บล็อก

เหตุใดสายโคแอกเชียลไดอิเล็กทริกแบบอากาศจึงเป็นทางเลือกที่เหมาะสมที่สุดสำหรับสถานีฐาน 5G และ mmWave

หลักฟิสิกส์ของการสูญเสียน้อย: อากาศไดอิเล็กทริกช่วยลดการสูญเสียสัญญาณได้อย่างไรเมื่อความถี่สูงกว่า 2.5 กิกะเฮิรตซ์

สายส่งสัญญาณโคแอกเชียลแบบไดอิเล็กทริกอากาศใช้ประโยชน์จากค่าคงที่ของไดอิเล็กทริกที่ต่ำมากของอากาศ (ประมาณ 1) ซึ่งเป็นค่าต่ำที่สุดเมื่อเทียบกับฉนวนชนิดอื่นๆ ที่ใช้งานได้จริง ทำให้มีประสิทธิภาพสูงในการลดการสูญเสียสัญญาณที่ความถี่สูงกว่า 2.5 กิกะเฮิรตซ์ เมื่อเทียบกับทางเลือกแบบดั้งเดิม เช่น ไดอิเล็กทริกโฟมหรือพอลิเอทิลีนแข็ง อากาศไม่ก่อให้เกิดโพลาไรเซชันโมเลกุลมากนัก จึงดูดซับพลังงานได้น้อยกว่ามาก ที่ความถี่ประมาณ 6 กิกะเฮิรตซ์ สิ่งนี้สามารถลดการลดทอนสัญญาณได้เกือบ 40% เมื่อทำงานในช่วงคลื่นมิลลิเมตรที่สูงขึ้น คุณสมบัตินี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง เพราะการสูญเสียสัญญาณจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วตามความถี่ที่สูงขึ้น การทดสอบในสภาพแวดล้อมจริงแสดงให้เห็นว่า สายส่งสัญญาณแบบไดอิเล็กทริกอากาศยังคงรักษาระดับคุณภาพสัญญาณไว้ได้ประมาณ 92% แม้หลังจากส่งผ่านระยะทาง 100 เมตรที่ความถี่ 28 กิกะเฮิรตซ์ ซึ่งดีกว่าสายเคเบิลแกนโฟมทั่วไปมาก ซึ่งโดยทั่วไปมักมีประสิทธิภาพต่ำกว่า 70% การรักษาระดับสัญญาณให้สะอาดเช่นนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อเทคนิคการมอดูเลตขั้นสูงที่ใช้ในเครือข่ายสมัยใหม่ และมีความจำเป็นอย่างยิ่งในการควบคุมความหน่วงเวลาให้ต่ำในระบบ 5G แบ็คโฮล

ความเสถียรทางความร้อนและการจัดการพลังงานสูงสำหรับสถานีฐาน 5G ในเขตเมืองที่มีความหนาแน่นสูง

ในพื้นที่เขตเมือง สถานีฐาน 5G โดยทั่วไปทำงานด้วยกำลังส่งมากกว่า 200 วัตต์ ซึ่งหมายความว่าจำเป็นต้องมีโซลูชันการจัดการความร้อนที่มีประสิทธิภาพเป็นพิเศษ สายส่งอากาศแบบไดอิเล็กทริก (Air dielectric coaxial cables) กำลังได้รับความนิยมเนื่องจากแกนกลวงของมันช่วยให้ความร้อนระบายออกได้เร็วกว่าการออกแบบแบบเติมสารแข็งแบบดั้งเดิมประมาณสามเท่า สำหรับตัวเลือกสายส่งแบบแข็ง ค่าการสูญเสียการแทรกซึม (insertion loss drift) จะยังคงต่ำกว่า 0.05 dB ตลอดช่วงอุณหภูมิอุตสาหกรรมทั้งหมด ตั้งแต่ลบ 40 องศาเซลเซียส จนถึงบวก 85 องศาเซลเซียส สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างมากสำหรับอุปกรณ์ที่ติดตั้งบนหลังคาอาคาร ซึ่งแสงแดดโดยตรงอาจก่อให้เกิดปัญหาความร้อนสะสมอย่างรุนแรง สำหรับสายส่งแบบกึ่งยืดหยุ่น (semi-flexible cables) พวกมันสามารถรักษาความต้านทานเชิงลักษณะ (impedance) ให้มีเสถียรภาพ โดยมีอัตราส่วน VSWR ต่ำกว่า 1.15:1 แม้จะถูกดัดโค้งแน่นรอบมุมต่างๆ สิ่งนี้ช่วยป้องกันปัญหา PIM ที่น่ารำคาญ ซึ่งมักเกิดขึ้นเมื่อนำแผงเสาอากาศขนาดกะทัดรัดมาผสานรวมกัน คุณสมบัติทั้งหมดเหล่านี้ร่วมกันทำให้มั่นใจได้ว่าเครือข่ายจะทำงานออนไลน์ได้อย่างต่อเนื่องและเชื่อถือได้ และพูดตามตรง ผู้ให้บริการไม่สามารถยอมรับการหยุดให้บริการได้ เพราะจากการวิจัยของ Ponemon Institute เมื่อปีที่แล้ว ความเสียหายจากช่วงเวลาที่ระบบหยุดทำงานมีค่าใช้จ่ายสูงถึงประมาณ 740,000 ดอลลาร์สหรัฐในทุกๆ หนึ่งชั่วโมง

