Блог

Розуміння фідерних ВЧ-кабелів: основні функції та типи

Що таке фідерні ВЧ-кабелі та як вони працюють у стільникових мережах?

Кабелі живлення ВЧ передають радіочастотні сигнали між важливими компонентами стільникових мереж, такими як антени та базові блоки. Більшість коаксіальних кабелів має чотири основні внутрішні елементи: мідний дріт у центрі, покритий діелектричним матеріалом, що виконує роль ізоляції. Навколо нього розташоване металеве екранування, яке захищає від небажаних перешкод, а все це захищене зовнішньою оболонкою від фізичних пошкоджень. Екранування є дуже важливим, оскільки воно запобігає перешкодам електромагнітних хвиль, тоді як діелектрик допомагає підтримувати стабільну роботу завдяки збереженню потрібних електричних властивостей. Коли мова йде про 5G, саме ці маловтратні кабелі стають абсолютно необхідними, адже вони повинні передавати надвисокочастотні міліметрові хвилі, не втрачаючи значної частини потужності сигналу на шляху.

Поширені типи коаксіальних кабелів: серія RG проти серії LMR

Телекомунікаційні оператори використовують два основні типи коаксіальних фідерних кабелів:

Серія	Затухання (дБ/100 футів @ 2 ГГц)	Використання
Rg	6.8–9.1	Короткі внутрішні лінії зв'язку
LMR	2.2–3.7	Розгортання низьких втрат на вулиці

Кабелі LMR забезпечують приблизно на 23% менші втрати сигналу на високих частотах у порівнянні зі стандартними варіантами RG, що робить їх більш придатними для макро-сайтів 5G, які вимагають довгих кабельних трас понад 100 футів.

Пояснення імпедансу: 50 Ом проти 75 Ом у телекомунікаційних застосуваннях

Коли в системі виникає невідповідність імпедансу, сигнали відбиваються назад замість того, щоб правильно поширюватися, що порушує ефективність роботи мереж. Більшість фахівців у сфері телебачення досі використовують кабелі 75 Ом, оскільки вони добре підходять для цього застосування. Але коли мова йде про стільникові вишки та іншу бездротову інфраструктуру, майже всі сьогодні віддають перевагу кабелям 50 Ом. Вони можуть передавати значно більшу потужність, ніж їхні аналоги з опором 75 Ом, іноді до 5 кіловат, втрачаючи при цьому менше сигналу. Згідно з нещодавнім галузевим звітом за початок 2024 року, приблизно кожна дев'ята з десяти телекомунікаційних компаній встановлює кабелі 50 Ом між антенами та віддаленими радіообладнаннями (RRU). Ця перевага є логічною з огляду на вимоги сучасних стільникових мереж.

Мінімізація згасання сигналу: довжина кабелю, товщина та втрати на частоті

Як втрати сигналу зростають із відстанню та частотою

Оскільки сигнали поширюються на більші відстані та працюють на вищих частотах, вони природним чином втрачають потужність. Зниження зазвичай становить від 0,2 до 1,5 дБ на кожні 100 футів кабелю, хоча це значення залежить від типу кабелю та діапазону частот, у якому він працює. Візьмемо, наприклад, 900 МГц: звичайні коаксіальні кабелі мають втрату сигналу близько 11 дБ після всього лише 100 футів, тоді як сучасні низьковтратні кабелі знижують це значення до приблизно 8 дБ. Ситуація погіршується при переході на вищі частоти. Розглянемо 5G у діапазоні 3,5 ГГц у порівнянні зі старішими сигналами 4G нижче 2 ГГц: новіша технологія має майже в 2,5 рази більші втрати сигналу. Насправді існує два різні способи прояву цих втрат. Коли мова йде про довжину кабелю, сигнал послаблюється прямо пропорційно до відстані, яку він подолав. Але частота працює інакше: зі зростанням частоти втрати збільшуються не просто лінійно, а експоненціально. Тож якщо хтось спробує подвоїти довжину кабельної траси, втрати сигналу також подвоються. І забудьте про те, щоб значно перевищувати цю довжину без серйозних проблем із сигналом.

