble vedené cez steny alebo cez budovy zahŕňa správna inštalácia vytvorenie kvapkovej slučky a inštaláciu ventilačných ventilov otočených nadol, aby kvapky vody spadli skôr, než dosiahnu presne tlačenú oblasť vo vnútri. Na dlhších horizontálnych úsekoch nad 30 metrov je rozumnou praxou umiestniť expanzné spoje približne každých 15 až 20 metrov. To pomáha riadiť teplotné zmeny bez poškodenia tesnenia. Pri pohľade na skutočné prevádzkové správy z miest v blízkosti pobreží, kde je vlhkosť stále vysoká, vidíme, že systémy s dobrým pretlakom vydržia približne o 8 až 10 rokov dlhšie v porovnaní so systémami bez tejto ochrany. Hoci niektorí môžu považovať pretlak len za pridanú funkciu, skúsení inštalatéri vedia, že je v skutočnosti nevyhnutný pre spoľahlivý dlhodobý chod týchto systémov.

Číslo FAQ

• Aký je hlavný výhoda používania koaxiálnych káblov s vzduchovou dielektrikou pre 5G?
  Koaxiálne káble so vzduchovou dielektrikou ponúkajú nižšie útlmy signálu a lepšiu tepelnú správu, čo ich robí ideálnymi pre vysokofrekvenčné aplikácie ako je 5G.
• Ako koaxiálne káble so vzduchovou dielektrikou lepšie riadia teplotu v porovnaní s inými typmi?
  Duté jadro koaxiálnych káblov so vzduchovou dielektrikou umožňuje efektívnejší odvod tepla, čo je kľúčové pri riadení vysokých úrovní výkonu používaných v mestských základnových stanicách 5G.
• Aké sú výzvy pri inštalácii koaxiálnych káblov so vzduchovou dielektrikou?
  Inštalácia vyžaduje dodržiavanie prísnych pokynov týkajúcich sa ohybového polomeru a použitie systémov na pretlakovanie, aby sa zabránilo vnikaniu vlhkosti.
• Prečo sú koaxiálne káble so vzduchovou dielektrikou uprednostňované pred káblami s penovým polyetylénom?
  Koaxiálne káble so vzduchovou dielektrikou ponúkajú lepšiu kvalitu signálu a nižšie straty na dráhe, čo zvyšuje priepustnosť dát a pokrytie bez potreby dodatočnej infraštruktúry.