ประเภทสายส่งอากาศไดอิเล็กทริกแบบโคแอคเชียลที่ได้รับการตรวจสอบแล้วว่าดีที่สุดสำหรับการติดตั้งสถานีฐาน

สายอากาศไดอิเล็กทริกแบบแข็ง: สมรรถนะแม่นยำที่ 3.5 กิกะเฮิรตซ์และสูงกว่า

สายสัญญาณโคแอกเซียลแบบไดอิเล็กทริกอากาศแข็ง มีคุณสมบัติสูญเสียสัญญาณต่ำมากสำหรับการใช้งานเป็นสายป้อนถาวรที่ทำงานที่ความถี่สูงกว่า 2.5 กิกะเฮิรตซ์ สิ่งที่ทำให้สายเหล่านี้พิเศษคือการออกแบบตัวนำด้านนอกแบบไร้รอยต่อ ซึ่งช่วยรักษาเรขาคณิตของช่องว่างอากาศให้คงที่ตลอดทั้งสาย ความสม่ำเสมอนี้ช่วยลดการสูญเสียสัญญาณลงประมาณ 30% เมื่อเทียบกับสายแกนโฟมที่คล้ายกัน เมื่อใช้งานที่ความถี่คลื่นมิลลิเมตร สำหรับผู้ที่จัดการกับสัญญาณที่ 3.5 กิกะเฮิรตซ์ขึ้นไป ความแม่นยำระดับนี้หมายถึงความสมบูรณ์ของสัญญาณที่ดีขึ้นโดยรวม นั่นคือเหตุผลที่บริษัทโทรคมนาคมหลายแห่งให้ความชอบสายเหล่านี้สำหรับสายป้อนเสาอากาศสถานีฐานขนาดใหญ่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากการสูญเสียเส้นทางอาจเป็นปัจจัยจำกัดที่สำคัญ เพื่อรักษาระบบให้ทำงานได้อย่างราบรื่น ผู้ผลิตส่วนใหญ่เริ่มติดตั้งระบบอัดแรงดันเพื่อรักษาอากาศแห้งภายในสายไว้ที่ประมาณ 3 ถึง 5 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว ระบบนี้ช่วยป้องกันไม่ให้ความชื้นเข้ามา และช่วยควบคุมอัตราส่วนคลื่นนิ่งของแรงดันไว้ได้แม้ในสภาวะอากาศเลวร้าย อย่างไรก็ตาม การติดตั้งมีความท้าทายของมันเอง เจ้าหน้าที่เทคนิคจำเป็นต้องปฏิบัติตามแนวทางเกี่ยวกับรัศมีการโค้งอย่างเคร่งครัดระหว่างการติดตั้ง แต่ถึงกระนั้น สายโคแอกเซียลแบบไดอิเล็กทริกอากาศแข็งก็ยังโดดเด่นด้วยอายุการใช้งานยาวนานและความมั่นคงของเฟสที่ยอดเยี่ยม ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการติดตั้งถาวรบนหอคอยที่ความน่าเชื่อถือมีความสำคัญที่สุด

ตัวแปรไดอิเล็กทริกอากาศกึ่งยืดหยุ่น: การถ่วงดุลความสะดวกในการติดตั้งและประสิทธิภาพที่ 24–28 กิกะเฮิรตซ์

