Чому РЧ коаксіальні кабелі підходять для передачі сигналу в базових станціях?

Відповідність вимогам передачі сигналу в базових станціях за допомогою радіочастотних коаксіальних кабелів

Розуміння вимог до передачі сигналу в базових станціях

Базові станції потребують кабелів, які забезпечують цілісність сигналу в діапазоні частот до 6 ГГц та стійкість до зовнішніх впливів, таких як перепади температур і волога. Ці системи вимагають значення коефіцієнта відбиття менше 20 дБ та стабільного імпедансу 50 Ом, щоб запобігти відбиттю сигналу, що є важливим для надійної передачі голосу та даних у стільникових мережах.

Як радіочастотні коаксіальні кабелі відповідають вимогам телекомунікаційної інфраструктури

Багаторівнева конструкція коаксіальних кабелів RF поєднує прецизійні провідники з передовими діелектричними матеріалами, забезпечуючи баланс між гнучкістю та ефективністю екранування. На відміну від жорстких хвилеводів, коаксіальні варіанти адаптуються до різких вигинів під час установки на щоглах і забезпечують загасання <0,3 дБ/м на частоті 3,5 ГГц, відповідаючи ключовим показникам продуктивності для розгортання 5G NR.

Феномен: Зростаюча залежність від надійного радіочастотного зв'язку в мережах 5G

Оператори повідомили про скорочення кількості виїздів на об'єкти на 38 % під час використання подвійно екранованих коаксіальних кабелів RF у міліметрових хвилях у малих сотах під час польових випробувань 2023 року. Це покращення надійності зумовлено інноваціями, такими як діелектрики з пінополіетиленом, які допомагають мінімізувати стрибки затримки під час пікових навантажень.

Порівняльний аналіз: коаксіальний кабель проти хвилеводу проти оптоволокна у лінках базових станцій останньої милі

Мінімізація втрат сигналу та загасання у високочастотних базових станціях

Фактори, що сприяють втраті сигналу в радіочастотних коаксіальних кабелях

Коаксіальні кабелі RF страждають від втрат сигналу переважно через три причини. По-перше, це діелектричне поглинання, при якому близько 0,8–1,5 відсотка енергії втрачається в типових пінних матеріалах PE. По-друге, опір провідника, який може фактично зменшити потужність сигналу до 25% у плетених мідних кабелях. І нарешті, погане екранування призводить також до втрат через випромінювання. Проте останній звіт Інституту телекомунікаційних стандартів виявив цікавий факт. Дослідження 2023 року показало, що сучасні високочастотні базові станції, що працюють у діапазоні від 3,5 до 28 ГГц, погіршують сигнали приблизно на 23% швидше порівняно зі старими системами нижче 6 ГГц, коли всі ці фактори поєднуються. Це має велике значення для операторів мереж, які прагнуть забезпечити якісне з'єднання на різних частотах.

Вплив діапазону частот і можливостей передачі сигналу на затухання

Стандартні коаксіальні кабелі RF втрачають потужність сигналу приблизно на 18% з кожним підвищенням частоти на 1 ГГц. Більшість поширених моделей втрачають понад 3 дБ після лише 100 футів при роботі на частоті 6 ГГц. На нижніх частотах ситуація значно краща: сигнали нижче 1 ГГц зазвичай втрачають менше ніж 0,5 дБ на тій самій відстані. Щоб зменшити ці втрати, інженери проектують кабелі зі стабільними характеристиками імпедансу. Високоякісні кабелі можуть зберігати номінал у 50 Ом із відхиленням ±1 Ом у діапазоні від постійного струму до 40 ГГц, що робить їх надійними в широкому спектрі застосувань, де важлива цілісність сигналу.