Балансування діаметра кабелю та затухання для оптимальної продуктивності

Кабелі більшого діаметру зменшують затухання, але збільшують жорсткість і вартість. Наприклад, кабель діаметром 0,5 дюйма скорочує втрати сигналу на 40% порівняно з версією 0,25 дюйма на частоті 3 ГГц. Однак товстіші кабелі важче прокладати в обмежених просторах. Оператори часто оцінюють компроміси за такими критеріями:

Діаметр (дюйми)	Рейтинг гнучкості	Затухання на частоті 3 ГГц (дБ/100 футів)
0.25	Високих	6.8
0.5	Середня	4.1
0.75	Низький	2.9

Частотно-залежні характеристики втрат у смугах 4G та 5G

Сучасна інфраструктура мереж повинна обробляти сигнали в широкому діапазоні частот — від 600 МГц до 40 ГГц. Старіша технологія 4G LTE, що працює в діапазоні від 700 до 2600 МГц, зазвичай має загасання сигналу близько 3–8 дБ на кожні 100 футів при використанні звичайних кабельних трас. З новішими технологіями ситуація ускладнюється. Для 5G у mid-діапазоні на частоті 3,5 ГГц втрати значно гірші — іноді досягають 12 дБ на ту саму відстань. Ще складніше з високочастотними міліметровими хвилями в діапазоні 24–40 ГГц, для яких просто необхідні спеціальні ультра низькозатухаючі кабелі, щоб підтримувати рівень сигналу вище небезпечного порогу втрат у 15 дБ. Ці відмінності мають велике значення для практичних рішень щодо розгортання мереж.

Найкращі практики для зменшення загасання сигналу в фідерних лініях

1. Мінімізуйте довжину кабелю : Зменшення довжини на 50 футів може знизити втрати сигналу на 30–55%, залежно від частоти
2. Використовуйте кабелі з попередньо встановленими конекторами : Заводські збірки мінімізують ризики пасивних інтермодуляцій (PIM) під час встановлення на місці
3. Уникайте різких вигинів : Дотримуйтесь радіуса вигину не менше ніж 10× діаметр кабелю, щоб запобігти порушенням імпедансу
4. Обирайте матеріали з низькими втратами : Ядро із пінопласту забезпечує на 18–22% кращу продуктивність на високих частотах у порівнянні з суцільним поліетиленом

Узгоджуючи специфікації кабелю з відстанню розгортання, частотою та умовами навколишнього середовища, оператори можуть зменшити відмови, пов’язані з ослабленням сигналу, до 67%, зберігаючи при цьому співвідношення сигнал/шум (SNR) вище експлуатаційних порогів.

Забезпечення сумісності частоти та смуги пропускання для сучасних мереж

Підтримка 4G LTE та 5G NR: вимоги до діапазону частот

Сучасним мережам зв'язку потрібні фідерні кабелі, здатні працювати в діапазонах частот 4G LTE від 700 до 2600 МГц, а також у нових сигналах 5G NR, що сягають аж до 7,125 ГГц. Розглядаючи різні ділянки спектру, слід зазначити, що діапазон Sub-6 ГГц залишається надзвичайно важливим для досягнення оптимального балансу між якісним покриттям та достатньою ємністю передачі даних. Крім того, існують міліметрові хвилі у діапазоні від 24 до 47 ГГц, для яких потрібні спеціальні кабелі з мінімальними втратами сигналу, оскільки вони найефективніші на коротких відстанях, але пропонують величезний потенціал пропускної здатності. Для операторів мереж, які намагаються встигати за змінними вимогами, логічно використовувати кабелі, що підтримують кілька смуг частот, адже це дозволяє максимально ефективно використовувати доступні ресурси спектру в міру еволюції інфраструктури.