สายอากาศแบบไดอิเล็กทริกที่กึ่งยืดหยุ่นนั้นมีคุณสมบัติอยู่ระหว่างประสิทธิภาพสูงและการติดตั้งที่ง่าย โดยเฉพาะมีประโยชน์ในเมืองที่มีความหนาแน่นสูงและภายในอาคาร ซึ่งจำเป็นต้องติดตั้งเซลล์ขนาดเล็ก ตัวนำด้านนอกที่ทำจากทองแดงลอนช่วยให้สายเหล่านี้โค้งได้แน่นถึงแปดเท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางตนเอง ทำให้สามารถติดตั้งเพิ่มเติมได้แม้บนหลังคาที่พลุกพล่าน และช่วยให้การติดตั้งในพื้นที่เครื่องจักรที่แคบมีความเรียบร้อย การทดสอบแสดงให้เห็นว่ามีการสูญเสียสัญญาณประมาณ 0.6 ดีบี ทุกๆ 30 เมตร ที่ความถี่สูงถึง 28 กิกะเฮิรตซ์ ทำให้ความเร็วในการส่งข้อมูลยังคงแรงและไม่ลดลง สายเหล่านี้ยังมีตัวแยกวัสดุไดอิเล็กทริกที่ขึ้นรูปอย่างแม่นยำ เพื่อป้องกันไม่ให้ตัวนำตรงกลางเคลื่อนตัวเมื่อมีการสั่นสะเทือนหรือการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ช่วยรักษาคุณภาพของสัญญาณให้มีความเสถียรตลอดเวลา แม้ว่าจะมีการสูญเสียสัญญาณมากกว่ารุ่นแข็งเล็กน้อย แต่สายกึ่งยืดหยุ่นยังคงให้สมดุลที่ดีที่สุดระหว่างประสิทธิภาพความถี่วิทยุ ความยืดหยุ่นทางกายภาพ และความรวดเร็วที่ช่างเทคนิคสามารถติดตั้งได้ในสถานการณ์ส่วนใหญ่ในช่วง 24 ถึง 28 กิกะเฮิรตซ์

ประสิทธิภาพการใช้งานจริง: สายส่งอากาศไดอิเล็กทริกแบบโคแอกเชียล เทียบกับโฟม PE ในสถานการณ์สถานีฐาน

การตรวจสอบภาคสนามแถบ CBRS: การสูญเสียเส้นทางต่ำกว่า 22% ที่ระยะ 120 เมตร ในช่วงความถี่ 3.7–3.98 กิกะเฮิรตซ์

การทดสอบภาคสนามกับคลื่นความถี่ CBRS ได้แสดงให้เห็นว่า สายส่งสัญญาณโคแอ็กเชียลที่ใช้อากาศเป็นตัวนำไฟฟ้าสามารถทำงานได้ดีกว่าสายที่ผลิตจากโฟมพอลิเอทิลีนอย่างชัดเจน เมื่อพิจารณาสายส่งสัญญาณยาวประมาณ 120 เมตร ซึ่งทำงานในช่วงความถี่ระหว่าง 3.7 ถึง 3.98 กิกะเฮิรตซ์ ผู้ให้บริการเครือข่ายจะพบว่าการสูญเสียสัญญาณลดลงประมาณ 22% โดยเกิดจากคุณสมบัติของอากาศในฐานะฉนวนไฟฟ้าที่เกือบสมบูรณ์แบบ (ค่าอิปซิลอน r ใกล้เคียงกับ 1.0) เมื่อเทียบกับแรงเสียดทานตามธรรมชาติและปัญหาการลดทอนสัญญาณที่เกิดจากวัสดุชนิดโฟม สัญญาณที่มีคุณภาพดีขึ้นทำให้หอคอยสามารถกระจายสัญญาณได้แรงขึ้นโดยรวม ในพื้นที่เมืองที่มีปริมาณการใช้งานโทรศัพท์เคลื่อนที่หนาแน่น ส่งผลให้ปริมาณข้อมูลที่ส่งผ่านต่อสถานีฐานเพิ่มขึ้นได้ตั้งแต่ 15% ถึง 30% นอกจากนี้ พื้นที่ครอบคลุมสัญญาณยังขยายตัวออกไปตามธรรมชาติ โดยไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์เสริมอย่างตัวขยายสัญญาณ เพื่อบริษัทโทรคมนาคม ข้อได้เปรียบทั้งหมดเหล่านี้หมายถึงการที่พวกเขาสามารถติดตั้งโครงสร้างพื้นฐานใหม่ได้เร็วขึ้น อุปกรณ์ขยายสัญญาณทำงานได้มีประสิทธิภาพมากขึ้นและมีอายุการใช้งานยืนยาวขึ้น รวมถึงต้นทุนโดยรวมที่ลดลงอย่างมีนัยสำคัญ ประโยชน์ทางการเงินก็ชัดเจนเช่นกัน โดยผลตอบแทนจากการลงทุนจะมาถึงเร็วกว่าที่คาดไว้ 3 ถึง 5 ปี เนื่องจากไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนอุปกรณ์ฮาร์ดแวร์เร็ว และสามารถปฏิบัติตามข้อตกลงระดับการให้บริการ (SLA) ได้ดีขึ้น

แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับการติดตั้งและสิ่งแวดล้อมที่สำคัญสำหรับสายอากาศแบบโคแอคเชียลชนิดฉนวนอากาศ