Принцип: Обернене співвідношення між довжиною кабелю та цілісністю сигналу

З кожним додатковим 50 футів кабелю рівень сигналу знижується приблизно на 0,75–1,2 дБ у мережах 4G та 5G. Це досить суттєво, якщо врахувати, що FCC встановила обмеження втрат менше 2 дБ для останніх підключень безпосередньо на стороні клієнта. Більшість фахівців на місцях рекомендують використовувати кабелі довжиною менше 150 футів при роботі з під-6 ГГц частотами. Вони також часто застосовують спеціальні методи узгодження імпедансу, які, як стверджується, зменшують неприємні втрати від відбиття приблизно на дві третини. На це вказувала Асоціація бездротової інфраструктури у своєму звіті 2022 року, тому це напевно те, чим професіонали активно цікавляться сьогодні.

Дослідження випадку: Маловтратні коаксіальні кабелі, що зменшують втрати в дБ у міських макроклітинних мережах

Одній великої міській телекомунікаційній компанії вдалося знизити втрати сигналу макростанції з приблизно 4,2 дБ до всього 1,8 дБ після заміни стандартних кабелів RG-8 на нові версії з пінопластику, заповненого азотом. Результати також були вражаючими. Швидкість завантаження зросла приблизно на 41% у перевантажених центральних районах, де всі борються за пропускну здатність. І крім того, кожна базова станція використовувала на 18 ватів менше на кожному місці розташування стільникового об’єкта. Це може здатися не таким уже й багато, доки ви не зрозумієте, що це дає економію приблизно 2100 доларів США на рік на кожній окремій вежі, яку вони експлуатують.

Тренд: Впровадження наднизьких втратних коаксіальних ВЧ-кабелів у високочастотних мережах

78% мобільних операторів тепер віддають перевагу кабелям з наднизькими втратами (<0,5 дБ/100 футів на 28 ГГц) для розгортання mmWave через вимоги до смуги пропускання каналу 5G NR. Звіт про мобільні мережі 2024 року показує зростання на 290% у річному порівнянні щодо використання провідників із срібляним покриттям, які підвищують високочастотну провідність на 27% порівняно зі стандартними конструкціями з міді.

Створено для надійності: структура коаксіального кабелю та інновації в матеріалах

Шарова архітектура ВЧ коаксіальних кабелів: провідник, діелектрик, екран, оболонка

Надійність коаксіальних кабелів RF забезпечується їхньою багатошаровою конструкцією, виконаною з точністю інженерного проектування. Усередині розташовані суцільні або багатодротові мідні провідники, які ефективно передають сигнали. Між ними знаходиться діелектричний ізоляційний матеріал, такий як ПТЕФ або іноді пінополіетилен, що запобігає перешкодам і забезпечує стабільну роботу. Далі йде екрануючий шар, зазвичай виконаний із оплетеної міді або алюмінієвої фольги, який блокує приблизно 90–95% електромагнітних перешкод. І нарешті, зовні всього цього розташована оболонка, як правило, зі світлостійкого ПВХ, що захищає від погодних умов та інших зовнішніх впливів. Експериментальні дослідження показали, що такі багатошарові конструкції виходять з ладу значно рідше, ніж простіші однoshарові варіанти — за даними польових досліджень, приблизно на 25% рідше.

Інновації в матеріалах, що підвищують довговічність і продуктивність

Нове покоління ВЧ коаксіальних кабелів стає все більш популярним завдяки серйозним інноваціям у галузі матеріалознавства, які дозволяють їм відповідати вимогам мереж 5G. Згідно з дослідженням, опублікованим Ponemon у 2023 році, високочисті мідні сплави зменшують втрати сигналу приблизно на 18% порівняно зі звичайними провідниками. Тим часом, сучасні діелектрики з пінопластику, наповнені азотом, змогли підвищити коефіцієнт швидкості цих кабелів до приблизно 0,85, що означає значне прискорення проходження сигналу. Зовнішній шар теж не залишився без уваги. Подвійні оболонки з іррадійованого поліетилену протистоять поганим погодним умовам приблизно на 40% краще, ніж старіші моделі, тому ці кабелі служать понад 15 років, навіть у складних умовах міст із різкими коливаннями температур. Усі ці покращення гармонійно узгоджуються з даними Звіту про матеріали для телекомунікацій 2024 року, в якому експерти підкреслили, що оновлення матеріалів — це не просто бажано, а абсолютно необхідно, якщо оператори хочуть забезпечити майже ідеальну доступність мережі 99,999%, на яку всі розраховують.