Вимоги до пропускної здатності у телекомунікаціях з високою швидкістю передачі даних

канали 5G вимагають смуг пропускання 100–400 МГц на кожен канал, що значно перевищує обмеження LTE у 20 МГц. Щоб зберегти вірність сигналу, фідерні кабелі повинні забезпечувати коефіцієнт стоячої хвилі (VSWR) менше ніж 1,5:1, мінімізуючи відбиття, які можуть порушити потокове передавання відео 4K та масові потоки даних IoT.

Поєднання підтримки застарілих мереж із перспективними показниками продуктивності

Оператори мають забезпечити сумісність із існуючими послугами 3G та 4G, одночасно готуючись до запровадження 5G-Advanced, який передбачає пікову пропускну здатність до 10 Гбіт/с. Кабелі зі стабільною фазою та постійними діелектричними властивостями забезпечують надійну роботу в умовах змішаних частот, зменшуючи фазові спотворення в MIMO та застосуваннях багатопроменевого формування.

Оцінка багатодіапазонних фідерних кабелів для забезпечення гнучкості мережі

Двосмугові та трисмугові фідерні кабелі можуть знизити витрати на інфраструктуру до 30% у перехідних зонах між сільськими та міськими територіями. Оптимальні конструкції підтримують одночасну передачу на частотах 600 МГц (LTE) та 3,5 ГГц (5G) з загасанням не більше ніж 0,3 дБ/м при 40°C, забезпечуючи ефективну роботу за реальних теплових навантажень.

Збереження цілісності сигналу: продуктивність PIM та фактори монтажу

Розуміння пасивної взаємної модуляції (PIM) у стільникових системах

Пасивна інтермодуляція, або ПІМ (скорочено), виникає тоді, коли нелінійні точки в пасивних компонентах починають створювати ці неприємні гармонічні сигнали, які ніхто не бажає. Останнім часом ми спостерігаємо значне загострення цієї проблеми в мережах 5G. Перехід на більш високі частоти близько 3,5 ГГц фактично погіршує ситуацію, збільшуючи рівень спотворень приблизно на 15–20 відсотків у порівнянні з попередніми технологіями 4G. Польові інженери часто стикаються з типовими причинами при вирішенні проблем ПІМ. Серед них — корозія з’єднувачів, а також незатягнуті з'єднання, які ніхто належним чином не підтягнув після встановлення. І не варто забувати про кабельні зборки, що погано узгоджені одна з одною. Усі ці дрібні проблеми створюють перешкоди, які погіршують продуктивність мережі й із часом зменшують її загальну ємність.

Як ПІМ впливає на ємність мережі та якість дзвінків

Дослідження, проведені на місцях протягом 2023 року, показують, що коли виникає інтерференція пасивними продуктами взаємодії (PIM), це може знизити пропускну здатність мережі на 40 відсотків на завантажених міських базових станціях під час годин пік. Коли кілька операторів працюють у тісному просторі, ці проблеми стають ще гіршими, що призводить до обірваних дзвінків і неймовірно повільного інтернет-з'єднання для користувачів. Оператори мереж, які працюють із фідерними кабелями, де показники PIM перевищують -140 дБс, зазвичай фіксують близько 30% зростання кількості звернень у службу підтримки клієнтів із скаргами на погану якість аудіо під час дзвінків та нестабільні з'єднання. Це не просто абстрактна проблема для інженерів — вона безпосередньо впливає на досвід кінцевих користувачів у густонаселених районах.

Вибір і встановлення фідерних кабелів з низьким рівнем PIM для щільних середовищ

Фідерні кабелі з низьким рівнем PIM із конекторами із срібляним покриттям зменшують взаємодію на 85% порівняно зі стандартними алюмінієвими інтерфейсами. До важливих практик встановлення належать:

• Затягування, що керується моментом (25–30 Н·м для з'єднувачів типу N)
• Уникання вигинів із радіусом меншим за 10 діаметрів кабелю
• Нанесення антиоксидантного гелю на зовнішніх кінцевих муфтах