การป้องกันการซึมเข้าของความชื้น การทำแรงดัน และความน่าเชื่อถือในการใช้งานกลางแจ้งระยะยาว

การรักษาระดับคุณภาพสัญญาณให้คงที่ในสายอากาศแบบโคแอ็กเชียล (air dielectric coax cables) ขึ้นอยู่กับช่องว่างภายในที่ต้องแห้งและมีเสถียรภาพซึ่งเป็นที่ตั้งของวัสดุไดอิเล็กทริก สำหรับการติดตั้งกลางแจ้งและสายเคเบิลที่มีความยาวมาก จำเป็นต้องใช้แรงดันอากาศแห้งต่อเนื่องระหว่าง 3 ถึง 5 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว เพื่อป้องกันปัญหาการควบแน่น แม้เพียงความชื้นเล็กน้อยก็อาจทำให้เกิดปัญหาการสูญเสียสัญญาณอย่างรุนแรงได้ สูญเสียได้ถึง 15 ถึง 20 เดซิเบล ในระยะเพียง 100 เมตร เมื่อทำงานกับสัญญาณ mmWave ที่มีความถี่สูง ขณะปิดผนึกขั้อต่อ ช่างเทคนิคมักจะใช้การป้องกันสองชั้น โดยเริ่มจากการพันด้วยเทปซิลิโคนแบบหลอมตัวเอง (self-fusing tape) จากนั้นจึงหุ้มด้วยปลอกหดความร้อนที่ทนต่อรังสี UV และมีชั้นกาวบุด้านใน สำหรับสายเคเบิลแบบแข็งที่เดินผ่านผนังหรือข้ามอาคาร การติดตั้งที่ถูกต้องรวมถึงการสร้างลูปหยด (drip loops) และติดตั้งวาล์วระบายอากาศโดยหันลงด้านล่าง เพื่อให้หยดน้ำทั้งหมดไหลออกก่อนจะเข้าถึงบริเวณที่มีแรงดันภายใน สำหรับช่วงแนวนอนที่ยาวกว่า 30 เมตร ควรติดตั้งข้อต่อขยาย (expansion joints) ทุกๆ ประมาณ 15 ถึง 20 เมตร ซึ่งจะช่วยจัดการกับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิโดยไม่ทำลายการปิดผนึก จากรายงานภาคสนามจริงในพื้นที่ใกล้ชายฝั่งที่มีความชื้นสูงอยู่เสมอ เราพบว่าระบบที่มีการปั๊มแรงดันอากาศที่ดีสามารถใช้งานได้นานขึ้นอีกประมาณ 8 ถึง 10 ปี เมื่อเทียบกับระบบที่ไม่มีการป้องกันนี้ ดังนั้น แม้บางคนอาจมองว่าการปั๊มแรงดันเป็นเพียงคุณสมบัติเสริม แต่ช่างติดตั้งที่มีประสบการณ์รู้ดีว่าสิ่งนี้จำเป็นอย่างยิ่งต่อความน่าเชื่อถือในการทำงานของระบบเหล่านี้ในระยะยาว

ส่วน FAQ

• ข้อดีหลักของการใช้สายอากาศแบบไส้กลางเป็นอากาศสำหรับเครือข่าย 5G คืออะไร
  สายอากาศแบบไส้กลางเป็นอากาศมีการสูญเสียสัญญาณต่ำกว่าและจัดการความร้อนได้ดีกว่า ทำให้เหมาะกับการใช้งานที่ความถี่สูง เช่น 5G
• สายอากาศแบบไส้กลางเป็นอากาศจัดการอุณหภูมิได้ดีกว่าสายประเภทอื่นอย่างไร
  แกนกลวงของสายอากาศแบบไส้กลางเป็นอากาศช่วยให้ความร้อนระบายออกได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ซึ่งมีความสำคัญต่อการจัดการระดับพลังงานสูงที่ใช้ในสถานีฐาน 5G ในเขตเมือง
• มีความท้าทายในการติดตั้งอย่างไรเกี่ยวกับสายอากาศแบบไส้กลางเป็นอากาศ
  การติดตั้งต้องปฏิบัติตามแนวทางเรื่องรัศมีการโค้งอย่างเข้มงวด และต้องใช้ระบบแรงดันเพื่อป้องกันการซึมผ่านของความชื้น
• ทำไมจึงเลือกใช้สายอากาศแบบไส้กลางเป็นอากาศแทนสายโฟมพอลิเอทิลีน
  สายอากาศแบบไส้กลางเป็นอากาศให้คุณภาพสัญญาณที่ดีกว่าและสูญเสียเส้นทางต่ำกว่า ซึ่งช่วยเพิ่มอัตราการส่งข้อมูลและความครอบคลุมโดยไม่ต้องเพิ่มโครงสร้างพื้นฐาน