Узгодження імпедансу (50 Ом для РЧ-застосувань), що забезпечує мінімальне відбиття

Стандарт імпедансу 50 Ом допомагає зменшити ці неприємні відбиття сигналу, оскільки підтримує діелектричну сталу дуже стабільною — із варіацією близько 1,5%. Коли інженери помиляються на місці, ситуація швидко погіршується. Згідно з нашими тестами, невідповідність імпедансів може збільшити втрати на відбиття аж на 6 децибелів, що спричиняє проблеми приблизно в чотирьох із п’яти базових станцій, як показали дослідження New England Labs минулого року. Сучасні технології виробництва тепер підтримують вирівнювання провідників на відстані менше 0,1 міліметра один від одного. Це має велике значення, коли кабелі мають згинатися під прямим кутом, не втрачаючи своїх експлуатаційних характеристик. Результат? Набагато краща якість сигналу з приблизно на 32 відсотки меншим фазовим спотворенням на тих високих частотах mmWave у порівнянні з кабелями, виготовленими поза цими стандартами.

Стратегія: Вибір між гофрованим мідним та алюмінієвим зовнішнім провідником

Мідь є переважною для розгортання макростанцій у містах із високим навантаженням, тоді як алюміній із зниженням ваги на 63% є ідеальним для повітряних установок. Гофровані конструкції забезпечують на 22% кращу стійкість до стискання для обох матеріалів у порівнянні з гладкостінними аналогами.

Екранування та стійкість до електромагнітних перешкод у середовищах із щільним радіочастотним випромінюванням

Екранування як ключовий фактор у середовищах із щільним радіочастотним випромінюванням

Сучасні базові станції мають справу з різноманітним електромагнітним завадами, що надходять від сусідніх антен, мереж живлення, які проходять усюди, а також безліччю пристроїв Інтернету речей, що дзижчать навколо. Рішення? Радіочастотні коаксіальні кабелі з якісним екрануванням чудово справляються з цим завданням. Ці кабелі діють як бар'єр проти небажаних радіочастотних перешкод, які інакше порушували б сигнали. Згідно з деякими недавніми дослідженнями, опублікованими в Звіті про ефективність екранування на РЧ 2024 року, коли оператори інвестують у якісні матеріали для екранування, спостерігається значне зниження перебоїв у роботі послуг через перешкоди. У багатолюдних міських районах, де електромагнітні перешкоди (EMI) можуть досягати понад 100 вольт на метр, ці покращення зменшують проблеми майже на дві третини. Це створює величезну різницю для підтримки надійного зв'язку в перевантажених міських умовах.

Багатошарові конструкції екранування, що зменшують проблеми з перешкодами

Для боротьби з високочастотними електромагнітними перешкодами в діапазонах 5G виробники використовують багатошарові екрани, що поєднують фольгу, оплетення та композитні матеріали:

Багатошарові конструкції перевершують кабелі з одним екраном у 2,5 рази в смугах mmWave згідно з порівняльним дослідженням екранування, проведеним на 120 базових станціях стільникового зв'язку.

Аналіз суперечок: ризики ПІМ у неправильно зібраних ВЧ коаксіальних кабелях

Хоча екранування покращує стійкість до ЕМІ, неправильне закінчення може призвести до пасивної взаємної модуляції (ПІМ), коли корозійні з’єднання або неплотні стики генерують небажані сигнали. Дослідження галузі показали, що 31% аварій у експлуатації в щільних мережах спричинено ПІМ, а не дефектами екрана, що підкреслює важливість точності збирання.

Польові дані: показники зменшення ЕМІ за допомогою подвійних екранованих кабелів

У випробуваннях 2023 року використання подвійних екранованих ВЧ коаксіальних кабелів на макробазових станціях зменшило повторні передачі, пов’язані з ЕМІ, на 42%. Мережі, які використовували кабелі з екрануванням 90 дБ, досягли коефіцієнта сигнал/шум на 12% вищого, ніж ті, що мали стандартні конструкції з 60 дБ, що демонструє їх ефективність у зонах із високим рівнем перешкод, таких як стадіони та транспортні вузли.