У мережах 5G міліметрового діапазону кабелі з рівнем PIM ≤ -155 дБс покращують співвідношення сигнал/шум на 12 дБ, збільшуючи ефективний радіус покриття на 18%. Регулярне тестування PIM кожні 6–12 місяців допомагає підтримувати відповідність стандартам 3GPP TS 37.145 щодо контролю перешкод

Експлуатаційна стійкість і довготривала надійність фідерних кабелів

Виклики при зовнішньому монтажі: УФ-випромінювання, волога та екстремальні температури

Кабелі живлення, встановлені на вулиці, зазнають різноманітних важких умов. Тривалий вплив УФ-випромінювання є серйозною проблемою, яка часто призводить до руйнування поліетиленових оболонок приблизно на 40 відсотків всього за п'ять років. Далі — екстремальні коливання температур від -40 градусів Цельсія до 85 градусів Цельсія, а також зливи, іноді понад 100 міліметрів опадів на годину, що можуть порушити герметичність кабелів. Коли такі кабелі прокладаються вздовж узбережжя, ситуація погіршується через соляний туман, який спричиняє корозію. Роз’єми починають швидше виходити з ладу, а сигнали істотно послаблюються, якщо не передбачено належного захисту від морського середовища.

Основні функції захисту: стійкість до УФ-випромінювання, захист від води та термостійкість

Щоб витримувати жорсткі умови, сучасні кабелі живлення оснащуються:

• Оболонкою зі стабілізацією проти УФ-випромінювання (випробувано згідно з UL 1581 MW 1100), що зберігає ≥90% міцності на розтяг після 3000 годин впливу
• Трирівневий захист від води поєднання сухої технології зі звареним алюмінієвим бронюванням для запобігання проникненню вологи
• Термічно стабільні діелектрики збереження КСХН <1,3:1 у діапазоні температур від -55°C до +125°C

Ці особливості забезпечують стабільну електричну продуктивність навіть за умов змінних кліматичних умов.

Промислові стандарти для міцних фідерних кабелів, придатних для встановлення на вулиці

Відповідність стандарту Telcordia GR-13-CORE гарантує мінімальний термін служби 20 років у важких зовнішніх умовах. Обов’язкові сертифікації включають:

Стандарт	Головне вимога	Значення для кабелів
IEC 60754-1	Виділення галоген-вільного диму	Безпечне встановлення в тунелях/підвалах
EN 50288-7-1	Стійкість до УФ/впливу погодних умов	Пряме сонячне світло
ETSI EN 302 066	Захист від занурення IP68	Антенні ділянки, схильні до затоплення

Часті запитання про РЧ-фідерні кабелі

Для чого використовуються РЧ-фідерні кабелі?

РЧ-фідерні кабелі використовуються для передачі радіочастотних сигналів між ключовими компонентами, такими як антени та базові блоки в стільникових мережах.

Які типи коаксіальних кабелів найчастіше використовуються в телекомунікаціях?

Телекомунікаційні оператори переважно використовують коаксіальні кабелі типу RG та LMR, де LMR забезпечує менші втрати сигналу на високих частотах.

Чому телекомунікаційні компанії віддають перевагу кабелям 50 Ом?

кабелі 50 Ом є бажаними, оскільки вони ефективно передають більшу потужність із меншими втратами сигналу порівняно з кабелями 75 Ом.

Як діаметр кабелю впливає на згасання сигналу?

Кабелі більшого діаметру зменшують згасання сигналу, але збільшують жорсткість і вартість, тому потрібно ретельно оцінювати компроміси.

Як можна мінімізувати погіршення сигналу в фідерних лініях?

Погіршення сигналу можна мінімізувати шляхом скорочення довжини кабелю, використання попередньо обладнаних з’єднувачами кабелів, уникання різких вигинів і вибору матеріалів із низькими втратами.

Із якими екологічними викликами стикаються зовнішні фідерні кабелі?

Зовнішні фідерні кабелі стикаються з такими проблемами, як ультрафіолетове випромінювання, вологість, екстремальні температури та корозія в морському середовищі.