Діапазон частот, розсіювана потужність і гнучкість розгортання в сучасних мережах

Робочий діапазон частот і розсіювана потужність ВЧ-кабелів у системах Sub-6 ГГц та mmWave

Коаксіальні кабелі RF забезпечують стабільну роботу в усьому діапазоні частот, що використовуються в сучасних базових станціях, охоплюючи смуги нижче 6 ГГц приблизно від 3,3 до 7,1 ГГц, а також високочастотні діапазони mmWave між 24 та 40 ГГц. Усередині цих кабелів використовуються спеціальні матеріали, які мінімізують втрати сигналу та зберігають точний опір 50 Ом, необхідний для ефективної передачі потужності, навіть у разі роботи з потужними сигналами до 5 кіловат у великих установках базових станцій. Щодо застосування в діапазоні mmWave, виробники все частіше переходять на пінополіетиленову ізоляцію, наповнену азотом, замість звичайного матеріалу PTFE. Згідно з нещодавніми дослідженнями, опублікованими минулого року у звіті Wireless Infrastructure Report, така зміна скорочує втрати сигналу приблизно на 17 відсотків, що робить ці кабелі значно краще пристосованими для складних високочастотних передач.

Застосування ВЧ кабелів у телекомунікаціях та базових станціях за високого навантаження

У міських умовах із більш ніж 50 000 одночасних підключень двошарові екрановані ВЧ коаксіальні кабелі зберігають цілісність сигналу на рівні 98,6 % за пікових навантажень. Їхня конструкція, стійка до вигинання, дозволяє компактно прокладати траси в кабельних лотках і на щоглах, що надає чіткої переваги порівняно з жорсткими хвилеводними рішеннями.

Тренд: Зростаючий попит на широкосмугові коаксіальні рішення для багатодіапазонних базових станцій

Усе більше й більше мережевих операторів переходять на широкосмугові коаксіальні кабелі з радіочастотою, які працюють у діапазоні від 1,7 до 7,5 ГГц. Ці кабелі дозволяють їм об'єднати свої мережі 4G, 5G та LTE на одній фідерній лінії замість кількох. Економія від такої конфігурації може бути досить значною — близько 23 відсотків, згідно зі звітом Mobile Broadband Alliance за 2023 рік. Крім того, це залишає простір для розширення, оскільки такі системи зможуть обслуговувати частоти до 10 ГГц у майбутньому. Якщо дивитися ще далі, відбувається цікавий процес із гібридними конструкціями кабелів, які використовують повітряні діелектрики. Ці нові кабелі починають з'являтися в застосунках, що потребують надширокосмугових mmWave-з'єднань понад 28 ГГц.

Розділ запитань та відповідей

Для чого використовуються коаксіальні кабелі з радіочастотою?

Коаксіальні кабелі з радіочастотою використовуються для передачі радіосигналів у телекомунікаційній інфраструктурі, зокрема в стільникових мережах і базових станціях.

Чому коаксіальні кабелі віддають перевагу порівняно з оптоволокном для останньої милі?

Коаксіальні кабелі в останній милі використовуються переважно перед волоконними завдяки їх співвідношенню вартості та продуктивності, а також стійкості до погодних умов.

Який діапазон частот охоплюють ВЧ коаксіальні кабелі?

ВЧ коаксіальні кабелі охоплюють діапазон частот від постійного струму до 110 ГГц, що робить їх придатними для різноманітних застосувань.

Який вплив має неправильне закінчення на ВЧ коаксіальні кабелі?

Неправильне закінчення може призвести до пасивної взаємної модуляції (PIM), що викликає небажані сигнали та знижує надійність.

Як конструкції екранування впливають на роботу в умовах інтенсивного радіочастотного середовища?

Конструкції екранування з багатьма шарами (фольга, оплетення, композитні матеріали) зменшують перешкоди та покращують стійкість до електромагнітних перешкод у щільних радіочастотних середовищах.